En el tutorial anterior, vimos un pequeño diodo de señal de conmutación. En este tutorial, continuaremos nuestro viaje a través de los diodos de señal al comprender las matrices de diodos de señal, sus configuraciones (como ánodo común, cátodo común o aislamiento) y, finalmente, sus aplicaciones, como diodos de rueda libre.
Tabla de contenido
Introducción
Hoy en día, el mercado de equipos de procesamiento de señales de comunicación digital y otros dispositivos portátiles requiere el desarrollo de una gran cantidad de pequeños componentes electrónicos. Debido a las limitaciones de espacio de la placa, la incorporación de múltiples funciones en la placa y la miniaturización de los componentes electrónicos cumplen con los requisitos de otras tecnologías de embalaje.
Los diodos de señal se utilizan en operaciones de conmutación, circuitos amortiguadores donde se concentran formas de onda a corto plazo, líneas de datos de alta velocidad y otros puertos de conexión paralelos de E/S. Estos diodos de señal tienen enormes aplicaciones en el procesamiento de señales y las comunicaciones digitales.
Existen una serie de diodos de señal en el mercado. Entre ellos, los diodos de señal de la serie 1N4148 se utilizan ampliamente en muchos circuitos electrónicos debido a su pequeño tamaño, requisitos de potencia y otros parámetros útiles. En el siguiente diagrama, el pin 5 se utiliza para la conexión a tierra.
Para abordar los requisitos de espacio de las placas de circuito digital, los diodos de señal se conectan en configuraciones paralelas para formar una matriz llamada matriz de diodos de señal en miniatura. Encerrado en un paquete de una o dos líneas en una caja de plástico o vidrio, tiene de 4 a 14 diodos para proporcionar un cátodo común o una configuración de ánodo común.
La configuración de matriz de diodos de señal que ahorra espacio proporciona protección contra descargas electrostáticas, control térmico y transitorios de sobretensión. Estas ventajas hacen que las matrices de diodos sean ideales para su colocación en los circuitos de las placas de circuito impreso.
Cuando los diodos de señal se conectan en serie con cada terminal de fuente de alimentación, la línea de datos conectada a la unión entre los dos diodos de señal está protegida de transitorios innecesarios, de modo que los datos continúan fluyendo a lo largo de la línea de datos.
Cuando los diodos de señal están conectados en seis capas, la matriz puede proteger las seis líneas de señal de datos en un solo paquete en línea. Las matrices de diodos de señal se pueden utilizar para regular el voltaje aplicado a los circuitos de una PCB. Si el voltaje aplicado excede el voltaje nominal máximo, el exceso de energía proporcionada puede penetrar en el calor y dañar el dispositivo.
Matrices de diodos de señal – Serie
Para proteger la placa de un voltaje excesivo, los diodos de señal se pueden conectar en configuraciones en serie o en paralelo para proporcionar un voltaje conocido que se fija dentro de los límites. Si los diodos de señal están conectados en serie, la corriente máxima requerida por los diodos de la matriz es la misma, y la caída de voltaje máxima en la matriz será la suma de todas las caídas de voltaje directo en la matriz de diodos de señal.
En una matriz de diodos de señal en una configuración en serie, el voltaje de salida es constante a pesar de los cambios en la corriente de la carga conectada o los cambios en el voltaje de entrada aplicado. Por lo tanto, el suministro de voltaje constante es proporcionado por una combinación de serie de diodos de señal.
Dado que la caída de voltaje directo de un diodo de silicio es de 0,7 V, y la corriente que pasa a través del diodo de silicio cambia bastante, un diodo de señal conectado con una polarización directa crea un circuito de un regulador de voltaje simple.
Por lo tanto, la caída de voltaje directo individual de cada diodo de señal en combinación en serie se resta del voltaje de entrada aplicado para liberar una cierta cantidad de voltaje a través de una resistencia de carga conectada al extremo del circuito. Esto se debe a la resistencia de encendido de cada diodo, además de la resistencia de carga R.
La adición de múltiples diodos de señal en serie da como resultado una gran cantidad de declinación de voltaje. Además, los diodos de señal conectados en serie en paralelo con la resistencia de carga R actúan como circuitos reguladores de tensión.
Diodos de rueda libre
Los diodos de rueda libre también pueden ser: Diodos flyback, diodos de supresión o diodos de abrazadera. Un diodo de rueda libre o diodo supresor es una combinación de pequeños diodos de señal conectados en paralelo a través de una carga inductiva para suprimir picos repentinos de voltaje cuando se apaga el voltaje de alimentación o la carga inductiva conectada, evitando que el diodo de rueda libre dañe el circuito de conmutación.
Este tipo de diodo proporciona una corriente suave a la carga conectada, eliminando el voltaje negativo de la carga. Se encuentra principalmente en rectificadores y puede ser útil en electrónica de potencia. Un ejemplo universal de un diodo de rueda libre es el 1N4007.
Principio de trabajo
Siempre que se conecta una fuente de voltaje a un interruptor y a una carga de inductor, pueden ocurrir dos estados estacionarios. Cuando el interruptor está cerrado, en el primer caso, el inductor conectado al extremo, actuando como una carga, obtiene toda su energía del voltaje de entrada aplicado, por lo que toda la corriente en el circuito se transfiere a través del inductor desde el terminal positivo al terminal negativo.
En el segundo caso, cuando se abre el interruptor, la carga del inductor experimenta una fuerte caída de corriente y la defiende con la energía del campo magnético acumulado.
Cuando se aplica un potencial positivo, se concentra un gran potencial negativo, y cuando se aplica un potencial negativo, se concentra un gran potencial positivo. Dado que no se realiza ninguna conexión física para transportar la corriente, el portador de carga pasa a través de la banda prohibida del interruptor o transistor.
Los diodos de rueda libre permiten que el inductor extraiga corriente hasta que la energía penetre a través del diodo y el cable en un bucle continuo, evitando problemas de cruce con portadores de carga con cargas de inductores.
El diodo de rueda libre actúa como un diodo de polarización directa hacia el inductor cuando se abre el interruptor, lo que permite que el inductor conduzca la corriente continuamente desde el terminal positivo hasta el terminal negativo. El voltaje presente en la carga del inductor es una función específica de la caída de voltaje directo del diodo de rueda libre, y el tiempo total de pérdida de potencia del diodo suele ser de unos pocos milisegundos.
Elección de un diodo de rueda libre
Dependiendo de la aplicación requerida, el diodo de rueda libre ideal se selecciona en función de parámetros como la capacidad máxima de corriente directa, la caída mínima de voltaje directo y el voltaje de ruptura inversa apropiado, que se adaptan mejor al voltaje del inductor.
Los diodos Schottky son la opción preferida en aplicaciones de diodos de rueda libre en convertidores de conmutación. Los diodos de serie típicos 1N4001, 1M5400 se utilizan mejor para disipar energía bajo cargas inductivas.
Aplicaciones de diodos de rueda libre
Los diodos de rueda libre se utilizan en aplicaciones de conmutación cuando la carga inductiva está apagada en un circuito de accionamiento de relé, circuito de accionamiento de motor de puente H.
En los últimos años, la velocidad de funcionamiento de muchos dispositivos de conmutación de semiconductores, como transistores o FET, ha disminuido al agregar diodos de rueda libre con cargas inductivas en lugar de usar Schottky, Zener y otros tipos de diodos en ciertas aplicaciones.
Sin embargo, en los últimos años, los diodos de rueda libre se han utilizado con mayor frecuencia porque utilizan materiales semiconductores ultrarrápidos que han mejorado los tiempos de recuperación inversa rápidos y pueden funcionar a frecuencias de conmutación más altas.
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