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Introducción
Como componente semiconductor más simple, diodo tiene una amplia variedad de aplicaciones en sistemas electrónicos modernos. Varios circuitos electrónicos y eléctricos usan este componente como un dispositivo esencial para producir el resultado requerido. El diodo permite que el flujo de corriente solo en una dirección, por lo tanto, actúa como un interruptor de una sola vía. El diodo está hecho de materiales de tipo P y N y tiene dos terminales, a saber, el ánodo y el cátodo. Este dispositivo se puede controlar controlando la tensión que se le aplica.
Cuando la tensión aplicada al ánodo es positiva con respecto al cátodo, el diodo es polarizado hacia adelante. Si la tensión aplicada al diodo es mayor que el nivel de umbral (generalmente es de 0,6 V), el diodo actúa como un cortocircuito y permite el flujo de la corriente. Si se cambia la polaridad de la tensión que significa que el cátodo se hace positivo con respecto al ánodo, entonces se polariza inversamente y actúa como circuito abierto, lo que hace que no fluya corriente.
Diodo
Las áreas de aplicación de los diodos incluir sistemas de comunicación como limitadores, cortaúñas, puertas; sistemas informáticos como puertas lógicas, abrazaderas; sistemas de suministro de energía como rectificadores e inversores; sistemas de televisión como detectores de fase, limitadores, abrazaderas; circuitos de radar como circuitos de control de ganancia, amplificadores de parámetros, etc. La siguiente descripción describe brevemente las diversas aplicaciones de los diodos.
Diodo como rectificador
La aplicación más común e importante de un diodo es la rectificación de la alimentación de CA a CC. Usando los diodos, podemos construir diferentes tipos de circuitos rectificadores. Los tipos básicos de estos circuitos rectificadores son rectificadores de puente de media onda, de onda completa central y puente completo. Se usa una sola o combinación de cuatro diodos en la mayoría de las aplicaciones de conversión de energía. La figura siguiente muestra el funcionamiento del diodo en un rectificador.
Diodo como rectificador
- Durante el medio ciclo positivo de el suministro de entrada, el ánodo se hace positivo con respecto al cátodo, por lo que el diodo se polariza hacia adelante. Estos resultados hacen fluir una corriente a la carga. Como la carga es resistiva, la tensión en la resistencia de carga será la misma que la tensión de alimentación, lo que significa que la tensión sinusoidal de entrada aparecerá en la carga. Y el flujo de corriente de carga es proporcional al voltaje aplicado.
- Durante el semiciclo negativo de la onda sinusoidal de entrada, el ánodo se vuelve negativo con respecto al cátodo, por lo que el diodo se polariza inversamente. Por lo tanto, no fluye corriente a la carga. El circuito se convierte en circuito abierto y no aparece voltaje en la carga.
- Tanto el voltaje como la corriente en el lado de la carga son de una polaridad, lo que significa que la tensión de salida es de CC pulsante. Muy a menudo, este circuito de rectificación tiene un condensador que se conecta a través de la carga para producir corrientes continuas constantes y continuas sin ondulaciones.
Diodos en circuitos de corte
Los circuitos de corte se utilizan en transmisores de FM donde los picos de ruido están limitados a un valor particular para que se eliminen los picos excesivos de ellos. El circuito clipper se usa para posponer el voltaje más allá del valor preestablecido sin perturbar la parte restante de la forma de onda de entrada. De acuerdo con la configuración del diodo en el circuito, estos clippers se dividen en dos tipos; series y shunt clipper y nuevamente estos se clasifican en diferentes tipos.
La figura de arriba muestra la serie positiva y los cortaúdos shunt. Y utilizando estos circuitos de clipper, se eliminarán los medios ciclos positivos de la forma de onda del voltaje de entrada. En la recortadora de serie positiva, durante el ciclo positivo de la entrada, el diodo está polarizado inversamente, por lo que el voltaje en la salida es cero. Por lo tanto, el semiciclo positivo se recorta en la salida. Durante el semiciclo negativo de la entrada, el diodo está polarizado hacia adelante y el semiciclo negativo aparece a través de la salida.
En la podadora de derivación positiva, el diodo está polarizado hacia adelante durante el medio ciclo positivo, por lo que el voltaje de salida es cero ya que el diodo actúa como un interruptor cerrado. Y durante el medio ciclo negativo, el diodo está polarizado en sentido inverso y actúa como un interruptor abierto, de modo que la tensión de entrada completa aparece a través de la salida. Con las dos tijeras de diodo anteriores, el semiciclo positivo de la entrada se recorta en la salida.
Diodos en circuitos de sujeción
Un circuito de sujeción se usa para cambiar o alterar el pico positivo o negativo de una señal de entrada al nivel deseado. Este circuito también se denomina palanca de cambios de nivel o restaurador de CC. Estos circuitos de sujeción pueden ser positivos o negativos según la configuración del diodo. En el circuito de sujeción positivo, los picos negativos se elevan hacia arriba de modo que los picos negativos caen en el nivel cero. En el caso del circuito de sujeción negativo, los picos positivos se sujetan de modo que empujen hacia abajo de modo que los picos positivos caigan en el nivel cero.
Observe el diagrama siguiente para comprender la aplicación de diodos en los circuitos de sujeción. Durante el semiciclo positivo de la entrada, el diodo está polarizado inversamente, por lo que la tensión de salida es igual a la suma de la tensión de entrada y la tensión del condensador (considerando que el condensador está inicialmente cargado). Durante el semiciclo negativo de la entrada, el diodo está polarizado y se comporta como un interruptor cerrado, por lo que el condensador se carga a un valor máximo de la señal de entrada.
Circuito de sujeción
Diodos en Logic Gates
Los diodos también pueden realizar digital operaciones de lógica. Los estados de baja y alta impedancia del interruptor lógico son análogos a las condiciones de polarización directa e inversa del diodo, respectivamente. Por lo tanto, el diodo puede realizar operaciones lógicas como Y, O, etc. Aunque la lógica de diodos es un método anterior con algunas limitaciones, estas se utilizan en algunas aplicaciones. La siguiente figura muestra la lógica de compuerta OR implementada usando un par de diodos y una resistencia.
Diodos en Logic Gates
En el circuito anterior, el voltaje de entrada se aplica en V y al controlar los interruptores obtenemos la lógica OR en la salida. Aquí la lógica 1 significa alto voltaje y la lógica 0 significa voltaje cero. Cuando ambos interruptores están en estado abierto, ambos diodos están en polarización inversa y, por lo tanto, el voltaje en la salida Y es cero. Cuando se cierra cualquiera de los interruptores, el diodo se polariza hacia adelante y como resultado la salida es alta.
Diodos en circuitos multiplicadores de tensión
El multiplicador de tensión consta de dos o más circuitos rectificadores de diodos que se conectan en cascada para producir una tensión de salida CC igual al multiplicador del voltaje de entrada aplicado. Estos circuitos multiplicadores son de diferentes tipos, como duplicador de voltaje, triplicador, cuádruple, etc. Mediante el uso de combinación de diodos con condensadores, obtenemos el múltiplo impar o incluso múltiplo de la tensión de pico de entrada en la salida.
Duplicador de voltaje de media onda
La figura superior muestra un circuito duplicador de voltaje de media onda cuya tensión de salida de CC es el doble que la tensión de entrada CA máxima. Durante el semiciclo positivo de la entrada de CA, el diodo D1 está polarizado hacia adelante y D2 está polarizado en sentido inverso. Entonces, el condensador C1 carga hasta el voltaje máximo Vm de la entrada a través del diodo D1. Durante el semiciclo negativo de la entrada de CA, D1 tiene polarización inversa y D2 está polarizado hacia adelante. Entonces, el condensador C2 comienza a cargar a fondo D2 y C1. Por lo tanto, la tensión total en el C2 es igual a 2Vm.
Durante el siguiente semiciclo positivo, el diodo D2 está polarizado inversamente, por lo que el condensador C2 se descargará a través de la carga. Del mismo modo, al conectar en cascada los circuitos rectificadores obtendremos los múltiples valores de voltaje de entrada en la salida.
Diodos en protección de corriente inversa
La polaridad inversa o la protección de corriente son necesarias para evitar el daño que se produce al conectar la batería de forma incorrecta o al invertir las polaridades de la batería. el suministro de DC. Esta conexión accidental de suministro hace que fluya una gran cantidad de corriente, a través de los resultados de los componentes del circuito para explotarlos. Por lo tanto, un diodo de protección o bloqueo se conecta en serie con el lado positivo de la entrada para evitar el problema de conexión inversa.
Diodo en Protección de corriente inversa
La figura superior muestra el circuito de protección de corriente inversa donde el diodo está conectado en serie con la carga en el lado positivo del suministro de la batería. En el caso de la conexión de polaridad correcta, el diodo se polariza hacia adelante y la corriente de carga fluye a través de él. Pero, en caso de una conexión incorrecta, el diodo está polarizado inversamente y eso no permite que ninguna corriente fluya a la carga. Por lo tanto, la carga está protegida contra la corriente inversa.
Diodos en Supresión de picos de voltaje
En caso de un inductor o cargas inductivas, la eliminación repentina de la fuente de suministro produce un voltaje más alto debido a la energía almacenada en el campo magnético. Estos picos inesperados en el voltaje pueden causar un daño considerable a los componentes del circuito. Por lo tanto, un diodo se conecta a través del inductor o cargas inductivas para limitar los grandes picos de voltaje. Estos diodos también son llamados por diferentes nombres en diferentes circuitos, como el diodo snubber, el diodo flyback, el diodo de supresión y el diodo de rueda libre, etc.
Diodos en Supresión de picos de tensión
En la figura anterior, el diodo de rueda libre se conecta a través de la carga inductiva para suprimir picos de tensión en un inductor. Cuando el interruptor se abre repentinamente, el pico de voltaje se crea en el inductor. Por lo tanto, el diodo de rueda libre hace que la ruta segura fluya la corriente para descargar el voltaje ofrecido por el pico.
Diodos en paneles solares
Los diodos que se utilizan para la protección de paneles solares se denominan diodos de derivación. Si el panel solar está defectuoso o dañado o sombreado por hojas caídas, nieve u otras obstrucciones, la potencia de salida general disminuye y se produce daño en el punto caliente porque la corriente del resto de las celdas debe fluir a través de esta celda defectuosa o sombreada que provoca un sobrecalentamiento. La función principal del diodo de derivación es proteger las células solares contra este problema de calentamiento de punto caliente.
Diodos en paneles solares
La figura anterior muestra la conexión de diodos de derivación en células solares. Estos diodos están conectados en paralelo con las células solares. Por lo tanto, limita el voltaje a través de la celda solar mala y permite que la corriente de buenas células solares al circuito externo. Por lo tanto, reduce el problema de sobrecalentamiento al limitar el flujo de corriente a través de la celda solar defectuosa.