El diodo

Sistemas electrónicos

El diodo es posiblemente el componente de semiconductor más sencillo, y no por eso el menos útil. 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.

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 (V_AK) 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 ánodo, por lo que V_AK es normalmente negativo (V_AK =V_A-V_K)

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 (I_Fmax), 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 (V_AKr), 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.

Aprende haciendo

Esta actividad la puedes continuar en tu memoria. No olvides incluir al menos:

Enunciados
La captura de pantalla de cada actividad a partir de la 2.
Las respuestas a las preguntas que se plantean y opcionalmente otras observaciones que quieras realizar.

Guía de montaje en Tinkercad

1. Monta el siguiente circuito en TinkerCAD. Fíjate en la marca que indica el terminal del cátodo en el diodo.

2. Coloca los cables de forma que no se crucen. Elige los colores de los cables como puedes ver en el esquema.

3. Inicia la simulación.

Actividades

(1) Enciende la fuente de alimentación y asegúrate de que el voltaje está seleccionado a 5V. ¿Qué ocurre? ¿En qué estado se encuentra el diodo?

(2) Aunque en este montaje didáctico en realidad el diodo no hace nada especial en el circuito, sí que provoca una pequeña pérdida de voltaje que hará que la bombilla no reciba todo el voltaje de la fuente.

Conecta un voltímetro para averiguar qué voltaje cae en el diodo. Puedes observar el esquema de la derecha para conectar el voltímetro.

Apunta el voltaje V_AK que indica la pantalla del voltímetro

(3) Vamos a probar a darle la vuelta al diodo y conectarlo al revés.

¿Qué ocurre al encenderlo? ¿En qué estado se encuentra el diodo?

(4) Conecta un voltímetro para averiguar qué ocurre ahora en el voltaje del diodo. Puedes observar el esquema de la derecha para conectar el voltímetro.

Atención porque el positivo del voltímetro (rojo) debe seguir conectado al ánodo del diodo.

Apunta el voltaje V_AK que indica la pantalla del voltímetro. ¿Por qué crees que tiene ese voltaje? ¿Qué papel está haciendo el diodo en esta posición?

Recuerda adjuntar una captura de pantalla de cada actividad en tu memoria.

Actividades de ampliación sobre diodos

Para cada circuito, montalo en TinkerCAD y completa cada actividadad como en el circuito de ejemplo.

1. 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.
2. Dibuja el esquema equivalente de cada circuito, sustituyendo los diodos por interruptores equivalentes abiertos o cerrados.
3. Completa las tablas para cada circuito. Indica claramente el signo de la V_AK.

Circuito de ejemplo resuelto en rojo.

Estado de D1: Conducción

V_AK1: 0,7V

Estado de B: encendida

Circuito 1

Estado de D1:

Estado de D2:

V_AK1:

V_AK2:

Estado de B:

Circuito 2

Estado de D1:

Estado de D2:

V_AK1:

V_AK2:

Estado de B:

Circuito 3

Estado de D1:

Estado de D2:

V_AK1:

V_AK2:

Estado de B1:

Estado de B2:

Circuito 4

Estado de D1:

Estado de D2:

V_AK1:

V_AK2:

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?

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