El diodo y sus aplicaciones

Explica qué significa rectificar una corriente alterna y en qué se diferencian la rectificación de media onda y la de onda completa: cuántos semiciclos de la entrada se aprovechan en cada caso, qué aspecto tiene la tensión de salida de cada una y cuál de las dos entrega más energía a la carga.

Una tensión senoidal de $12\ \text{V}$ eficaces se rectifica en media onda con un diodo de silicio ($0{,}7\ \text{V}$ de umbral). a) Calcula el valor máximo de la tensión de entrada. b) Calcula el valor máximo que alcanza la tensión en la carga. c) Calcula el valor medio de la salida sabiendo que en media onda $V_{med} = \frac{V_{max}}{\pi}$, y comenta el resultado.

En un puente de diodos conducen siempre dos diodos a la vez, por lo que la salida pierde dos umbrales. Si la entrada senoidal tiene un valor máximo de $18\ \text{V}$, calcula el valor máximo de la salida rectificada y explica, siguiendo el camino de la corriente, por qué en cada semiciclo atraviesa dos diodos distintos del puente.

Tras un puente rectificador se conecta un condensador en paralelo con la carga. Explica cómo actúa ese condensador de filtro: cuándo se carga, cuándo cede su carga a la carga, qué es la tensión de rizado y qué le ocurre al rizado si el equipo consume más corriente.

En una fuente con puente y condensador de filtro, explica cualitativamente cómo cambia el rizado cuando: (a) se duplica la capacidad del condensador; (b) se duplica la corriente que consume la carga; (c) se pasa de media onda a onda completa manteniendo todo lo demás. Razona cada respuesta con los tiempos de carga y descarga del condensador entre picos.

Compara cuantitativamente la media onda y la onda completa para una entrada senoidal de $10\ \text{V}$ de valor máximo con diodos ideales: calcula el valor medio de cada salida ($\frac{V_{max}}{\pi}$ frente a $\frac{2 \cdot V_{max}}{\pi}$), indica la frecuencia del rizado en cada caso con red de $50\ \text{Hz}$ y razona por qué la onda completa se filtra mejor con el mismo condensador.

El diodo Zener trabaja deliberadamente en la zona de ruptura. Explica en qué polarización se conecta en un circuito regulador, qué tensión mantiene entre sus terminales mientras regula y qué ocurre si se conecta al revés (en directa). ¿Para qué se usa esa propiedad?

Una fuente sin estabilizar entrega $15\ \text{V}$ y se quiere alimentar un circuito a $5{,}1\ \text{V}$ mediante un diodo Zener. La carga consume $30\ \text{mA}$ y el Zener necesita al menos $5\ \text{mA}$ para regular bien. a) Calcula la corriente que debe atravesar la resistencia serie. b) Calcula su valor con $R = \frac{V_{ent} - V_Z}{I}$ y elige el valor comercial más próximo.

La figura muestra un regulador con diodo Zener. a) Calcula la resistencia serie $R$, marcada con el interrogante, para que con la carga conectada queden al menos los $5\ \text{mA}$ de Zener indicados. b) Calcula la corriente que atraviesa el Zener si se desconecta la carga y razona por qué ese es su peor caso. c) Calcula la potencia que disipa entonces el Zener y comenta si sirve uno de $0{,}5\ \text{W}$.

Un regulador Zener alimenta una carga que varía entre $10\ \text{mA}$ y $40\ \text{mA}$. La fuente entrega $12\ \text{V}$ y el Zener es de $5{,}1\ \text{V}$ y $1\ \text{W}$, con un mínimo de $5\ \text{mA}$ para regular. a) Calcula la resistencia serie que garantiza la regulación en el peor caso (carga máxima). b) Comprueba que con la carga mínima el Zener no supera su potencia máxima. c) Explica qué ocurre si la carga supera el máximo de diseño.

Un LED es un diodo que emite luz al conducir en directa. Explica qué tensión cae en él en conducción según su color (valores orientativos: unos $1{,}8\ \text{V}$ en un rojo y unos $3{,}4\ \text{V}$ en uno azul o blanco) y razona por qué un LED nunca debe conectarse a una fuente sin su resistencia en serie.

Se quiere conectar un LED rojo ($2\ \text{V}$, $15\ \text{mA}$) a una pila de $9\ \text{V}$. a) Calcula la resistencia de protección con $R = \frac{V_{cc} - V_{LED}}{I}$. b) Elige el valor comercial normalizado más próximo por encima, calcula la corriente real que circulará y comenta si el LED queda bien protegido.

Un LED azul de $3{,}2\ \text{V}$ se alimenta desde $5\ \text{V}$ con una resistencia de $150\ \Omega$. a) Calcula la corriente del circuito. b) Calcula la potencia disipada en la resistencia y en el LED. c) Explica qué ocurre si se sustituye por un LED rojo de $1{,}9\ \text{V}$ manteniendo la misma resistencia.

Diseña la señalización de un equipo alimentado a $12\ \text{V}$ con dos LED: uno verde ($2{,}1\ \text{V}$) que debe lucir a $10\ \text{mA}$ y uno rojo ($1{,}9\ \text{V}$) a $20\ \text{mA}$. a) Calcula las dos resistencias de protección y elige valores comerciales E12. b) Calcula las corrientes reales y la potencia que disipa cada resistencia. c) Razona por qué los dos LED en paralelo no pueden compartir una única resistencia común (sus umbrales distintos reparten mal la corriente).