(7) El diodo
El diodo es posiblemente el componente de semiconductor más sencillo. Se basa en la unión de dos semiconductores, uno de tipo N y otro de tipo P. Su característica más importante es que sólo permite el paso de la corriente en un sentido y no en el otro. Es como una válvula unidireccional.
El símbolo del diodo indica el sentido por el que se permite el paso de la corriente. El terminal por donde entra la corriente se denomina ánodo (A), y el terminal de salida se denomina cátodo (K).
Los diodos tienen un encapsulado habitualmente cilíndrico. Se distingue el ánodo del cátodo porque el cátodo viene marcado por una línea plateada en uno de los lados.
Vídeo resumen diodos
El diodo tiene dos estados posibles: conducción o bloqueo.
Conducción o polarización directa
En el estado de conducción deja pasar la corriente a través suyo, es decir circula la corriente del ánodo al cátodo.
En esta situación podemos decir que el diodo se comporta como si fuera un interruptor cerrado.
Cuando el diodo está en conducción, el voltaje entre ánodo y cátodo (VAK) es de unos 0,6 V.
Bloque o polarización inversa
En el estado de bloqueo es cuando el diodo no deja pasar la corriente a través suyo, es decir no hay flujo de corriente.
En esta situación podemos decir que el diodo se comporta como fuera un interruptor abierto.
Cuando el diodo está en bloqueo, el voltaje del ánodo es más pequeño que el voltaje en el cátodo, por lo que VAK es normalmente negativo (VAK =VA-VK)
Su valor concreto depende del circuito y de la fuente de alimentación.
Principales características
En el diodo, hay que destacar dos valores límite importantes:
La corriente máxima directa (IFmax), tal y como su nombre indica es la máxima intensidad de corriente que puede soportar el diodo en polarización directa sin averiarse, y por tanto hay que respetarla. La superación de este valor es una causa importante de averías.
La tensión inversa máxima (VAKr), tal y como su nombre indica es la máxima tensión que puede soportar el diodo cuando se encuentra en polarización inversa. Este límite hay que respetarlo para no estropear el diodo o provocar malfuncionamientos en el circuito.
Ejemplos de valores máximos de intensidad y tensión inversa máxima en diodos comerciales de uso habitual
Averías típicas de los diodos
Los diodos pueden presentar dos averías principales:
Cortocircuito: Ésta se da cuando el diodo permite el paso de la corriente en los dos sentido de polarización, tanto directa como inversa. Se comporta como un hilo conductor.
Circuito abierto: Esta ocurre cuando el diodo no deja pasar corriente en ninguno de los dos sentidos. Se comporta como un circuito abierto.
Actividades de simulación y montaje
Las siguientes actividades las tienes que simular en TinkerCAD y montar físicamente en la placa de montaje
Cuaderno de actividades
Esta actividad la tienes que realizar en tu cuaderno de actividades digital. No olvides incluir:
Enunciados
La captura de pantalla del circuito diseñado en TinkerCAD en cada actividad.
Las respuestas a las preguntas que se plantean y opcionalmente otras observaciones que quieras realizar.
Los vídeos en formato GIF de los montajes realizados en la placa de cada actividad.
Cuando termines la última actividad, enséñala a tu profesor antes de desmontarla.
1
Simula en en TinkerCAD el siguiente circuito. Fíjate en la marca que indica el terminal del cátodo en el diodo.
Al iniciar la simulación, ¿qué ocurre? ¿En qué estado se encuentra el diodo?
Añade una captura de pantalla del circuito a tu cuaderno.
Ahora monta el circuito en tu placa de montaje y comprueba que funciona.
Haz un foto 📷 de tu montaje real y añádela a tu cuaderno.
2
Aunque en este montaje didáctico en realidad el diodo no hace nada especial en el circuito, sí que provoca una pequeña caída de voltaje que hará que el conjunto led-resistencia no reciba los 5 V completos.
Para comprobarlo, conecta un voltímetro entre ánodo y cátodo para averiguar qué voltaje cae en el diodo. Puedes observar el esquema de la derecha para conectar el voltímetro.
Simula el circuito en TinkerCAD y añade un voltímetro para medir el voltaje ánodo-cátodo (VAK)
Conecta ahora el voltímetro en el montaje real y apunta el voltaje VAK que indica la pantalla del voltímetro.
Haz un foto 📷 de tu montaje real donde se vea la pantalla del voltímetro y añádela a tu cuaderno.
3
Vamos a probar a darle la vuelta al diodo y conectarlo al revés que en la actividad anterior.
Simula el circuito en TinkerCAD con el diodo cambiado y realiza el mismo cambio en tu placa.
¿Qué ocurre al conectar el circuito? ¿En qué estado se encuentra el diodo? ¿Cómo está el LED, encendido o apagado?
Añade una captura de pantalla del circuito de TinkerCAD en tu cuaderno.
Haz un foto 📷 de tu montaje real y añádela a tu cuaderno.
4
Conecta de nuevo el voltímetro para averiguar qué ocurre ahora en el voltaje del diodo. Puedes observar el esquema de la derecha para conectar el voltímetro.
Atención porque la sonda roja del voltímetro debe seguir conectada al ánodo del diodo. Fíjate en la imagen.
Apunta el voltaje VAK que indica la pantalla del voltímetro. ¿Por qué crees que tiene ese voltaje? ¿Qué función está haciendo el diodo en esta posición?
Haz un foto 📷 de tu montaje real y añádela a tu cuaderno.
Actividades de simulación en TINKERCAD
5
Para cada circuito, montalo en TinkerCAD y completa cada actividad como en el circuito de ejemplo.
Copia cada circuito y dibuja con una flecha el sentido de la corriente en cada rama. Puedes insertar un dibujo en tu documento memoria y pegar la imagen allí de cada circuito allí. En el dibujo puedes dibujar encima.
Dibuja el esquema equivalente de cada circuito, sustituyendo los diodos por interruptores equivalentes abiertos o cerrados.
Completa las tablas para cada circuito. Indica claramente el signo de la VAK.
Circuito de ejemplo resuelto en rojo.
Estado de D1: Conducción
VAK1: 0,7V
Estado de B: encendida
Circuito 1
Estado de D1:
Estado de D2:
VAK1:
VAK2:
Estado de B:
Circuito 2
Estado de D1:
Estado de D2:
VAK1:
VAK2:
Estado de B:
Circuito 3
Estado de D1:
Estado de D2:
VAK1:
VAK2:
Estado de B1:
Estado de B2:
Circuito 4
Estado de D1:
Estado de D2:
VAK1:
VAK2:
Estado de B1:
Estado de B2:
Para terminar, responde las siguientes preguntas:
Qué elemento determina el sentido de la corriente en un circuito?
Qué criterio se sigue para determinar la polarización de un diodo en un circuito?
Por qué no se enciende la bombilla del circuito 2?
Por qué no se enciende la bombilla B1del circuito 3?
Por qué el voltaje ánodo- cátodo del diodo D1 del circuito 3, es negativo ?
Por qué no se enciende la bombilla B2 del circuito 4?