Electrónica básica

EL DIODO DE UNIÓN

Variables dependientes e independientes

Cualquier circuito tiene variables independientes (como tensiones de alimentación y resistencias en las ramas) y variables dependientes (tensiones en las resistencias, corrientes, potencias, etc.). Cuando una variable independiente aumenta, cada una de las variables dependientes responderá, normalmente, aumentando o disminuyendo. Si se entiende cómo funciona el circuito, entonces se será capaz de predecir si una variable aumentará o disminuirá.
EJEMPLO:

Si se analiza la resistencia R_L y la tensión V_S, se ve que los valores que se desean son de 1 kW  y 10 V en este caso, a estos se les llama "valores nominales", pero los valores reales se rigen por unas tolerancias, que son unos rangos de valores no un valor fijo. El diodo también puede variar su valor de tensión umbral.
Pero estas tres variables (R_L, V_S y V_j) dependen de la fabricación, estos es dependen de si mismas, son "variables independientes". Por otro lado están las "variables dependientes", que dependen de las tres variables anteriores, que son: V_L, I_L, P_D, P_L y P_T. Estos queda reflejado en la siguiente tabla:

Hoja de características de un diodo

Tensión inversa de ruptura
Estudiaremos la hoja de características del diodo 1N4001, un diodo rectificador empleado en fuentes de alimentación (circuitos que convierten una tensión alterna en una tensión continua).
La serie de diodos del 1N4001 al 1N4007 son siete diodos que tienen las mismas características con polarización directa, pero en polarización inversa sus características son distintas.
Primeramente analizaremos las "Limitaciones máximas" que son estas:

Estos tres valores especifican la ruptura en ciertas condiciones de funcionamiento. Lo importante es saber que la tensión de ruptura para el diodo es de 50 V, independientemente de cómo se use el diodo. Esta ruptura se produce por la avalancha y en el 1N4001 esta ruptura es normalmente destructiva.
Corriente máxima con polarización directa
Un dato interesante es la corriente media con polarización directa, que aparece así en la hoja de características:

Indica que el 1N4001 puede soportar hasta 1 A con polarización directa cuando se le emplea como rectificador. Esto es, 1 A es el nivel de corriente con polarización directa para el cual el diodo se quema debido a una disipación excesiva de potencia. Un diseño fiable, con factor de seguridad 1, debe garantizar que la corriente con polarización directa sea menor de 0,5 A en cualquier condición de funcionamiento.
Los estudios de las averías de los dispositivos muestran que la vida de éstos es tanto más corta cuanto más cerca trabajen de las limitaciones máximas. Por esta razón, algunos diseñadores emplean factores de seguridad hasta de 10:1, para 1N4001 será de 0,1 A o menos.
Caída de tensión con polarización directa
Otro dato importante es la caída de tensión con polarización directa:

Estos valores están medidos en alterna, y por ello aparece la palabra instantáneo en la especificación. El 1N4001 tiene una caída de tensión típica con polarización directa de 0,93 V cuando la corriente es de 1 A y la temperatura de la unión es de 25 ºC.
Corriente inversa máxima
En esta tabla esta la corriente con polarización inversa a la tensión continua indicada (50 V para un 1N4001).

Esta corriente inversa incluye la corriente producida térmicamente y la corriente de fugas superficial. De esto deducimos que la temperatura puede ser importante a la hora del diseño, ya que un diseño basado en una corriente inversa de 0,05 mA trabajará muy bien a 25 ºC con un 1N4001 típico, pero puede fallar si tiene que funcionar en medios donde la temperatura de la unión alcance los 100 ºC.

Las hojas de características son útiles para los diseñadores de circuitos y lo pueden ser para un reparador técnico a la hora de seleccionar el dispositivo sustituto que a veces se requiere.

Las hojas de características de diferentes fabricantes contienen información similar pero se usan diferentes símbolos para indicar distintas condiciones de funcionamiento.

Podemos decir entonces que una hoja de datos del fabricante proporciona información detallada sobre un dispositivo para que pueda ser utilizado correctamente en una aplicación dada.

Todos los componentes electrónicos poseen un código de referencia dado por el fabricante y con dicho código se busca la hoja característica correspondiente al dispositivo.

Una hoja característica en general proporciona:

1. Los valores máximos.

2. Las características eléctricas.

3. Mecánicas de datos.

4. Gráficas de diferentes parámetros.

Al usar las hojas de características de diodos se tienen en cuenta principalmente los siguientes parámetros:

VALORES MÁXIMOS.

Estos son los valores máximos absolutos en que un diodo puede trabajar sin destruirse esto significa que si se supera en la práctica algún valor de los dados en esta parte de la hoja característica el diodo se dañaría.

Para una mayor fiabilidad y duración, el diodo siempre se debe operar muy por debajo de estos valores. En general, los valores nominales máximos se especifican a 25 ° C.

Los parámetros con valores máximos en un diodo son los siguientes:

Tensión de Ruptura
VRRM	Tensión inversa repetitiva de pico
VRWM	Tensión inversa de pico de operación
VR	Tensión de bloqueo en corriente continua
VRSM	Tensión pico en inversa no repetitivo

Tabla 1

En otras hojas de características, la tensión inversa de ruptura puede ser designada PIV, FRV o BV.

Corriente máxima con polarización directa
lo	Corriente rectificada media en polarización directa (monofásica, carga resistiva, 60 Hz, TA = 75 °C)

Tabla 2

CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS.

Estos parámetros difieren de los valores máximos, ya que no son configurados por el diseñador, pero son el resultado de funcionamiento del diodo bajo condiciones específicas.

Caída de tensión en polarización directa
VF	Caída de tensión máxima instantánea en Polarización directa.

Tabla 3

Estas mediciones se hacen con una señal alterna y, por ello, aparece la palabra instantánea en la especificación.

Corriente Inversa máxima
IR	Corriente inversa.

Tabla 4

Recuérdese que esta corriente inversa incluye la corriente producida térmicamente y la corriente superficial de fugas.

PRUEBA DE DIODOS.

Un multímetro se puede utilizar para comprobar de manera rápida y sencilla un diodo.
Utilizando el Óhmetro Un diodo en buen estado mostrará una resistencia extremadamente alta con polarización inversa y una resistencia muy baja (0) con polarización directa. La figura 10 muestra la manera en se conecta el diodo al óhmetro.

Figura. 10 a) Diodo polarizado en directa b) Diodo polarizado en inversa.

(.OL) en varios multimetros significa que el valor de resistencia es tan alto que no puede ser desplegado en pantalla.

Uno de los problemas con el uso de un ohmímetro para comprobar un diodo es que las lecturas obtenidas sólo tienen valor cualitativo, no cuantitativo. En otras palabras esta prueba nada más nos indica la polaridad del diodo.
Actualmente los multimetros incorporan un sistema de prueba de diodos el cual muestra la caída de tensión del diodo según su polarización. Figura 11.

Figura. 11 Probador de Diodo en multímetro.

Esta medida de voltaje siempre será inferior a 0.7V si el diodo es de silicio y 0.3V si el diodo es de germanio. Debido a que la corriente que proporciona el medidor es insignificante.

Los medidores comúnmente despliegan en pantalla la caída de tensión en milivoltios por esta razón el valor marcado en la figura 35 de 0.548 v en milivoltios seria 548mv.

Midiendo en polarización inversa con el probador de diodos debe de aparecer un 1 en pantalla, en sí no debe medir nada.

Comprobación y detección de averías

El óhmetro es la herramienta adecuada para saber el estado de un diodo. Se mide la resistencia en continua del diodo en cualquier dirección y después se invierten los terminales efectuándose la misma medición. La corriente con polarización directa dependerá de la escala en la que se emplee el ohmétro, lo que significa que se obtendrán distintas lecturas en intervalos diferentes. Sin embargo, lo que hay que buscar principalmente es una diferencia de resistencia inversa a directa muy alta. Para los diodos de silicio comúnmente empleados en la electrónica la razón debe ser mayor que 1.000:1.
En el uso del óhmetro para probar diodos lo único que se desea saber es se el diodo tiene una resistencia pequeña con polarización directa y grande con polarización inversa. Los problemas que pueden surgir son:

• Resistencia muy pequeña en ambas direcciones: diodo en cortocircuito.
• Resistencia muy grande en ambas direcciones: diodo en circuito abierto.
• Resistencia pequeña en inversa: diodo con fugas.