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Diodos

El diodo es un componente electrónico de dos terminales, uno positivo (ánodo) y otro negativo (cátodo) que permite el paso de corriente eléctrica en un solo sentido. Por ello se dice que es un componente de tipo semiconductor.

diodos DIY

Por lo tanto, su orientación al colocarlo en un circuito en será determinante para su funcionamiento, existiendo dos posibilidades:

  • Polarización directa: cuando el diodo está colocado “a favor” del sentido de circulación de la corriente. Conectamos el positivo con el positivo y el negativo con el negativo. cuando la tensión supere un determinado umbral de tensión (forward voltaje, Vf) se producirá el paso de corriente a través del diodo y una caída de tensión que se corresponderá con el valor de dicho umbral.
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  • Polarización inversa: cuando el diodo está colocado en sentido contrario al de la corriente eléctrica. En este caso el diodo actúa como un interruptor abierto, impidiendo el paso de la corriente eléctrica. Sin embargo, si la tensión es muy elevada y se alcanza lo que se denomina tensión de ruptura el diodo cede y se produce el paso de corriente en sentido inverso, lo cual se conoce como efecto avalancha. Esto sucede normalmente en tensiones entre 50 y 100V.
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Ese umbral de tensión directa a partir del cual se produce el paso de corriente a través del diodo difiere de un tipo de diodo a otro. Los más comunes se enumeran a continuación:

DiodoVf  (mV)
1N41418 (silicio)790
1N4001 (silicio)740
BAT46350
1N34A (germanio)340
BAT41324
1N60 (Germanio)265
Schottky 1N5817247
Schottky 1N5819205

Pero además de diferenciarse en el valor de dicha tensión umbral, existen algunos diodos que tienen algunas características distintivas que los hacen particulares. Por estar más presentes en los circuitos de pedales de efectos. Comentaremos los diodos LED y los Zener.

Diodos LED

LED es un acrónimo en inglés formado por las siglas de “Light Emitting Diode”, o diodo emisor de luz. Tienen como característica principal, como su nombre indica, que brillan al pasar la corriente a su través. No son otros que las “luces” de encendido/apagado que tienen la gran mayoría de efectos.

En su caso, el elemento semiconductor del que están compuestos es una mezcla de materiales que poseen la propiedad de emitir fotones de luz de diferentes colores cuando les recorre una corriente eléctrica en polarización directa. En un LED de color rojo, por ejemplo, se emplea un compuesto de arseniuro de galio y aluminio (GaAlAs) mientras que en uno azul se emplea nitruro de galio (GaN).

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Pero, como diodos que son pueden emplearse igualmente para realizar el recorte de la señal de sonido (ver más adelante). Al estar compuestos cada color de distintos materiales la tensión umbral será diferente también, con lo cual se comportarán de distinta manera al realizar este recorte de la señal.

En las tablas que se muestran a continuación se recopilan las tensiones umbrales orientativas para algunos tipos de LEDs, aunque lo recomendable es consultar la hoja de datos del componente concreto que adquiramos o comprobarlo directamente con el polímetro.

Color (5 mm)Voltaje de trabajo (V) (IF= 20mA)
Rojo1,9 – 2,1
Amarillo1,9 – 2,1
Verde1,9 – 2,1
Azul3,0 – 3,2
Blanco3,0 – 3,2
Naranja2,0 – 2,2
Color (5 mm Water Clear)Voltaje de trabajo (V) (IF= 20mA)
Rojo2,0 – 2,2
Amarillo2,0 – 2,2
Verde3,0 – 3,2
Azul3,0 – 3,2
Blanco cálido3,0 – 3,2
Naranja2,0 – 2,2
Color (3 mm)Voltaje de trabajo (V) (IF= 20mA)
Rojo1,8 – 2,2
Amarillo2,0 – 2,2
Verde1,8 – 2,2
Azul3,0 – 3,2
Blanco3,0 – 3,2
Color (3 mm water clear)Voltaje de trabajo (V) (IF= 20mA)
Rojo1,8 – 2,2
Amarillo2,0 – 2,2
Verde1,8 – 2,2
Azul2,8 – 3,0
Rosa2,7 – 2,9

Diodo Zener

El diodo Zener presenta unas condiciones de funcionamiento particulares cuando está configurado en polarización inversa. Está especialmente diseñado para tener un voltaje de ruptura reducido, el denominado voltaje Zener. En contraste con el dispositivo convencional, un diodo Zener con polarización inversa permite que la corriente mantenga el voltaje a través del diodo Zener cerca del voltaje de ruptura de Zener. De esta manera actúa como estabilizador de tensión.

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Un diodo Zener de 5,1V por ejemplo en polarización inversa funcionará como un interruptor abierto cuando se le aplique una tensión de 0 a 5,1V. A partir de ese valor se comportará como un interruptor cerrado y permitirá el paso de corriente. Independientemente de que aumente o disminuya el voltaje por encima de ese umbral la caída de tensión será constante siempre, lo cual mantiene un valor de tensión estable.

Analicemos los dos ejemplos que se muestran a continuación:

diodos zener DIY
diodos zener

Ambos circuitos están formados por una fuente de alimentación, una resistencia de protección Rp y un diodo Zener de 5,1V. En el primer caso la fuente de voltaje es de 9V y en el segundo de 12V, pero en ambos el voltaje final Vf es de 5,1V, que es el valor del diodo Zener. La caída de tensión a través de éste es siempre contante (en este caso 5,1V), mientras que la diferencia entre Vf y el voltaje de la fuente de alimentación cae en la resistencia de protección. Se puede ver como el voltaje final permanece siempre estable gracias al diodo Zener a pesar de las variaciones en la tensión que se puedan producir.

Funciones de los diodos en los pedales de efecto

Una vez visto como funcionan los diodos vamos a ver cuales son los papeles que pueden ocupar en la fabricación de nuestro pedal de efectos.

1- Protección de polaridad. Protege nuestro pedal y sus componentes en caso de que conectemos la alimentación de manera inversa a como esta diseñado. La mayoría de los efectos hoy día están diseñados de forma que el terminal negativo de la fuente de alimentación se conecta a masa y el positivo a la vía de alimentación en sí del pedal (normalmente 9V). Sin embargo, no es la única posibilidad, y de hecho en los años 60 y 70 la alimentación de los pedales de efectos era justo al contrario: el terminal positivo se conectaba a masa y el negativo a la vía de alimentación.

Si esta conexión se realiza de forma inversa, para empezar no funcionará ya que hay componentes que son polarizados y precisan que la corriente circule en una determinada dirección, y por otro lado es posible que se dañen algunos componentes y quede dañado definitivamente el pedal. Para proteger el circuito en este caso se puede utilizar un simple diodo, colocado de dos formas posibles:

  • en serie con la línea de la fuente de alimentación en polarización directa: al conectar la alimentación con la polaridad correcta la corriente pasará a través del diodo (con su correspondiente caída de tensión). Sin embargo, si la polaridad es inversa, el diodo quedará en polaridad inversa por lo que quedará impedido el paso de corriente a su través.
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  • en polarización inversa conectando la vía de alimentación con masa: al conectar la alimentación con polaridad correcta la corriente no pasará a su través y seguirá su camino; sin embargo, en caso de que se conecte de forma invertida, el diodo pasará a quedar en polarización directa, y permitirá el paso de la corriente hacia masa, quedando conectados los terminales positivos y negativos de la fuente de alimentación a través del diodo.
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2- Rectificador de tensión. Los diodos se utilizan para formar un puente rectificador, un circuito que se implicado en el proceso de transformación de la corriente alterna en corriente continua. Al pasar una corriente alterna a través de este circuito se obtienen sus ondas positivas y las negativas separadas y “rectificadas”.

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Corriente alterna

Puente rectificador

Onda rectificada

  • Recorte de la señal. Este efecto se realiza sobre la propia señal de audio con lo que tiene repercusiones directas en el sonido final resultante del pedal. Mediante el recorte de la señal se logra el efecto de overdrive o distorsión en amplificadores y pedales. Éste puede conseguirse a través de distintos componentes: válvulas, circuitos integrados, transistores y, por supuesto, diodos
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Señal de audio de la guitarra. Se trata de una señal alterna, por lo que tiene ondas positivas y negativas.

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Las líneas azules indican el nivel al cual se realiza el recorte a la señal de la guitarra.

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Una vez aplicado el recorte, la señal original que “decapitada”, pierde los valores de voltaje por encima del punto del recorte. Como se aprecia en la imagen, esto supone una pérdida de amplitud (altura) de la onda, es decir una pérdida de volumen y de dinámica.

El sonido resultante depende principalmente del nivel en que se realice el recorte y de si la transición es más brusca o más suave y su análisis excede el objetivo de este capítulo. De forma general se puede decir que a mayor recorte, mayor distorsión. Nos centraremos en este momento en comprender cómo producen este recorte de la señal los diodos.

Si se conecta un diodo entre la ruta de la señal y la tierra, la parte de dicha señal por encima de la tensión umbral del diodo será derivada a tierra, quedando sus picos entonces “cortados”. La señal por debajo de la tensión umbral del diodo no lo atravesará y seguirá su camino por la línea de señal de audio.

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El diodo, según su orientación, actuará sobre la parte positiva o negativa de la onda. En la imagen anterior, el diodo actúa recortando el pico de la onda positiva únicamente, quedando la negativa intacta.  Para actuar sobre ambas hay que disponer dos diodos en paralelo, en sentidos opuestos.

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Si los diodos son similares realizaran el mismo recorte en la parte positiva y negativa de la onda, lo que resulta en un recorte simétrico.

Si los diodos son distintos o si se colocan dos diodos en serie en uno de los lados, los valores de Vf serán distintos y por lo tanto el recorte que sufre la parte positiva de la onda será diferente al que suceda en la negativa. Esto se denomina recorte asimétrico.

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El recorte asimétrico ofrece el sonido más natural y más parecido a las válvulas. Los diodos de germanio producen un recorte con una transición más suave, lo cual también resulta en un sonido más valvular. Por el contrario, los diodos de silicio generan un recorte más brusco, dando lugar a una distorsión metálica más aguda, de “onda cuadrada”.