ASÍ FUNCIONAN LOS DIODOS

Texto e ilustraciones José Antonio E. García Álvarez



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Contenido:

Estructura de un elemento semiconductor.
Formación de un diodo de silicio de unión 
   "p-n".
Polarización del diodo.
Diodos de punta de contacto o "de señal".
Mecanismo de funcionamiento del diodo
   de silicio (Si).
Características de los diodos.
Encapsulados diferentes de los diodos.
> Rectificación de la corriente alterna (C.A.) 
   empleando semiconductores diodos.  
Rectificador con filtro a la salida de la 
   corriente directa.


RECTIFICACIÓN DE LA CORRIENTE ALTERNA (C.A.) EMPLEANDO SEMICONDUCTORES DIODOS


La rectificación de una corriente alterna (C.A.) para convertirla en corriente directa (C.D.)denominada. también corriente continua (C.C.)— es una de las tecnologías más antiguas empleadas en los circuitos electrónicos desde principios del siglo pasado, incluso antes que existieran los elementos semiconductores de estado sólido, como los diodos de silicio que conocemos en la actualidad.

Puesto que los diodos permiten el paso de la corriente eléctrica en una dirección y lo impiden en la dirección contraria, se han empleado también durante muchos años en la detección de señales de alta frecuencia, como las de radiodifusión, para convertirlas en audibles en los receptores de radio. En la actualidad varios tipos de diodos de construcción especial pueden realizar otras funciones diferentes a la simple rectificación o detección de la corriente cuando se instalan en los circuitos electrónicos.

Funcionamiento de un diodo rectificador común de media onda

Para comprender mejor la forma en que funciona un semiconductor diodo, es necesario recordar primero que la corriente alterna (C.A.) circula por el circuito eléctrico formando una sinusoide, en la que medio ciclo posee polaridad positiva mientras y el otro medio ciclo posee polaridad negativa. Es decir, cuando una corriente alterna circula por un circuito eléctrico cerrado su polaridad cambia constantemente tantas veces como ciclos o hertz por segundo de frecuencia posea. En el caso de la corriente alterna que llega a nuestros hogares la frecuencia puede ser de 50 o de 60 ciclos en dependencia del sistema que haya adoptado cada país en cuestión. En Europa la frecuencia adoptada es de 50 ciclos y de 60 ciclos en la mayor parte de los países de América (Ver tabla de frecuencia de la corriente por países y los respectivos voltajes).


Animación de un circuito rectificador simple de media onda, compuesto por un solo diodo.


En la animación de arriba se puede apreciar que en el proceso de rectificación de la corriente alterna (C.A.) utilizando un solo diodo, durante un primer medio ciclo negativo los electrones circularán por el circuito atravesando primero el diodo y a continuación el consumidor o carga eléctrica, representado por una resistencia (R). En ese instante, en los extremos de la resistencia se podrá detectar una corriente directa "pulsante" que responde a ese medio ciclo. En el medio ciclo siguiente (esta vez positivo), los electrones cambiarán su sentido de circulación y no podrán atravesar ni la resistencia, ni el semiconductor diodo, porque en ese instante el camino estará bloqueado por el terminal positivo del diodo y no habrá circulación de corriente por el circuito. A continuación y durante el medio ciclo siguiente negativo, de nuevo el diodo vuelve a permitir el paso de los electrones, para bloquearlo nuevamente al cambiar la corriente el sentido de circulación y así sucesivamente mientras se continúe suministrándole corriente al diodo.

Por tanto, durante cada medio ciclo negativo de una fuente de corriente alterna (C.A.) conectada a un diodo se registra una polaridad fija en los extremos de un consumidor conectado al circuito de salida del propio diodo, mientras que durante el siguiente medio ciclo positivo no aparecerá polaridad alguna debido al bloqueo que ofrece el propio diodo al paso de los electrones en sentido inverso. De esa forma, a través del consumidor circulará una corriente pulsante, pues en este caso el diodo actúa como un rectificador de corriente alterna de media onda.

Funcionamiento de los diodos rectificadores de onda completa

Cuando un circuito eléctrico o electrónico requiere de una corriente directa que no sea pulsante, sino mucho más lineal que la que permite un simple rectificador de media onda, es posible combinar de dos a cuatro diodos rectificadores de forma tal que la resultante sea una corriente directa (C.D.) con menos oscilaciones residuales.

La estructura más usual para obtener un puente rectificador de "onda completa" es la compuesta por cuatro diodos conectados de forma conveniente. Sin embargo, en algunos casos se obtiene un efecto similar conectando solamente dos diodos, empleando como fuente de suministro de corriente alterna (C.A.) un transformador con una derivación en el centro del enrollado secundario. Esa derivacióncentral permite alimentar por igual a cada uno de los diodos gracias a su simetría en contrafase que hace  posible  que el 

punto medio del enrollado sea siempre el polo negativo mientras el polo positivo cambia en  sus  extremos cada medio ciclo de frecuencia alterna de la corriente aplicada al circuito.  Sin  embargo,  a la  salida  del circuito rectificador se obtiene una corriente directa (C.D.) de onda completa.





Animación del funcionamiento de un circuito rectificador de corriente alterna de onda completa compuesto por dos diodos de silicio.       


No obstante, la mayoría de los circuitos eléctricos o electrónicos que funcionan con corriente directa (C.D.), emplean rectificadores de onda completa compuestos por cuatro diodos. A continuación se ilustran tres formas de esquematizar en un diagrama la conexión de esos cuatro diodos para obtener un rectificador de onda completa.


Diferentes formas de representar esquemáticamente un mismo puente rectificador de onda completa integrado por cuatro diodos, aunque la figura de la izquierda es la forma más común de representarlo.

 


Un puente rectificador de cuatro diodos funciona de la siguiente forma: como se puede observar en la parte (A) de la ilustración, durante el primer medio ciclo negativo (–) de la corriente que proporciona la fuente de suministro alterna (C.A.) conectada al puente rectificador, los electrones atraviesan primero el diodo (1), seguidamente el consumidor (R) y después el diodo (2) para completar así la circulación de la corriente de electrones por una mitad del circuito correspondiente al puente rectificador.


Como aclaración, al llegar los electrones en su recorrido al punto de conexión (a), no pueden atravesar el diodo (4) porque, de acuerdo con la colocación que éste ocupa en el circuito, bloqueará o impedirá la circulación de los electrones en ese sentido.

Una vez que los electrones continúan su recorrido, al llegar al punto de conexión (b), tampoco pueden atravesar el diodo (4), porque la corriente de electrones nunca circula en dirección a su propio encuentro (de forma similar a como ocurre con la corriente de agua en un río), sino que siempre se mueve en dirección al polo opuesto de la fuente de suministro que le proporciona la energía eléctrica, o sea, el polo positivo de la corriente alterna (C.A.) en este caso.

En la parte (B) de la ilustración podemos ver que la corriente alterna cambia la polaridad y, por tanto, el sentido de circulación de los electrones. En esta ocasión, los electrones atraviesan primeramente el diodo (3), a continuación atraviesan el consumidor (R) y, por último, el diodo (4) para retornar a la fuente de suministro eléctrico y completar así el circuito. De forma similar a lo ocurrido en el ciclo anterior, ahora el diodo (1) es el encargado de bloquearle el paso a los electrones para que se puedan dirigir en dirección al consumidor (R), mientras que el diodo (2) tampoco pueden atravesarlo los electrones, porque no pueden ir a su propio encuentro, tal como ocurre en el medio ciclo anterior.


Animación del funcionamiento del rectificador de onda completa o puente rectificador, compuesto por cuatro diodos.

Como se habrá podido apreciar, tanto en el primer medio ciclo, como en el siguiente, los signos de polaridad positiva (+) y negativa (–) a la salida del circuito del puente de rectificación donde se encuentra conectado el consumidor (R), se mantiene constante, pues una vez rectificada la corriente alterna (C.A.) y convertida en directa (C.D.) las polaridades no sufren variación alguna como ocurre con la corriente alterna a la entrada del circuito. En esa ilustración se puede ver también que a la salida del circuito de rectificación se obtienen una serie de pulsaciones continuas, es decir, no intermitentes como ocurre cuando se emplea un solo diodo rectificador en un circuito de media onda.


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  Última actualización: abril de 2012