El diodo como interruptor es una solución imprescindible en el ámbito de la electrónica. Este componente pequeño pero poderoso se ha convertido en un aliado indispensable para controlar el flujo de corriente en circuitos eléctricos. En este artículo, exploraremos cómo funciona el diodo como interruptor, sus aplicaciones más comunes y las ventajas que ofrece en comparación con otros dispositivos similares. ¡Descubre cómo este pequeño componente puede marcar la diferencia en tus proyectos electrónicos!
El cambio de polarización directa e inversa del diodo hace que el diodo sea un interruptor. El diodo es un dispositivo semiconductor de dos terminales que tiene una unión PN. Cuando la unión PN está en estado de polarización directa, actúa como un circuito cerrado. Cuando la unión está en un estado de polarización inversa, el diodo actúa como circuito abierto. Por lo tanto, cuando el estado de la unión PN cambia de polarización inversa a polarización directa o viceversa, el diodo actúa como un interruptor. El diodo de unión PN actúa como un interruptor eléctrico.
Ventajas de los interruptores eléctricos sobre los interruptores mecánicos
Las siguientes son las ventajas de los interruptores eléctricos sobre los interruptores mecánicos.
- Los interruptores mecánicos tienen contactos móviles. Como resultado, estos necesitan más mantenimiento. Mientras que en el caso de los interruptores eléctricos no hay partes móviles y estas no requieren mantenimiento.
- Los contactos de los interruptores mecánicos están hechos de metales y expuestos al medio ambiente. Por lo tanto, los metales son aptos para oxidarse. Por otro lado, los interruptores eléctricos no tienen el problema de la oxidación por contacto.
- Los interruptores mecánicos sufren más estrés y tensión en comparación con los interruptores eléctricos.
- El desgaste de los contactos de los interruptores mecánicos afecta el funcionamiento y por lo tanto no son confiables.
- La pérdida de potencia a través del contacto de los interruptores mecánicos es mayor que la de los interruptores eléctricos.
- El tiempo de conmutación de los interruptores mecánicos es mayor en comparación con los interruptores eléctricos.
Por lo tanto, un interruptor eléctrico tiene mejores características que un interruptor mecánico.
Trabajo de diodo como un interruptor
El principio de funcionamiento de un diodo como interruptor no es más que la polarización directa e inversa del diodo. Cuando un voltaje directo es mayor que el voltaje de corte del diodo de unión PN, la corriente fluye a través de la unión. Por lo tanto, la unión del diodo se convierte en un cortocircuito. El diodo entra en polarización inversa cuando el voltaje en el ánodo del diodo es más negativo que el voltaje en el cátodo. En esta condición, la unión del diodo es un circuito abierto.
Para comprender el fenómeno anterior, entendámoslo con la ayuda del siguiente diagrama.
Un diodo tiene una unión PN. En un diodo, la región P tiene orificios ligeramente dopados como portadores mayoritarios. y la región N tiene electrones altamente dopados como portadores mayoritarios. Cuando el interruptor está en la posición ON, el ánodo del diodo D recibe un suministro positivo y el cátodo del diodo D recibe un suministro negativo. En esta condición, el diodo se polariza directamente y comienza a conducir.
Ahora, cuando la posición del interruptor cambia de estado ENCENDIDO a APAGADO, el ánodo del diodo recibe el voltaje negativo en el ánodo. Bajo esta condición, la corriente que fluía en el estado de polarización directa cae a cero y el diodo se convierte en un circuito abierto. Aquí, tenga en cuenta que la corriente directa del diodo no cae a cero instantáneamente, pero lleva algún tiempo. Este tiempo se denomina tiempo de recuperación inversa. Ahora, el diodo atrae una corriente de fuga insignificante en la polarización inversa.
Un fenómeno de timbre ocurre cuando el diodo pasa de un estado de polarización directa a uno de polarización inversa.
¿Qué es Ringing en diodo?
Al aplicar voltaje inverso al diodo después del flujo de corriente directa, la corriente inversa fluye por un momento instantáneo en lugar de apagarse instantáneamente. Esta corriente inversa se llama corriente de recuperación.
Durante el flujo de la corriente de recuperación, la corriente de recuperación puede crear algunas oscilaciones. Estas oscilaciones se denominan repiqueteo.
La condición de timbre provoca pérdida de energía y es deseable tener un timbre mínimo.
El tiempo de conmutación es una parte muy vital de un interruptor ideal. El interruptor debe tener el menor tiempo de encendido y apagado. Ahora, comprendamos los tiempos de conmutación de un diodo.
Tiempos de conmutación de diodos
Mientras cambia las condiciones de polarización, el diodo sufre una respuesta transitoria durante polarización directa a polarización inversa y viceversa.
El tiempo necesario para responder en condiciones transitorias es el criterio importante para un interruptor eléctrico.
Tiempo de recuperación
El tiempo que tarda el diodo en recuperar su estado estacionario se llama Tiempo de recuperación.
Tiempo de recuperación de reenvío
El tiempo que tarda un diodo en cambiar de un estado de polarización inversa a un estado de polarización directa se llama Tiempo de recuperación de reenvío.
Al aplicar la polarización directa en un diodo en estado APAGADO, el voltaje a través del diodo se dispara instantáneamente hasta alrededor de 1 a 2 voltios antes de establecerse en su valor final de 0,7 voltios porque la inyección de portadores minoritarios lleva algún tiempo. El tiempo necesario para cruzar el 10 % del valor final hasta el pico y caer hasta el valor final es el tiempo de recuperación hacia delante. Es una consideración importante en la selección de diodos para SMPS. Para diodos de conmutación rápida, es de unos 50 ns.
Tiempo de recuperación inversa
La corriente inversa fluye durante un pequeño período de tiempo cuando el diodo está conduciendo y de repente se apaga. El intervalo de tiempo que tarda el diodo en cambiar de un estado de polarización directa a un estado de polarización inversa se denomina Tiempo de recuperación inversa. Y, la corriente inversa se llama corriente de recuperación inversa.
El tiempo de recuperación es del orden de unos pocos nanosegundos a unos pocos microsegundos o incluso más. Todo depende del dispositivo y los niveles actuales. La razón principal de esta corriente de recuperación inversa y el tiempo de recuperación inversa es que las cargas minoritarias requieren tiempo para recombinarse con las cargas mayoritarias en la región de agotamiento. Esto provoca una pérdida de potencia significativa en los reguladores de conmutación.
Tiempo de almacenamiento
El período de tiempo durante el cual el diodo permanece en el estado de conducción incluso en el estado de polarización inversa se denomina como Tiempo de almacenamiento.
Aplicaciones de los circuitos de conmutación de diodos.
El diodo se utiliza como interruptor para las siguientes aplicaciones.
- Circuitos rectificadores de alta velocidad
- Circuitos de conmutación de alta velocidad
- receptores de radiofrecuencia
- Aplicaciones de propósito general
- aplicaciones de consumo
- Aplicaciones automotrices
- Aplicaciones de telecomunicaciones, etc.
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