El diodo es uno de los componentes más importantes y sencillos de la electrónica.
Una de las primeras cosas que aprendemos sobre él es:
Un diodo permite el paso de la corriente principalmente en un sentido y la bloquea en el sentido contrario.
Esta característica resulta especialmente interesante cuando colocamos un diodo en un circuito alimentado por corriente alterna (CA).
Esto se debe a que la polaridad de la tensión alterna cambia continuamente.
Entonces surge una pregunta:
Si la corriente alterna cambia constantemente de sentido y el diodo conduce principalmente en un solo sentido, ¿qué ocurre con la forma de onda después de pasar por el diodo?
Eso es lo que vamos a comprender.
¿Cómo Funciona un Diodo?
Un diodo semiconductor tiene dos terminales:
Ánodo (A) y cátodo (K).
Cuando el diodo está sometido a la polaridad adecuada para conducir, decimos que está:
Polarizado en directa.
Cuando se invierte la polaridad, decimos que está:
Polarizado en inversa.
Como explicación inicial, podemos entenderlo de esta manera:
Polarización directa → el diodo conduce
Polarización inversa → el diodo bloquea.
En la práctica, un diodo real no es un interruptor perfecto. Presenta características como la caída de tensión directa, la corriente de fuga inversa y los límites máximos de tensión y corriente.
Pero este modelo simplificado es excelente para empezar a comprender su funcionamiento.
¿Qué Ocurre con la Corriente Continua?
Imagina primero una batería que alimenta una resistencia a través de un diodo.
Si colocamos el diodo en la orientación correcta:
Fuente de alimentación → diodo → resistencia
Estará polarizado en directa y podrá conducir corriente.
Si invertimos el diodo:
Fuente de alimentación → diodo invertido → resistencia
Estará polarizado en inversa y, en condiciones normales de funcionamiento, prácticamente impedirá la circulación de corriente.
Hasta aquí es relativamente sencillo.
Pero ¿qué ocurre cuando la tensión cambia constantemente de polaridad?
¿Qué Es la Corriente Alterna?
En la corriente alterna, o CA, la tensión varía con el tiempo e invierte periódicamente su polaridad.
Una forma de onda muy utilizada para representar la tensión alterna es la:
Onda senoidal.
Tiene dos regiones que podemos denominar:
Semiciclo positivo
y
Semiciclo negativo.
Después, el proceso se repite continuamente.
En una red eléctrica de 60 Hz, por ejemplo, hay 60 ciclos completos por segundo.
En una red eléctrica de 50 Hz, hay 50 ciclos completos por segundo.
¿Qué Hace el Diodo con Esta Onda Senoidal?
Ahora viene lo interesante.
Imagina que colocamos un diodo en serie con una carga alimentada por una tensión senoidal.
Durante uno de los semiciclos, el diodo queda:
Polarizado en directa.
Durante este período, conduce.
Cuando se invierte la polaridad de la tensión, el diodo pasa a estar:
Polarizado en inversa.
Durante este período, bloquea la corriente, sin tener en cuenta las pequeñas corrientes de fuga de un componente real.
El resultado es:
Un semiciclo aparece en la carga, mientras que el otro queda bloqueado.
Este proceso se denomina:
Rectificación de Media Onda
¿Un Diodo Convierte la Corriente Alterna en Corriente Continua?
Esta pregunta merece una explicación cuidadosa.
Después del diodo, la tensión sobre una carga resistiva ya no alterna entre valores positivos y negativos de la misma manera que la onda senoidal original.
Tenemos pulsos que siempre presentan la misma polaridad.
Pero esto todavía no es aquella tensión continua prácticamente constante que esperamos, por ejemplo, de una batería.
Lo que tenemos a la salida de un rectificador de media onda es una:
Tensión continua pulsante.
Podemos representarlo así:
Corriente alterna senoidal
→ diodo
→ rectificación de media onda
→ corriente continua pulsante.
Para obtener una tensión más uniforme, normalmente necesitamos añadir otras etapas.
¿Por Qué se Llama «Media Onda»?
Porque aprovechamos únicamente uno de los dos semiciclos de la onda senoidal.
Imagina:
Positivo → pasa
Negativo → bloqueado
Positivo → pasa
Negativo → bloqueado
Y así sucesivamente.
Si invertimos la orientación del diodo, podemos cambiar qué semiciclo aparece sobre la carga.
Por lo tanto, no tiene que ser necesariamente el semiciclo positivo el que pase.
Esto depende de la:
Orientación del diodo en el circuito.
Existe una Caída de Tensión en el Diodo
Hasta ahora hemos tratado el diodo casi como un interruptor ideal.
Un diodo real presenta una caída de tensión cuando conduce.
Para un diodo de silicio convencional, es muy habitual utilizar como referencia didáctica un valor próximo a:
0,7 V
Pero este valor no es una constante absoluta.
La tensión directa depende del componente, de la corriente y de la temperatura.
Por lo tanto, si la tensión de entrada es baja, esta caída puede ser bastante significativa.
Un Ejemplo Sencillo
Imagina una onda senoidal cuya tensión de pico sea:
10 V.
Con un diodo ideal, podríamos esperar aproximadamente 10 V de pico sobre la carga durante el semiciclo de conducción.
Con un diodo real de silicio, el pico será ligeramente inferior debido a la caída de tensión directa.
De forma aproximada:
Vp(salida) ≈ Vp(entrada) − Vf(diodo)
Si consideramos aproximadamente 0,7 V:
10 − 0,7 ≈ 9,3 V.
Esta es una aproximación, pero nos ayuda a comprender que un diodo real también provoca una pequeña pérdida de tensión durante la conducción.
Entonces, ¿La Tensión se Reduce a la Mitad?
No exactamente.
Esta es una corrección importante respecto a la forma en que lo expliqué en el artículo original.
El texto afirmaba que, como solo uno de los semiciclos pasa por el diodo, «solo la mitad de la tensión» podía pasar.
Lo que realmente ocurre es:
Se elimina uno de los semiciclos.
El valor de pico del semiciclo restante no se convierte simplemente en la mitad del pico original.
Lo que cambia son magnitudes como:
Valor medio;
Valor eficaz (RMS);
Potencia entregada a la carga.
Por lo tanto, decir simplemente que el diodo produce «la mitad de la tensión» puede llevar a una interpretación equivocada.
¿Y el Valor RMS?
Aquí encontramos una consecuencia muy interesante.
Para una onda senoidal completa ideal con una tensión de pico Vp:
Vrms = Vp / √2
Para una onda senoidal rectificada de media onda ideal:
Vrms = Vp / 2
Esto significa que la relación entre los valores RMS no es necesariamente la que podríamos imaginar observando únicamente la mitad del dibujo de la onda senoidal.
¿Qué Ocurre con la Potencia?
Para una carga puramente resistiva:
P = Vrms² / R
Ahora observa algo interesante.
Onda senoidal completa:
Vrms = Vp / √2
Por lo tanto:
P = Vp² / 2R
En la rectificación de media onda:
Vrms = Vp / 2
Por lo tanto:
P = Vp² / 4R
Así, para una carga puramente resistiva ideal, la potencia media con rectificación de media onda es:
La mitad de la potencia entregada por la onda senoidal completa.
De ahí procede la idea utilizada en el proyecto original con una lámpara incandescente.
Pero ahora podemos explicar correctamente el motivo.
No es porque:
«La tensión se redujo a la mitad».
Es porque modificamos la forma de onda y, en consecuencia, su valor RMS.
El Ejemplo de la Lámpara Incandescente
En el artículo original mostré un circuito muy sencillo que utilizaba:
Un interruptor + un diodo + una lámpara incandescente.
La idea era utilizar el diodo para crear un control de potencia extremadamente sencillo con dos niveles.
Forma de onda senoidal después de pasar por el diodo (imagen)
Forma de onda senoidal después de pasar por el diodo
En una de las posiciones, la lámpara recibe la onda senoidal completa.
En la otra condición, el diodo permite el paso de uno solo de los semiciclos.
De esta manera, reducimos la potencia media entregada a una carga aproximadamente resistiva, como una lámpara incandescente.
Pero Atención: Esto No Sirve para Todas las Lámparas
El artículo original ya incluía una advertencia importante:
No utilizar esta idea indiscriminadamente con lámparas electrónicas.
Y hoy ampliaría considerablemente esa advertencia.
Una lámpara LED moderna, por ejemplo, normalmente incorpora un circuito electrónico de alimentación.
Por lo tanto, no debe tratarse simplemente como una resistencia.
Su comportamiento con alimentación de media onda dependerá de su circuito interno, y es posible que el fabricante no haya previsto este tipo de funcionamiento.
Así que no debemos concluir:
«Funcionó con una lámpara incandescente, así que funcionará con cualquier dispositivo».
Eso no es necesariamente cierto.
Una Carga Resistiva Es Diferente de una Carga Electrónica
Una resistencia calefactora o una antigua lámpara incandescente tiene un comportamiento muy diferente al de los equipos que contienen:
Fuentes de alimentación conmutadas;
Motores;
Condensadores;
Transformadores;
Circuitos electrónicos.
Por eso, el efecto de la rectificación de media onda debe analizarse según:
La carga conectada.
Un diodo no es un «reductor universal de potencia».
¿Y el Soldador?
En el artículo original también sugerí esta técnica para obtener dos niveles de potencia en determinados soldadores resistivos, especialmente en modelos de mayor potencia.
El principio es similar al de la lámpara incandescente cuando el elemento calefactor se comporta esencialmente como una carga resistiva.
Pero, una vez más, existe una advertencia importante:
Esto no debe generalizarse a estaciones de soldadura o soldadores que incorporen controles electrónicos internos.
Estos equipos deben recibir la alimentación especificada por el fabricante.
El Diodo Debe Soportar la Corriente
No podemos elegir cualquier diodo simplemente porque:
«Permite el paso de la corriente en un sentido».
Todos los diodos tienen límites.
Uno de ellos es la:
Corriente máxima.
Si la carga requiere una corriente superior a la que el diodo puede soportar, el componente puede calentarse excesivamente y fallar.
Por lo tanto, necesitamos conocer la corriente de la carga.
El Diodo También Debe Soportar la Tensión Inversa
Durante el semiciclo en el que el diodo bloquea la corriente, queda sometido a una tensión inversa.
Y existe un límite para ello.
Por esta razón, otra especificación fundamental es la:
Tensión inversa máxima que puede soportar el diodo.
Si superamos este límite, podemos provocar una ruptura y destruir el componente.
Esto es especialmente importante cuando trabajamos con tensiones elevadas.
127 V RMS No Significa 127 V de Pico
Este concepto es muy importante para quienes comienzan a trabajar con corriente alterna.
Cuando decimos que una toma de corriente suministra:
127 V CA,
normalmente nos referimos a su:
Valor RMS.
Para una onda senoidal ideal:
Vp = Vrms × √2
Por lo tanto:
127 × 1,414 ≈ 180 V de pico.
Para 230 V RMS:
230 × 1,414 ≈ 325 V de pico.
Por lo tanto, los componentes conectados a la red eléctrica deben dimensionarse teniendo en cuenta las tensiones realmente presentes en el circuito, y no únicamente el número indicado como tensión nominal de la red.
Un Diodo Puede Ser el Punto de Partida de una Fuente de Alimentación
La rectificación de media onda también nos ayuda a comprender cómo podemos convertir la corriente alterna en corriente continua.
Comenzamos con:
Tensión alterna
↓
Rectificación
↓
Tensión pulsante.
Después podemos añadir un:
Condensador de filtrado.
Este almacena energía cerca de los picos de tensión y suministra parte de esa energía a la carga mientras disminuye la tensión rectificada.
El resultado es una tensión con menos rizado.
Pero Existe una Solución Mejor: La Rectificación de Onda Completa
Si un solo diodo aprovecha únicamente un semiciclo, podemos construir un circuito capaz de aprovechar:
Ambos semiciclos.
Una de las configuraciones más conocidas utiliza:
Cuatro diodos
que forman un:
Puente rectificador.
En este circuito, tanto el semiciclo positivo como el negativo de la entrada contribuyen a producir corriente en la misma dirección a través de la carga.
Así obtenemos:
Rectificación de onda completa.
Rectificación de Media Onda vs. Onda Completa
Podemos resumirlo así:
Media onda
Utiliza únicamente uno de los semiciclos.
Onda completa
Aprovecha ambos semiciclos.
Para las fuentes de alimentación, la rectificación de onda completa suele ofrecer ventajas importantes, entre ellas la generación de pulsos a una frecuencia más alta en la salida rectificada, lo que facilita el filtrado.
En una red eléctrica de 50 Hz, por ejemplo:
Media onda → pulsos a 50 Hz
Onda completa → pulsos a 100 Hz.
A 60 Hz:
Media onda → 60 Hz
Onda completa → 120 Hz.
Aquí Es Donde Empezamos a Comprender una Fuente de Alimentación de CC
Observa cómo los conceptos empiezan a relacionarse.
Podemos comenzar con:
Corriente alterna
↓
Transformador, cuando corresponda
↓
Diodos rectificadores
↓
Condensador de filtrado
↓
Regulación, cuando sea necesaria
↓
Corriente continua para el circuito.
En otras palabras, comprender el comportamiento de un solo diodo con una onda senoidal es uno de los primeros pasos para entender las fuentes de alimentación.
Ten Cuidado con los Experimentos Conectados Directamente a una Toma de Corriente
El circuito original muestra una aplicación que utiliza tensión de red.
Hoy añadiría una advertencia mucho más contundente:
No recomiendo que los principiantes realicen este experimento directamente con la red eléctrica.
Las tensiones de red pueden provocar descargas eléctricas graves o mortales.
Además, apagar simplemente un interruptor no significa necesariamente que todos los puntos de un circuito sean seguros al tacto.
Para aprender el principio de la rectificación, es mucho más seguro utilizar:
Una fuente de corriente alterna aislada y de baja tensión, adecuada para realizar experimentos.
Por ejemplo, podemos observar una onda senoidal de baja tensión pasando por un diodo sin necesidad de trabajar directamente con la red eléctrica.
El fenómeno electrónico que queremos estudiar es el mismo.
El Osciloscopio Permite Verlo Todo con Mucha Claridad
Si tenemos acceso a un osciloscopio y a un montaje seguro y aislado, podemos visualizar perfectamente el fenómeno.
Antes del diodo:
Onda senoidal completa.
Después del diodo:
Solo un conjunto de semiciclos.
Después de añadir el filtrado:
Una tensión con menos rizado.
Es un excelente experimento para comprender la diferencia entre:
CA, CC pulsante y CC filtrada.
Un Componente Sencillo que Nos Permite Comprender Muchas Cosas
Un solo diodo funcionando con corriente alterna nos permite estudiar:
Polarización directa;
Polarización inversa;
Ondas senoidales;
Tensión de pico;
Tensión RMS;
Rectificación;
Potencia;
Filtrado;
Fuentes de alimentación.
Por eso, este circuito aparentemente sencillo es tan importante para quienes están aprendiendo electrónica.
Resumen de su Funcionamiento
Cuando conectamos un diodo en serie con una fuente de corriente alterna y una carga:
1. Durante un semiciclo, el diodo está polarizado en directa y conduce.
2. Durante el siguiente semiciclo, está polarizado en inversa y bloquea la corriente.
3. La carga recibe únicamente uno de los semiciclos de la onda senoidal.
4. El resultado es una tensión rectificada de media onda.
5. La forma de onda resultante presenta valores medios y RMS diferentes de los de la onda senoidal original.
6. Con componentes adicionales, esta tensión pulsante puede filtrarse y utilizarse para construir una fuente de alimentación de CC.
Así es como un componente con solo dos terminales puede transformar completamente la forma de onda presente en un circuito.
¿Quieres Aprender Más Sobre Diodos y Electrónica Aplicada al Audio?
Los diodos aparecen en innumerables circuitos: fuentes de alimentación, circuitos de protección, rectificadores, limitadores de señal y muchos otros proyectos electrónicos.
Y comprender por qué funcionan es mucho más útil que simplemente memorizar en qué dirección deben instalarse.
El objetivo es dejar atrás el:
«Conecta este componente aquí»
para llegar a poder decir:
«Entiendo qué está ocurriendo con la tensión y la corriente en este circuito».
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