En la actualidad, se suele usar una fuente de alimentación SMPS (vea el Ejercicio 7.8) porque los transformadores son caros y pesados, ya que están hechos con grandes cantidades de hierro y cobre. No obstante, las propias SMPS incluyen transformadores, pero pequeños y que operan a frecuencias mucho más grandes que 50 Hz. Operar a una gran frecuencia (en los centenares de kHz) permite que estos transformadores sean mucho más pequeños y ligeros que aquellos destinados a frecuencias más bajas, mientras que mantienen una eficiencia más que aceptable.
Véase también
Este vídeo muestra una máquina de devanado para un transformador toroidal en acción: https://youtu.be/82PpCzM2CUg.
El Ejercicio 7.1 describe cómo usar un transformador para convertir voltajes de CA.
Capítulo 4
Diodos
4.0 Introducción
Los primeros diodos usados en electrónica fueron los detectores de bigote de gato de las radios de galena. Estas radios estaban compuestas por un cristal de material semiconductor, a menudo sulfuro de plomo o silicio. El bigote de gato es simplemente un alambre desnudo sujeto por una brida ajustable, que toca el cristal semiconductor. Moviendo cuidadosamente el bigote, en determinados puntos de contacto el conjunto funcionaría como un diodo, permitiendo el paso de la corriente únicamente en un sentido. Esta propiedad es necesaria en un sencillo receptor de radio para detectar la señal de radio y que pueda oírse la emisión (vea el Capítulo 19).
Los diodos actuales son mucho más fáciles de usar y se presentan en múltiples formas y tamaños.
4.1 Cómo bloquear el flujo de corriente en una dirección
Problema
Deseamos un componente que permita el paso de la corriente en un sentido, pero no en el otro.
Solución
Un diodo es un componente que solo permite el flujo de corriente en un sentido. Es como un tipo especial de válvula de un solo sentido, por seguir con el símil del agua y las tuberías, pero esto no es más que una simplificación. En realidad, el diodo ofrece muy poca resistencia al paso de la corriente en un sentido, y mucha en el otro. En otras palabras, la válvula de una dirección restringe el flujo un poco cuando está abierta e, igualmente, tiene una pequeña filtración cuando está cerrada. Sin embargo, visualizar un diodo como una válvula de una sola dirección para la corriente es válido casi siempre.
Hay muchos tipos de diodos especializados, pero aquí vamos a empezar por el diodo más básico y común: el diodo rectificador. La Figura 4-1 muestra uno de estos diodos en un circuito con una batería y una resistencia.
Figura 4-1. Un diodo en polarización directa.
En este caso, el diodo permite el paso de la corriente y se dice que está conectado en polarización directa. Los dos conectores del diodo se llaman ánodo (a) y cátodo (k). Para que un diodo tenga polarización directa, el ánodo debe tener un voltaje superior al cátodo, como podemos ver en la Figura 4-1.
Una propiedad interesante de los diodos en polarización directa es que, a diferencia de las resistencias, el voltaje que los atraviesa no varía en proporción a la intensidad de la corriente. Antes al contrario, el voltaje permanece casi constante sin importar demasiado cuánta corriente fluye a través de estos. Esto varía dependiendo del tipo de diodo, pero generalmente está en torno a 0,5 V.
En el caso de la Figura 4-1, podemos calcular que el flujo de corriente que atraviesa la resistencia será de:
Esto no es más que 0,5 mA menos que si el diodo fuera sustituido por un conductor.
En la Figura 4-2, el diodo está conectado en sentido contrario. Es decir, está instalado en polarización inversa y el flujo de corriente que llega a la resistencia es casi nulo.
Figura 4-2. Un diodo en polarización inversa.
Análisis
El efecto de un solo sentido del diodo se puede utilizar para convertir (rectificar) la CA en CC (vea el Ejercicio 1.7). La Figura 4-3 muestra el efecto de un diodo sobre una fuente de voltaje de CA.
Figura 4-3. Rectificación de la CA.
Este efecto se conoce como rectificación de la CA (vea el Ejercicio 7.2). La parte negativa del ciclo no se utiliza. Esta no es verdadera CC porque, aun cuando el voltaje no adopta valores negativos (no cambia de sentido), varía desde 0 V hasta un máximo y vuelve a caer a 0 V, en lugar de mantenerse constante. La etapa siguiente consistiría en añadir un condensador en paralelo con la resistencia de carga que suavizaría la señal hasta dejarla en un voltaje de CC plano y casi constante.
Véase también
Para más información sobre el uso de diodos en fuentes de alimentación, vea el Ejercicio 7.2 y el Ejercicio 7.3.
4.2 Conozca sus diodos
Problema
Deseamos conocer los diferentes tipos de diodos y sus usos.
Solución
La Figura 4-4 muestra diferentes tipos de diodos. En general, cuanto mayor es el encapsulado del diodo, más potencia puede manejar. La mayoría de los diodos se presentan como un cilindro de plástico negro con una línea que marca el extremo del cátodo (o polo negativo para su conexión en polarización directa).
El diodo de la izquierda de la Figura 4-4 es un SMD para montaje (soldadura) en superficie. El resto de diodos para agujero pasante, a su derecha, van aumentando su tamaño según la corriente que pueden manejar.
Figura