Aplicaciones de los diodos | Rectificadores, clippers, protección contra corriente inversa

En este tutorial de diodos, vamos a ver algunas de las aplicaciones comunes de los diodos. Los diodos, los componentes semiconductores más simples, tienen una amplia gama de aplicaciones en los sistemas electrónicos modernos. Varios circuitos electrónicos y eléctricos utilizan este componente como un dispositivo esencial para producir los resultados requeridos.

Introducción

Sabemos que los diodos actúan como interruptores unidireccionales, ya que solo permiten que la corriente fluya en una dirección. Los diodos están hechos de materiales de tipo P y tipo N y tienen dos terminales: ánodo y cátodo. Este dispositivo puede funcionar controlando el voltaje aplicado a estos terminales.

Cuando el voltaje aplicado al ánodo es positivo con respecto al cátodo, se dice que el diodo está polarizado hacia adelante. Si el voltaje aplicado al diodo es mayor que el nivel umbral (normalmente ≈0,6 V para diodos de silicio), el diodo actúa como un cortocircuito y permite el flujo de corriente.

Cuando la polaridad del voltaje cambia, es decir, cuando el cátodo se vuelve positivo en relación con el ánodo, se dice que está en polarización inversa y actúa como un circuito abierto. Como resultado, no fluye corriente.

Las aplicaciones de los diodos incluyen sistemas de comunicación como limitadores, clippers y puertas. puertas lógicas, sistemas informáticos como pinzas; sistemas de suministro de energía como rectificadores e inversores; Sistema de televisión como detector de fase, limitador, pinza; Los circuitos de radar son circuitos de control de ganancia, amplificadores de parámetros, etc. Las siguientes descripciones describen las diversas aplicaciones de los diodos.

Algunas aplicaciones comunes de los diodos

Antes de ver las diversas aplicaciones de los diodos, echemos un vistazo rápido a una pequeña lista de aplicaciones comunes de los diodos.

• rectificador
• Circuito Clipper
• Circuito de sujeción
• Circuito de protección de corriente inversa
• En una puerta lógica
• Difradores de voltaje

y muchos más. Ahora entendamos cada una de las aplicaciones de estos diodos con más detalle.

Diodos como rectificadores

La aplicación más común e importante de los diodos es rectificar la alimentación de CA a la alimentación de CC. Los diodos se pueden utilizar para construir diferentes tipos de circuitos rectificadores. Los tipos básicos de estos circuitos rectificadores son rectificadores de media onda, de derivación de centro de radio y de puente completo. En la mayoría de las aplicaciones de conversión de potencia se utiliza un solo diodo o una combinación de ellos. La siguiente figura muestra el funcionamiento del diodo de un rectificador.

• Durante medio ciclo del positivo del suministro de entrada, el ánodo se vuelve positivo con respecto al cátodo. Por lo tanto, el diodo está polarizado hacia adelante. Debido a esto, la corriente fluye hacia la carga. Dado que la carga es resistente, el voltaje de la resistencia de carga es igual al voltaje de alimentación, es decir, el voltaje sinusoidal de entrada aparece en la carga (solo el ciclo positivo). Y el flujo de corriente de carga es proporcional al voltaje aplicado.
• Durante el semiciclo negativo de la sinusoide de entrada, el electrodo positivo se vuelve negativo con respecto al cátodo. Por lo tanto, el diodo está inversamente sesgado. Por lo tanto, no hay corriente que fluya a través de la carga. El circuito se convierte en un circuito abierto y no aparece voltaje en la carga.
• El hecho de que tanto el voltaje como la corriente en el lado de la carga sean de una polaridad significa que el voltaje de salida es de CC pulsante. A menudo, este circuito rectificador tiene condensadores que se conectan a través de la carga para producir una corriente continua y estable sin ondulación.

Diodos en circuitos de recorte

Los circuitos de recorte se utilizan en transmisores de FM, donde los picos de ruido se limitan a un cierto valor para eliminar el exceso de picos. Los circuitos clipper se utilizan para disipar el voltaje que excede un valor preestablecido sin interferir con el resto de la forma de onda de entrada.

Dependiendo de la configuración de diodos del circuito, dichos clippers se dividen en dos tipos:

• Serie Clipper
• Cortadora de derivación

Además, estos se clasifican de nuevo en diferentes tipos.

La ilustración de arriba muestra una cortadora de riego positivo y derivación. Y con un circuito clipper de este tipo, se elimina el medio período positivo de la forma de onda del voltaje de entrada. En una cortadora serie positiva, durante el ciclo positivo de la entrada, el diodo está polarizado inversamente, lo que hace que el voltaje en la salida llegue a cero.

Por lo tanto, el semiciclo positivo se trunca en la salida. Durante el semiperiodo negativo de la entrada, el diodo está polarizado hacia delante, y el semiperiodo negativo aparece en toda la salida.

En una cortadora de derivación positiva, el diodo está polarizado hacia adelante durante el semiciclo positivo, por lo que el diodo actúa como un interruptor cerrado, por lo que el voltaje de salida es cero. Y durante el semiciclo negativo, el diodo tiene polarización inversa y funciona con un interruptor abierto, por lo que el voltaje de entrada completo aparece en la salida. Con los dos clippers de diodos anteriores, el semiperiodo positivo de la entrada se trunca de la salida.

Diodos en circuitos de sujeción

El circuito de pinza se utiliza para mover o cambiar el pico positivo o negativo de la señal de entrada al nivel deseado. Este circuito también se conoce como cambiador de nivel o restaurador de CC. Estos circuitos de sujeción pueden ser positivos o catódicos, dependiendo de la configuración del diodo.

En un circuito de sujeción positivo, el pico negativo se eleva hacia arriba, por lo que el pico negativo cae al nivel cero. En el caso de un circuito de sujeción negativo, el pico positivo se sujeta de modo que se empuja hacia abajo para que caiga al nivel cero.

Para comprender la aplicación de diodos en circuitos de sujeción, consulte el diagrama a continuación. Durante el semiciclo del positivo de la entrada, el diodo tiene polarización inversa, por lo que el voltaje de salida es igual a la suma del voltaje de entrada y el voltaje del condensador (suponiendo que el condensador se cargó inicialmente). Durante el medio período negativo de la entrada, el diodo está polarizado hacia adelante y funciona como un interruptor cerrado, lo que significa que el condensador se carga hasta el valor máximo de la señal de entrada.

Diodos en puertas lógicas

Los diodos también pueden realizar operaciones lógicas digitales. Los estados de baja impedancia y alta impedancia de los interruptores lógicos son similares a las condiciones de polarización directa e inversa de los diodos, respectivamente. Por lo tanto, el diodo puede realizar operaciones lógicas como AND, OR, etc. La lógica de diodos es un método temprano con algunas limitaciones, pero se utiliza en algunas aplicaciones. La mayoría de las puertas lógicas modernas están basadas en MOSFET.

La siguiente figura muestra la lógica de la puerta OR implementada utilizando un par de diodos y resistencias.

En el circuito anterior, el voltaje de entrada se aplica a V y controla el interruptor para obtener la lógica OR de la salida. Aquí, la lógica 1 significa alto voltaje y la lógica 0 significa voltaje cero. Cuando ambos interruptores están abiertos, ambos diodos están en polarización inversa, por lo que el voltaje en la salida Y es cero. Cuando uno de los interruptores está cerrado, el diodo se convierte en polarización directa y, como resultado, la salida aumenta.

Diodos en circuitos multiplicadores de tensión

Un multiplicador de voltaje consiste en dos o más circuitos rectificadores de diodos, que se conectan en cascada para producir un voltaje de salida de CC igual a un múltiplo del voltaje de entrada aplicado. Estos circuitos multiplicadores son de varios tipos, como duplicadores de voltaje, tripleres, cuádruples, etc. El uso de diodos con condensadores permite obtener múltiplos pares o impares de la tensión máxima de entrada en la salida.

La figura anterior muestra un circuito duplicador de voltaje de media onda donde el voltaje de salida de CC es el doble del voltaje de CA de entrada máximo. Durante el semiciclo positivo de la entrada de CA, el diodo D1 está polarizado hacia adelante y D2 está polarizado hacia atrás. Por lo tanto, el condensador C1 se carga a través del diodo D1 hasta el voltaje máximo Vm de la entrada. Durante el semiciclo negativo de la entrada de CA, D1 está polarizado inversamente y D2 está polarizado hacia adelante. Por lo tanto, el condensador C2 comienza a cargarse a través de D2 y C1. Por lo tanto, el voltaje total de C2 es igual a 2 Vm.

Durante el siguiente semiciclo positivo, el diodo D2 está polarizado inversamente, lo que hace que el condensador C2 se descargue a través de la carga. Del mismo modo, los circuitos rectificadores se pueden conectar en cascada para obtener múltiples valores del voltaje de entrada en la salida.

Diodos de protección de polaridad inversa

Se requiere protección de polaridad inversa o corriente para evitar daños causados por conectar la batería de manera incorrecta o invertir la polaridad de la fuente de alimentación de CC. Estas conexiones de suministro accidentales pueden hacer que fluyan grandes cantidades de corriente a través de los componentes del circuito, lo que puede provocar fallas o, en el peor de los casos, una explosión.

Por lo tanto, los diodos protegidos o de bloqueo se conectan en serie con el polo positivo de la entrada para evitar problemas con la conexión inversa.

La figura anterior muestra un circuito de protección de corriente inversa en el que los diodos están conectados en serie con la carga en el lado positivo de la fuente de alimentación de la batería. En el caso de una conexión de polaridad correcta, el diodo está polarizado hacia adelante y la corriente de carga fluye a través del diodo. Sin embargo, en caso de una conexión incorrecta, el diodo tiene polarización inversa, lo que no permite que la corriente fluya a la carga. Por lo tanto, la carga está protegida de la polaridad inversa.

Diodos en supresión de picos de tensión

En el caso de inductores o cargas inductivas, la eliminación brusca de la fuente de alimentación produce una tensión más alta debido a la energía del campo magnético almacenada. Estos picos de voltaje inesperados pueden causar daños significativos a los componentes restantes del circuito.

Por lo tanto, el diodo se conecta a un inductor o carga inductiva para limitar los grandes picos de voltaje. Estos diodos también reciben diferentes nombres en otros circuitos, como diodos amortiguadores, diodos flyback, diodos de supresión, diodos de rueda libre, etc.

En la figura anterior, se conecta un diodo de rueda libre a través de una carga inductiva para suprimir los picos de voltaje en el inductor. Si el interruptor se abre repentinamente, creará un pico de voltaje en el inductor. Por lo tanto, el diodo de rueda libre crea un camino seguro para que el flujo de corriente descargue el voltaje proporcionado por el pico.

Diodos en paneles solares

Los diodos utilizados para la protección de los paneles solares se denominan diodos de derivación. Si el panel solar está defectuoso o dañado o sombreado por hojas caídas, nieve y otras obstrucciones, la potencia de salida general disminuirá y se producirán daños en el punto caliente porque la corriente de las celdas restantes debe fluir a través de este defecto o celda sombreada y causar sobrecalentamiento. La función principal de los diodos de derivación es proteger las células solares de estos problemas de calentamiento de puntos calientes.

La figura anterior muestra la conexión de un diodo de derivación en una célula solar. De este modo, estos diodos se conectan en paralelo con las células solares, lo que limita el voltaje a través de la célula solar defectuosa y permite que la corriente se transfiera desde la célula solar buena al circuito externo. Por lo tanto, al restringir el flujo de corriente a través de células solares deficientes, reduce los problemas de sobrecalentamiento.

conclusión

Tenemos algunas de las aplicaciones importantes de los diodos. Estos incluyen rectificadores, clippers, abrazaderas, multiplicadores de voltaje, puertas lógicas, paneles solares, protección de polaridad inversa y supresión de picos de voltaje.