Los circuitos mixtos son aquellos que combinan conexiones en serie y en paralelo dentro de un mismo sistema.

Su análisis requiere:

• Identificar bloques en serie y paralelo dentro del circuito.
• Simplificar gradualmente el circuito calculando resistencias equivalentes.
• Aplicar las leyes fundamentales (Ohm y Kirchhoff) para hallar variables desconocidas.

A. Definición de Nodo

Un nodo, en el contexto de los circuitos eléctricos, es un punto de conexión donde se unen dos o más componentes (como resistencias, fuentes de voltaje o cables), formando una interconexión que permite el flujo de corriente. Todos los puntos directamente conectados entre sí (sin elementos pasivos en medio) pertenecen al mismo nodo y comparten el mismo potencial eléctrico (voltaje). Según la Ley de Kirchhoff de Corrientes (LCK), la suma algebraica de las corrientes que entran y salen de un nodo es cero, lo que lo convierte en un concepto fundamental para analizar y resolver circuitos. Por ejemplo, en un circuito con resistencias en paralelo, el cable común que las une es un nodo clave para calcular corrientes y voltajes. Entre sus características se puede mencionar:

• Punto de unión: Conecta terminales de múltiples elementos del circuito.
• Mismo potencial eléctrico: Todos los puntos directamente conectados (sin resistencias intermedias) forman parte del mismo nodo y tienen el mismo voltaje.
• Corrientes entrantes y salientes: Según la Ley de Kirchhoff de Corrientes (LKC), la suma de corrientes que entran a un nodo es igual a la suma de corrientes que salen.

Si bien es cierto el concepto de nodo parece aplicarse a un punto dónde convergen varios elementos o conductores, en la práctica un nodo es un punto, línea o área en la que convergen varios elementos.

B. Identificación de Resistencias por bandas de colores

Las resistencias eléctricas son componentes que se utilizan para limitar o medir la corriente eléctrica en un circuito y para establecer el voltaje necesario para los dispositivos electrónicos. Las bandas de color de ua resistencia están formada por una serie de bandas perpendiculares al sentido de los terminales de la resistencia, cada una de las cuales tiene un color específico que representa un valor numérico.

Las bandas de color de una resistencia suelen estar dispuestas de la siguiente manera:

Primero viene la banda que representa el primer dígito del valor de resistencia, seguida por la banda que representa el segundo dígito, a continuación hay una banda llamada banda de cero decimales o múltiplo, que indica cuántas veces se debe multiplicar los dos números anteriores para obtener el valor real de la resistencia. Finalmente, habrá una banda de tolerancia, que indica cuán preciso es el valor del medidor, tal como se muestra en la Figura 1.

La Tabla 1 muestra la equivalencia de colores para la primera y segunda banda en la columna “Código”, mientras que en la columna “Banda Multiplicadora” muestra el factor multiplicador x 10ⁿ de la tercera banda.

C. Aplicaciones prácticas:

Para Resolver Circuitos Mixtos se pueden seguir los siguientes pasos:

i. Identificar Configuraciones:

• Agrupar resistencias en serie

suma directa: R_eq = R₁ + R₂ + R₃ + . . . + R_n (Arboledas Brihuega, 2010a)

• Agrupar resistencias en paralelo

suma de inversos: 1/R_eq = 1/R₁ + 1/R₂ + . . . + 1/R_n (Arboledas Brihuega, 2010a)

ii. Redibujar el Circuito Simplificado:

• Sustituir cada grupo de resistencias por su equivalente.

iii. Calcular Variables Globales:

• Usar la Ley de Ohm (V = R x I)

iv. Analizar Detalles por Rama:

• Volver al circuito original para calcular corrientes o voltajes específicos.

Ejercicio 1:

Encuentre la resistencia equivalente entre los puntos A y B de la Figura 2 .

En este circuito el punto A, corresponde también al nodo A, en el que convergen un extremo de las cuatro primeras resistencias, ya que si se aprecia con detalle en la misma línea superior están conectadas cuatro resistencias que, en su orden, las llamaremos R₁, R₂, R₃ y R₄. El mismo criterio podemos aplicar al punto B, el cual a la vez es el nodo B. La línea intermedia entre las resistencias del bloque superior e inferior la denominaremos nodo z con el fin de facilitar el análisis de este circuito.

Al analizar el circuito se puede observar que en la parte superior del mismo existen cuatro resistencia en paralelo, tal como se puede apreciar en la Figura 3 , dónde se ha identificado el nodo A y z donde se conectan los dos extremos de estas resistencias.

De este primer bloque se puede calcular la resistencia equivalente 1 Req₁ de ese paralelo, tal como se realizará mas adelante luego de analizar todo el circuito.

De igual manera se puede identificar un segundo bloque de resistencias en paralelo entre los nodos z y B con un paralelo de dos resistencias, tal como se muestra en la Figura 4 , y del cual también se obtendrá la resistencia equivalente 2 Req₂.

Con las dos resistencias equivalentes Req₁ y Req₂ se obtiene el circuito simplificado redibujado, tal como se muestra en la Figura 5 y dónde se puede identificar claramente que se trata de una configuración de resistencias en serie entre las dos resistencias equivalentes, por tanto la resistencia equivalente total será el resultado de la serie entre Req₁ y Req₂.

Resolvamos a continuación cada uno de los bloques de resistencias en paralelo y luego la serie de esos resultados.

Para el primer bloque entre los nodos A y z se tienen 4 resistencias en paralelo, por tanto como habíamos visto previamente su resistencia equivalente Req₁ será:

Ecuación 1

Resistencia Equivalente de Resistencias en Paralelo

$\frac{1}{R_{eq}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_3}+\frac{1}{R_4}$

Al reemplazar los valores se obtiene

$R_{eq1}=\frac{1}{\left(\frac{1}{10}k\Omega +\frac{1}{10}k\Omega +\frac{1}{10}k\Omega +\frac{1}{10}k\Omega \right)}=2.5k\Omega$

De igual manera para el segundo bloque entre los nodos z y B se tienen 2 resistencias en paralelo, por tanto como habíamos visto previamente su resistencia equivalente Req₂ será:

$\frac{1}{R_{eq2}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}$

Al reemplazar los valores se obtiene Req₁ y Req₂

$R_{eq2}=\frac{1}{\left(\frac{1}{10}k\Omega +\frac{1}{10}k\Omega \right)}=5k\Omega$

De esta manera con las resistencias equivalentes obtenemos un nuevo circuito simplificado equivalente en donde podemos identificar la serie de las resistencias Req₁ y Req₂, tal como se muestra en la Figura 6

Para calcular la resistencia equivalente total Req_tot aplicamos la fórmula para las resistencias en serie:

$\begin{array}{c}{Req}_{tot}=R_1+R_2\\ \end{array}$

Reemplazando los valores:

$\begin{array}{c}{Req}_{tot}=2.5\text{k}\Omega +5\text{k}\Omega \\ {Req}_{tot}=7.5\text{k}\Omega \end{array}$

Con lo que se determina que la resistencia equivalente total Req_tot es de 7.5 KΩ

Un circuito eléctrico es un camino cerrado compuesto por componentes activos y pasivos interconectados que permiten el flujo de corriente eléctrica para realizar una función específica, como transmitir energía, procesar señales o almacenar datos.

A. Elementos Pasivos: No generan energía, solo la consumen, almacenan o disipan de tal manera que su comportamiento depende exclusivamente de la energía suministrada por los elementos activos. La Tabla 2 muestra algunos ejemplos de elementos pasivos de un circuito. Para este curso nos centraremos en circuitos con resistencias y no se considerarán los otros elementos.

B. Elementos activos: Generan, amplifican o controlan energía, convirtiendo otro tipo de energía (química, mecánica, etc.) en eléctrica. La Tabla 3 muestra la descripción de varios elementos activos de un circuito.

La Figura 7 muestra un organizador gráfico de los distintos elementos de un circuito eléctrico.

C. Relaciones entre Amperio, Ohm, Miliamperio y Kiloohm:

Estas unidades fundamentales de electricidad están relacionadas mediante la Ley de Ohm:

$V=R\cdot I$

y se ajusta al Sistema Internacional de Unidades (SI). En la Tabla 4 se muestra el desglose detallado:

Tenga en cuenta que: si las operaciones consideran resistencias en KΩ (Kiloomios), la corriente calculada con la Ley de Ohm será en mA (miliamperios) y viceversa, si se tiene una corriente en mA (miliamperios), la resistencia calculada será en KΩ.

Tenga en cuenta que: si las operaciones consideran resistencias en KΩ (Kiloomios) y la corriente de las mismas en mA (miliamperios) La unidad de la diferencia de potencial de estos elementos será en V (voltios).

Ejercicio 2:

Encuentre las corriente que entrega la fuente y las corrientes y voltajes de cada una de las resistencias si los puntos A y B se conectan a una fuente de 75 V.

Incorporando la fuente de 75 V tendríamos circuito mostrado en la Figura 8 :

Figura 8

Circuito previo conectado a una fuente de 75 V

Observe en la Figura 8 que en el punto B hemos añadido el elemento “Masa (0V)”, con lo cual ese punto será la referencia de voltaje cero o tierra.

Dado que los nodos A y z son los puntos comunes del paralelo de las cuatro primeras resistencias, al encontrar el voltaje entre los nodos A y z, a la vez estamos encontrando el voltaje de las cuatro resistencias.

Para tener mas clara la idea, podemos analizar la Figura 9 , dónde se han reemplazado las Req₁ y Req₂; aquí se puede apreciar claramente que el voltaje de la Req₁ entre los nodos A y z, es el mismo voltaje del paralelo de las cuatro resistencias de la parte superior y el voltaje entre los nodos z y B, es el mismo voltaje del paralelo de las dos resistencias de la parte inferior.

El enunciado de este ejercicio nos pide encontrar:

• Las corriente que entrega la fuente I_s
• Las corrientes de todas las resistencias
• Los voltajes de cada una de las resistencias

Figura 9

Circuito simplificado equivalente

Comenzaremos encontrando la corriente que entrega la fuente, para ello será necesario encontrar la resistencia equivalente total, lo cual habíamos resuelto previamente y se documenta en la Figura 10 , dónde se encontró que la resistencia equivalente total es de 7.5 Kohms con lo que podemos graficar el circuito simplificado que se muestra en la Figura 10 .

Figura 10

Resistencia equivalente total

En este circuito simplificado podemos aplicar la Ley de Ohm y obtener la corriente I_s de la fuente:

$I_s=\frac{V_s}{{Req}_{tot}}$

Reemplazando los valores:

$I_s=\frac{\left(75\text{V}\right)}{\left(7.5\text{KΩ}\right)}=10mA$

Una vez determinada la corriente I_s, podemos aplicar la Ley de Ohm para encontrar los voltajes de las resistencias equivalentes Req₁ y Req₂ tal como se muestra en la Figura 11 .

Figura 11

Corriente Is de la fuente que alimenta a dos resistencias en serie

Dado que no se tienen derivaciones en los nodos A, z y B, la corriente de la fuente alimenta completamente a Req₁ y luego cuando sale por la parte inferior alimenta a Req₂, por tanto ya que se tiene la corriente en cada una de ellas y se tiene su valor de resistencia se puede calcular su voltaje.

Voltaje en la resistencia Req₁:

$\begin{array}{c}{V}_{Req1}={Req}_1\cdot I_s\\ V_{Req1}=2.5K\Omega \cdot 10mA\\ V_{Req1}=25\text{V}\end{array}$

Al tener el voltaje de la resitencia Req₁t ambién tenemos el voltaje que se aplica al paralelo de las resistencias R₁, R₂, R₃ y R₄ por lo que aplicando la Ley de Ohm podemos encontrar la corriente en cada una de las resistencias. Así:

$I_{R1}=\frac{V_{Req1}}{R_1}$

Reemplazando los valores:

$I_{R1}=\frac{25V}{10K\Omega }=2.5mA$

En este caso todas las resistencias son iguales de 10 KΩ por lo que la corriente será la misma en cada una de las resistencias, tal como se puede apreciar en la Figura 12 :

$I_{R1}=I_{R2}=I_{R3}=I_{R4}=2.5mA$

Figura 12

Verificación de la Ley de las corrientes de Kircchoff LCK

Adicionalmente, tal como se muestra en la Figura 12 aquí se puede verificar el cumplimiento de la Ley de las corrientes de Kircchof LCK, donde la corriente que entra desde la fuente al nodo A es igual a la suma de las corrientes que salen del mismo hacia las resistencias R₁, R₂, R₃ y R₄, es decir:

$I_s=I_{R1}+I_{R2}+I_{R3}+I_{R4}$

Reemplazando valores:

$10mA=2.5mA+2.5mA+2.5mA+2.5mA$

De igual manera procederemos para determinar el voltaje de la resistencia equivalente 2 Req₂:

Voltaje en la resistencia Req₂:

$V_{Req2}={Req}_2\cdot I_s$

Reemplazando los valores se tiene:

$V_{Req2}=5K\Omega \cdot 10mA=50V$

En este punto podemos confirmar la Ley de los Votajes de Kircchoff, en dónde en una trayectoria cerrada la suma de los voltajes de los elementos pasivos es igual al voltaje de la fuente, tal como se puede apreciar en la Figura 13:

Figura 13

Verificación de la Ley de los Voltajes de Kircchoff LVK

Como ya tenemos el voltaje de la resistencia Req₂, que es el mismo voltaje que se aplica al paralelo de las resistencias de la parte inferior del circuito R₅ y R₆, aplicando la ley de ohm podemos determinar las corrientes de cada una de ellas.

$I_{R5}=\frac{V_{Req2}}{I_s}$

Reemplazando los valores:

$I_{R5}=\frac{50V}{10mA}=5mA$

También en este caso las resistencias R₅ y R₆ son del mismo valor, por lo que:

$I_{R5}=I_{R6}=5mA$

Nuevamente en este caso podemos apreciar que la corriente de la fuente I_s que entra al nodo z se distribuye entre las resistencias R₅ y R₆:

$I_s=I_{R5}+I_{R6}$

Es decir:

$I_s=5mA+5mA=10mA$

se debe tener cuidado en no interpretar que la corriente se divide en partes iguales en las resistencias que salen de un nodo, sino que en este caso particular todas las resistencias tienen el mismo valor y al estar en paralelo y tener el mismo voltaje aplicado se obtiene la misma corriente para cada una de ellas.

Aprende más

Para verificar estos valores y comprender de mejor manera el comportamiento de los circuitos eléctricos es importante implementar y probar las simulaciones de estos circuitos en la herramienta KTechlab (Gálvez, 2008), o en su defecto puede también probar el simulador de circuitos QUCS-S (Kuznetsov V, 2025), que será usado mas adelante en este curso. ¡Accede aquí!

En esta clase hemos visto que un circuito eléctrico es un sistema interconectado de componentes (fuentes, resistencias, interruptores, etc.) que forman una trayectoria cerrada para el flujo de corriente eléctrica, permitiendo funciones como generar, transmitir o controlar energía y señales. Puede ser serie, paralelo o mixto, y opera bajo leyes fundamentales como Ohm y Kirchhoff. Su aplicación abarca desde dispositivos cotidianos (electrodomésticos, móviles) hasta infraestructuras complejas, requiriendo diseño seguro para evitar riesgos.

Profundiza más

Este recurso te ayudará a enfatizar sobre Simulador QUCS-s se importa el circuito Circuito_Mixto ¡Accede aquí!

Los semiconductores, como el silicio (Si), se fabrican a partir de materiales cristalinos altamente purificados. El silicio, que se obtiene de la arena (dióxido de silicio, SiO₂), se refina mediante procesos químicos y físicos hasta alcanzar una pureza del 99.9999% (grado "semiconductor"). Este material puro, llamado silicio intrínseco, tiene una estructura cristalina donde cada átomo comparte sus cuatro electrones de valencia con sus vecinos, formando enlaces covalentes. A temperatura ambiente, algunos electrones pueden liberarse, generando pares electrón-hueco, pero su conductividad es muy baja.

Para mejorar su conductividad y permitir su uso en dispositivos electrónicos, el silicio se dopa (impurifica) con elementos del grupo III o V de la tabla periódica. Si se añaden átomos con cinco electrones de valencia (como fósforo o arsénico), se obtiene un semiconductor tipo N, donde los electrones son los portadores mayoritarios. En cambio, si se dopa con átomos de tres electrones de valencia (como boro o galio), se forma un semiconductor tipo P, donde los huecos actúan como portadores mayoritarios. La unión de estos materiales (P-N) es la base de dispositivos como diodos, transistores y circuitos integrados. La Figura 1 muestra estos elementos y su ubicación en la tabla periódica.

Los diodos son dispositivos electrónicos formados por la unión de un material semiconductor tipo P y otro tipo N, lo que se conoce como unión PN. Esta estructura permite que la corriente fluya en una sola dirección (polarización directa) mientras la bloquea en la inversa (polarización inversa).

La Figura 2 muestra la unión de semiconductores N y P para fabricar un diodo. La representación esquemática del diodo es una flecha que indica el sentido del flujo al que puede circular la corriente y una barra que muestra la oposición al flujo de la corriente, como se muestra en la Figura 3:

Los diodos permiten que la corriente fluya en una sola dirección (polarización directa) mientras la bloquea en la inversa (polarización inversa).

2.1.1. Polarización Directa (P positivo, N negativo)

• Al aplicar un voltaje externo donde el lado P se conecta al positivo y el N al negativo, es decir en el sentido de la flecha de el diodo, el campo eléctrico externo reduce la barrera de potencial.
• Si el voltaje supera la barrera (≥ 0.7 V), los electrones del N y los huecos del P pueden cruzar la unión, permitiendo una corriente directa (If) elevada.
• El diodo se comporta como un interruptor cerrado (con baja resistencia).

2.1.2 Polarización Inversa (P negativo, N positivo)

• Al invertir la polaridad, es decir al intentar que la corriente fluya en sentido contrario a la flecha del diodo, el campo externo amplía la zona de agotamiento, reforzando la barrera de potencial.
• Los portadores mayoritarios (huecos en P y electrones en N) son alejados de la unión, y solo fluye una minúscula corriente inversa (Is) debido a portadores minoritarios.
• El diodo actúa como un interruptor abierto (alta resistencia), hasta que un voltaje inverso excesivo causa ruptura y destrucción del diodo (efecto Zener o avalancha).

En la Figura 4 se puede apreciar la unión de las regiones p y n de un diodo dónde se identifica la zona o región de agotamiento que se produce cuando los electrones libres de la región n son atraídos por los huecos de la región p y saltan y los llenan hasta un punto que los huecos, de la región p, que quedan del otro lado de la región de agotamiento ya no tienen la suficiente fuerza para atraer mas electrones de la región n y se establece una barrera natural que impide el flujo de electrones en polarización directa, el cual para fluir debe tener la suficiente diferencia de potencial que le permita superar esta barrera que en los diodos de silicio es de 0.7V y en los de germanio de 0.3V.

Los diodos puede ser usado para varias aplicaciones y existen varios tipos de ellos, entre lo que podemos mencionar:

• diodo
• diodo zener
• diodo led

2.1.3. Diodos de propósito general

El diodo de propósito general es aquel que permite el flujo de corriente en un sentido cuando se polariza directamente y lo bloquea en sentido contrario cuando se polariza de manera inversa.

De manera ilustrativa, las Figura 5 y Figura 6 muestran el diodo rectificador 1N4007 y el diodo de propósito general 1N4148, los cuales tienen recubrimiento de resina negra y cristal respectivamente, mientras que en la parte inferior se muestra el esquemático de este elemento. Nótese que el ánodo se encuentra en el lado izquierdo del esquemático y es por dónde ingresa la corriente cuando el diodo es polarizado directamente.

2.1.4. Diodos LED

Los LEDs (Diodos Emisores de Luz) son dispositivos semiconductores que convierten energía eléctrica en luz mediante un fenómeno llamado electroluminiscencia. A diferencia de los diodos convencionales, los LEDs emiten fotones (luz) cuando los electrones y huecos se recombinan en la unión PN.

La Figura 7 muestra varios diodos LED con su encapsulamiento de varios colores

Para conseguir el efecto de electroluminiscencia los LEDs pueden ser fabricados, de acuerdo a las características que se quiera darles, con semiconductores compuestos, como:

• Arseniuro de Galio (GaAs) → Infrarrojos (IR)
• Fosfuro de Galio (GaP) → Verde, rojo, amarillo
• Nitruro de Galio (GaN) → Azul, blanco, UV
• Carburo de Silicio (SiC) → LEDs de alta potencia

Durante décadas se investigó como fabricar un LED que pueda emitir el color azul, ya que en complemento con los diodos rojo y verde pueden generar cualquier color y aplicarse en las pantallas y dispositivos emisores de luz.

2.1.5. Diodos Zener

Los diodos Zener son componentes semiconductores especializados diseñados para operar en polarización inversa, manteniendo un voltaje constante (llamado voltaje Zener, Vz) cuando se alcanza su tensión de ruptura. A diferencia de los diodos convencionales (que se dañan en ruptura inversa), los Zener están fabricados para funcionar de manera estable en esta región, lo que los hace ideales para:

• Regulación de voltaje.
• Protección contra sobretensiones.
• Circuitos de referencia de voltaje.

Características de los diodos zener

• Voltaje Zener (Vz): Rango típico desde 2.4 V hasta 200 V (ejemplos comunes: 3.3 V, 5.1 V, 12 V).
• Tolerancia: Precisión del ±1% al ±20% según el modelo.
• Potencia máxima: Desde 0.5 W (diodos pequeños) hasta 50 W (para aplicaciones de alta corriente).
• Coeficiente de temperatura: Algunos Zener tienen compensación térmica para evitar deriva en el voltaje.

Cuando el diodo zener se polariza directamente funciona como un diodo de propósito general, pero a diferencia de este, cuando se polariza inversamente, el diodo zener tiene un comportamiento por debajo del voltaje zener y otro cuando lo supera, como se detalla a continuación:

Por debajo de Vz:

El Zener actúa como un diodo normal en inversa, bloqueando casi toda la corriente (solo fluye una mínima corriente de fuga).

Al alcanzar Vz:

Entra en ruptura controlada, permitiendo que la corriente inversa aumente significativamente sin que el voltaje supere Vz.

Dos mecanismos de ruptura:

• Efecto Zener (en diodos con Vz < 5 V): Dominante por tunelización cuántica.
• Efecto Avalancha (en diodos con Vz > 5 V): Portadores ganan energía y liberan más electrones por impacto.

Aunque en apariencia, como se puede apreciar en la Figura 8, el empaquetamiento de un diodo zener no tiene muchas diferencias de un diodo común, como vimos previamente funciona de manera distinta y su esquemático tiene diferencias tal como se muestra en la Figura 9 dónde se puede apreciar el voltaje del zener Vz que es el voltaje de polarización inversa o de regulación y el voltaje de polarización directa Vd, que al igual que los diodos comunes es de 0.7 V para diodos de silicio.

En el circuito de la Figura 10 se puede observar al diodo D1, con voltaje de juntura Vj de 0.7 V, conectado a una fuente alterna sinusoidal de 12 V con frecuencia de 1 Hz y una carga R1 de 1 KOhm, Considerando que el diodo solo permite el flujo de corriente cuando está polarizado directamente, la corriente solo fluirá en el ciclo positivo de la señal sinusoidal de la fuente.

En el circuito de la Figura 10 se ha definido el nivel de referencia o tierra, así como las etiquetas VS1 y VR1 para que la simulación realizada en QUCS-S® muestre tanto la señal a la salida de la fuente como después del diodo.

Las formas de onda resultado de la simulación se muestran la Figura 11 dónde se puede apreciar el voltaje de la fuente VS1 como una señal sinusoidal de color rojo mientras que la señal después del diodo VR1 se muestra en color azul. Observe que la señal azul ha sido recortada por el diodo, el cual solo permite que pase el ciclo positivo de la sinusoide, mientras que en el ciclo negativo el voltaje de la señal azul es de 0V. Adicionalmente se puede apreciar que el pico positivo de la señal azul es menor que la de la fuente, ya que tiene la caída de 0.7V de el diodo.

Si se invierte el sentido del diodo, tal como se muestra en la Figura 12, entonces se polarizará directamente durante el ciclo negativo de la fuente, por lo que la forma de onda después del diodo solo mostrará el ciclo negativo de la fuente menos la caída de 0.7V del voltaje de juntura Vj del diodo. Esto puede apreciarse en el resultado de la simulación de la Figura 13.

2.2.1. Capacitores:

Los capacitores (o condensadores) son componentes electrónicos pasivos que almacenan energía eléctrica en forma de campo eléctrico, creado con dos superficies paralelas conductoras separadas por un material aislante (dieléctrico), es por esta razón que su esquemático se representa con dos líneas paralelas, que representan las placas, y los conductores conectados a ellas, tal como se muestra en la Figura 14.

Estructura básica:

• Dos placas conductoras (generalmente de metal).
• Un material dieléctrico (aire, cerámica, plástico, electrolito, etc.) que separa las placas.

Capacitancia (C):

• Mide la capacidad de almacenar carga eléctrica.
• Su unidad es el Faradio (F) (aunque se usan submúltiplos como µF, nF, pF).

Depende de:

• Área de las placas (↑ área → ↑ capacitancia).
• Distancia entre placas (↑ distancia → ↓ capacitancia).
• Constante dieléctrica del material aislante (↑ constante → ↑ capacitancia).

2.2.2 El diodo como rectificador

De manera complementaria, como se muestra en la Figura 15, agregando un capacitor a la salida del diodo, este puede ser usados para convertir el voltaje AC en DC en lo que se conoce como un rectificador de media onda, ya que aprovechando el ciclo positivo de la fuente, la energía entregada por esta puede ser almacenada en el capacitor y empieza a descargarse en la carga R1 conectada en el circuito. El tiempo de descarga depende de la constante de tiempo τ (tau) en el circuito RC, que es un parámetro que indica cuánto tiempo tarda un capacitor en cargarse o descargarse aproximadamente al 63% de su voltaje máximo (en carga) o al 37% de su voltaje inicial (en descarga) y que se muestra en la Ecuación 1.

Ecuación 1 Fórmula de la constante τ de carga o descarga de un capacitor

$\tau =R\cdot C$

En la Figura 16 se puede apreciar el efecto del capacitor C1 con lo que se consigue el voltaje rectificado VR1 a la salida del diodo D1. Observe en la forma de onda azul que existe una ondulación o variación pequeña de voltaje conocida como voltaje de rizado. Este voltaje de rizado introduce ruido en el funcionamiento de los circuitos, por lo que es un efecto no deseado.

Para mejorar el rizado se debe encontrar el vslor del par RC de tal forma que no afecte el funcionamiento de la carga o circuito conectado a este voltaje. En este caso al cambiar el capacitor a 470 uF se consigue disminuir drásticamente el efecto de rizado, lo cual puede ser observado en la Figura 17. Aunque parecería que el voltaje de rizado a desaparecido en la práctica lo que ocurre es que es mas pequeño y ya no es perceptible en la escala que se muestra la simulación.

El diodo zener como regulador: El diodo Zener funciona como regulador de voltaje aprovechando su característica de operación en ruptura inversa (región Zener), manteniendo un voltaje constante en sus terminales incluso cuando varía la corriente que lo atraviesa.

El Zener se conecta en inversa (cátodo al positivo, ánodo al negativo) y al superar su voltaje Zener Vz, entra en ruptura y permite el flujo de corriente inversa sin que el voltaje en sus terminales aumente significativamente, de esta manera consigue realizar la regulación de voltaje ya que si el voltaje de entrada (Vin) sube, el Zener absorbe el exceso de corriente (a través de la resistencia limitadora Rs, mientras que si el voltaje de entrada Vin baja, el Zener reduce su corriente para mantener el voltaje de salida Vout estable.

La Figura 18 muestra un circuito regulador con diodo zener de voltaje zener Bv de 5V. Aquí se puede apreciar la resistencia limitadora R3 y una resistencia de carga de 10 Kohm. A la derecha se puede apreciar la forma de onda de la curva del voltaje regulado Vz1 en color azul.

2.3.1. El diodo zener como recortador:

El diodo Zener puede funcionar como recortador (clipper) en circuitos electrónicos, limitando (o "recortando") el voltaje de una señal en un nivel específico, aprovechando su característica de ruptura en polarización inversa (Zener) y conducción en polarización directa (como un diodo normal).

Como recortador el diodo zener se puede usar en:

• Protección de entradas: Evita que señales excedan niveles seguros en circuitos sensibles (ej.: microcontroladores).
• Formación de ondas: Convierte señales sinusoidales en trapezoidales o cuadradas.
• Limitación en etapas de audio: Recorte controlado para efectos o evitar distorsión.

La Figura 19 muestra un circuito recortador con dos ramales D1-Z1 y D2-Z2 para recortar los ciclos positivos y negativos de la señal de entrada Vs. Observe que en el ramal D1-Z1 en el ciclo positivo el diodo D1 se polariza positivamente y deja pasar la corriente con lo que el voltaje de va incrementando hasta alcanzar el voltaje zener Bv de Z1, el cual se engancha y no permite que el voltaje Vc se incremente mas. Dado que el voltaje de juntura de D1 es de 0.7V el voltaje Vc será 5V + 0.7V, es decir 5.7V. Lo mismo ocurre para el ramal D2-Z2 pero en el ciclo negativo de la fuente.

Observe que la señal de la forma de onda de salida de color rojo presenta distorsión al superar los 5.7V, esto se hace mas evidente si se incrementa el voltaje de la señal de entrada, tal como se muestra en la Figura 20, aunque pudiera decirse que este circuito funciona mas bien como un convertidor de onda sinusoidal a onda cuadrada.

En esta clase hemos visto los diodos de propósito genera, emisores de luz y zener con distintas aplicaciones prácticas.