DIODOS

Máster en MecatrónicaEU4M Master in Mechatronic and Micro-Mechatronic Systems

Fundamentos de Ingeniería Eléctrica

Contenidos

• FuncionamientoDiodo idealCurvas características

• Resolución de circuitos con diodos

• Diodo Zener

• Circuitos de interésRecortadoresRectificadores Regulador de tensión por zénerFuentes de alimentación

Funcionamiento. Diodo ideal

Representación y comportamiento de un diodo ideal.

Ánodo

Cátodo

i

V

+

-En polarización inversa, la corriente conducida es nula, sea cual sea el valor de la tensión inversa aplicada

En polarización directa, la caída de tensión es nula, sea cual sea el valor de la corriente directa conducida

i

V

curva característica

Funcionamiento. Curvas características

Vγ

rd

real (asintótico)

ideal

0

i

VVγ

pendiente = 1/rd

Circuito equivalente asintótico

Curva característica real

Curva característica asintótica

Curva característica ideal

Resolución de circuitos con diodos.

Caso 1. Un diodo ideal en un circuito lineal

Circuito lineal

A

B

Circuito lineal

Circuito no lineal

Circuito de partida

idealA

B

vABO

+

-

Si vABO > 0 ⇒ diodo directamente polarizado ⇒ vAB=0, iAB>0 (≠ 0)

vAB

+

-

iAB

Si vABO < 0 ⇒ diodo inversamente polarizado ⇒ iAB=0, vAB=vABO (≠ 0)

Solución

Equivalente Thévenin

-+=

- vZO

Resolución de circuitos con diodos.

Caso 2. Un diodo real en un circuito lineal

Si vABO > Vγ ⇒ diodo directamente polarizado ⇒ vAB=Vγ+ rd·iAB

Si vABO < Vγ ⇒ diodo inversamente polarizado ⇒ iAB=0, vAB=vABO

realiAB

vAB

+

-

A

Circuito lineal

B

real

Vγ

rd

idealiAB

vAB

+

-

A

Circuito lineal

B

vABO

+

-

A

Circuito lineal

B

Resolución de circuitos con diodos.

Caso 3. Varios diodos ideales en un circuito lineal

Al ser no lineal el circuito que queda al eliminar el diodo D1, no pueden aplicarse los métodos anteriores

Circuito no linealB

A

Circuito linealideal

D1

Método a seguir: Establecer una primera hipótesis sobre el estado de conducción de cada diodo. A continuación resolver el circuito y verificar si se llega a alguna situación incompatible con la idealidad de los diodos. En caso afirmativo, repetir el proceso hasta que se llegue a una hipótesis compatible con la idealidad de los diodos.

Método a seguir: Establecer una primera hipótesis sobre el estado de conducción de cada diodo. A continuación resolver el circuito y verificar si se llega a alguna situación incompatible con la idealidad de los diodos. En caso afirmativo, repetir el proceso hasta que se llegue a una hipótesis compatible con la idealidad de los diodos.

Resolución de circuitos con diodos.

Caso 4. Varios diodos reales en un circuito lineal

Igual que el caso anteriorIgual que el caso anterior

realreal

Circuito lineal

A

B

C

D

E Freal

Vγ

rd

idealVγ

rd

ideal

Vγrdideal

Circuito linealCircuito no lineal

Resolución de circuitos con diodos.

Resolución gráfica

El circuito impone la condición: vAB = vABO - RO·iAB (recta de carga)

Circuito V, I, RA

B

iAB

vAB

+

-

El diodo impone la condición definida por su curva característica

El punto de trabajo está definido por la intersección de la recta de carga y la curva característica

El punto de trabajo está definido por la intersección de la recta de carga y la curva característica

Eq. Thévenin

RO

-+=

- vABO

0

iAB

vAB

vABO

vABO/RO

Diodo Zener

Son diodos diseñados para trabajar en zona de ruptura.

i+

-V

i

V0

Curva característicaSímbolo

Vγ

pend.=1/rd

VZ

pendiente=1/rZ

VZ = tensión zener o de rupturarZ = resistencia zener

Diodo Zener.

Zener ideal

+

-V

iA

K

A

K

idealVZ

ideal+

-V

iA

K

+

-V+

-V

iiA

K

A

K

A

K

idealVZ

ideal

A

K

ideal

AA

KK

idealidealidealVZ

ideal

VZVZ

idealideal

i

V0

VZ

i

V0

VZVZVZ

Zener real (modelo asintótico)

+

-V

iA

K Vγ

rd

ideal

A

K

VZ

rZ

ideal

+

-V

iA

K

+

-V+

-V

iiA

K

A

K Vγ

rd

ideal

A

K

VZ

rZ

idealVγ

rd

ideal

A

K

AA

K

VZ

rZ

ideal

rZ

idealideal

i

V0

Vγ

pend.=1/rd

VZ

pend.=1/rZ

i

V0

Vγ

pend.=1/rd

VZ

pend.=1/rZ Vγ

pend.=1/rd

VZVZVZ

pend.=1/rZ

Circuitos. Recortadores

Acota Vsentre +VZ1 y -VZ2

Salida de un circuito

+ +

-ve

R1

+

-vs

VZ1VZ2

Recortan una porción de la señal de entrada.

vst

veVZ1

-VZ2

VZ1

VZ2

VZ1

VZ2Circuitosequivalentes

Circuitos. Rectificadores

Convierten la tensión alterna en tensión continua.Tensión continua ≠ Tensión constante

Rectificador de media onda

vs

t

ve

+ +

-ve

RL+

-vs

tDiodo real

Circuitos. Rectificadores

Rectificador de doble onda con transformador de toma mediaSólo usa dos diodos que conducen en semiciclos alternos.

RL+

-vs

+ +

-ve

vs

t

ve

t

Circuitos. Rectificadores

Rectificador de doble onda con puente de diodosUsa cuatro diodos que conducen por parejas.

RL+

-vs

+ +

-ve

vs

t

ve

tCamino de la corriente en el semiciclo positivo

Circuitos. Rectificadores

Rectificador con condensador de filtradoPuede usarse en rectificadores de media y doble onda.

vs

t

Vr

RL +

-vs

+ +

-ve C

Is

T · Is2 · C

Vr ≈

Con un rectificador de media onda necesitaríamos un condensador el doble de grande para conseguir el mismo rizado.

La salida de un rectificador con filtro por condensador constituye una fuente de alimentación no regulada. Si se desea conseguir más

estabilidad en la tensión de salida es preciso incluir un regulador.

Circuitos. Reguladores de tensión

Regulador basado en ZenerConstituye un regulador en cadena abierta.

vs = Vz

R

RLVz vs

FUENTESIN

REGULAR

ve

Vz

Vp

• La tensión ve debe ser siempre mayor que la tensión vs.

• La diferencia entre ambas tensiones la soporta la resistencia R.

Por eso interesa que ve no sea mucho mayor que vs.

Circuitos. Reguladores de tensión

Regulador de tensión integrado 78XXEs un regulador de tensión fija positiva.

Los dígitos XX indican la tensión de salida que proporciona.

Hay varios tipos que ofrecen tensiones de salida entre 5 y 25V.

La tensión de entrada debe ser superior a la de salida.Al menos 2÷3V.No debe superar los 35V.

Regulador7805

7812

7815

us

+5V

+12V

+15V

ue mín+7,3V

+14,6V

+17,7V

Circuitos. Reguladores de tensión

Ejemplo

vred 220Vef

ve vs RCARGA

IN OUT

GND

is

470µF 10nF

781218Vef

18Vef

C

25,46Vpico

+12V

Elegir la relación de espiras del transformador más adecuada paraminimizar la potencia disipada.

El condensador C debe asegurar que ve nunca pasa por debajodel valor mínimo permitido.

• La corriente de descarga es is.

Circuitos. Reguladores de tensión

Regulador de tensión integrado 79XXEs un regulador de tensión fija negativa.

Su funcionamiento es análogo al de los reguladores positivos de la serie 78XX.

RL

IN OUT

GND

Circuitos. Reguladores de tensión

Los reguladores 79XX facilitan la construcción de fuentes de alimentación reguladas simétricas (±V).

Usando 78XX habría que montar dos fuentes completas, perola utilización de los 79XX simplifica el diseño.

Trafo Rectif. Filtro78XX

Trafo Rectif. Filtro78XX

0

+

-

Con 78XX

vred N1

N2

N2

+

78XX

79XX

+

+V

+

-

-V

N1

N2

N2

+

78XX +

N1

N2

N2

+

78XX +

N1

N2

N2

+

79XX -

N1

N2

N2

+

79XX -