trabajo segundo corte luis quijada
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Trabajo sobre los diodos, configuraciones y funciones.TRANSCRIPT
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
EXTENSIÓN MATURÍN
EVALUACION SEGUNDO CORTE
Profesor: Autor:
Ing. Gregorio Patiño Br. Luis E. Quijada
Materia:
Electrónica de Potencia I
Maturín, Agosto de 2015
INDICE GENERAL
ContenidoINDICE DE FIGURAS...........................................................................................................3
INTRODUCCION..................................................................................................................4
CIRCUITO DE DIODOS.......................................................................................................5
RECORTADORES DE PRIMER Y SEGUNDO NIVEL......................................................9
CIRCUITO RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA.............................................................15
RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA........................................................................19
DIODOS LED ( Light Emitting Diode)................................................................................27
FOTODIODO.......................................................................................................................28
DIODO DE CAPACIDAD VARIABLE (VARICAP).........................................................28
DIODO ZENER....................................................................................................................29
CONCLUSIONES................................................................................................................31
INDICE DE FIGURAS
Figura 1: Circuito I..................................................................................................................5
Figura 2: Circuito equivalente con diodo en inversa..............................................................5
Figura 3: Circuito equivalente con diodo en directa...............................................................6
Figura 4: Circuito Equivalente con diodo en conducción.......................................................7
Figura 5: Curva Característica del circuito I...........................................................................8
Figura 6: Circuito recortador...................................................................................................9
Figura 7: Curva de transferencia del circuito II....................................................................11
Figura 8: Representación de la tensión de salida en función del tiempo Circuito II...........12
Figura 9: Curva de transferencia del circuito III...................................................................14
Figura 10: Representación de la tensión de salida en función del tiempo del Circuito III.. .14
INTRODUCCION
Un diodo es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica
en una única dirección con características similares a un interruptor. Los diodos tienen
muchas aplicaciones, pero una de las más comunes es el proceso de conversión de corriente
alterna a corriente continua (C.C.)
Como se sabe, la función básica que realiza el diodo es dejar circular la corriente en un
solo sentido, y la principal aplicación práctica de dicha función es la conversión de
corriente alterna (ca) en corriente continua (cc); los circuitos que realizan esta función se
denominan rectificadores.
La aplicación más inmediata de un diodo es la rectificación de una señal alterna. Esta
rectificación puede hacerse con diversos propósitos, como por ejemplo la demodulación de
una señal de radiofrecuencia modulada en amplitud o la obtención de una tensión de
continua para la alimentación de los aparatos electrónicos. Por lo tanto se utilizará un
rectificador siempre que hay necesidad de continua mientras que la energía eléctrica está
disponible en alterna. Dado que la energía eléctrica casi siempre es generada y distribuida
en alterna, los rectificadores tienen un amplio campo de aplicación.
El diodo Zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con
independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la
resistencia de carga y temperatura
Se conoce como ruptura el punto donde la corriente inversa pasa de ser, idealmente, IS,
a aumentar de forma aparentemente descontrolada. Los mecanismos físicos que explican
este comportamiento no pueden ser tratados aquí, pero responden bien a un mecanismo de
túnel o bien a una ruptura de los enlaces de la red por impacto con un portador. Se conoce
como diodo Zener a aquel diodo específicamente diseñado para que su ruptura se produzca
reproduciblemente a una tensión predeterminada.
CIRCUITO DE DIODOS
Supongamos el circuito de la figura 1. La señal de entrada es vi = VM sen t. Vamos a
calcular la función de transferencia del circuito (vo = f(vi)) y la tensión de salida vo.
Figura 1: Circuito I
Los pasos a seguir para la resolución de este tipo de circuitos serán los siguientes:
1.- Suponer un estado del diodo.
2.- Sustituir el diodo por su modelo y resolver el circuito (cálculo de tensiones e
intensidades.
3.- Comprobar qué condición debe de cumplir la entrada para que el diodo esté en el estado
supuesto.
A) Suponemos que el diodo está en inversa (vD ≤ 0).
Sustituimos el diodo por su modelo equivalente. (En este caso una resistencia de valor Rr.)
Figura 2: Circuito equivalente con diodo en inversa
La condición que se debe de cumplir para que el diodo esté en inversa es que la corriente
circule en el sentido de cátodo a ánodo, es decir:
Por lo tanto:
B) Suponemos que el diodo está en directa pero no hay conducción (0 ≤ VD ≤ Vy)
Sustituimos el diodo por su modelo equivalente. En este caso un circuito abierto
V0 = 0
Figura 3: Circuito equivalente con diodo en directa.
La condición para que el diodo esté en corte es: 0 ≤ VD ≤ Vy
Por tanto:
C) Suponemos que el diodo está en conducción (vD ≥ Vy)
Sustituimos el diodo por su modelo equivalente. En este caso una resistencia de valor Rf
en serie con una fuente de tensión de valor Vy.
Figura 4: Circuito Equivalente con diodo en conducción
La condición que se debe de cumplir para que el diodo esté en conducción es que la
corriente circule en el sentido de ánodo a cátodo, es decir:
Por tanto:
En resumen:
Curva característica del circuito
Figura 5: Curva Característica del circuito I
A continuación representamos la tensión de salida vo (t) cuando la tensión de entrada es
vi =sen(wt)
RECORTADORES DE PRIMER Y SEGUNDO NIVEL
Resolución de un circuito recortador utilizando las aproximaciones de primer y segundo
nivel del diodo.
Vamos a resolver el circuito de la siguiente figura.
Figura 6: Circuito recortador.
1.- Resolución utilizando la primera aproximación
A) Supongamos que el diodo esta en inversa (vD ≤ 0).
La condición que se debe de cumplir para que el diodo esté en inversa es que la corriente
circule en el sentido de cátodo a ánodo, es decir:
Da como resultado:
B) Suponemos que el diodo está en directa pero no hay conducción (0 ≤ vD ≤ Vy)
La condición para que el diodo esté en corte es 0 ≤ vD ≤ Vy
C) Suponemos que el diodo está en conducción (vD≥Vy)
La condición que se debe de cumplir para que el diodo esté en conducción es que la
corriente circule en el sentido de ánodo a cátodo, es decir:
Resulta como valores:
Curva de transferencia del circuito
Figura 7: Curva de transferencia del circuito II
Representación de la tensión de salida en función del tiempo
Figura 8: Representación de la tensión de salida en función del tiempo C II
2.- Resolución utilizando la segunda aproximación
A) Supongamos que el diodo se encuentra en corte (VD ≤ Vy)
Dando como resultado:
B) Suponemos que el diodo está en conducción (vD ≥ Vy)
En este caso el análisis es exactamente igual que para el diodo en conducción aplicado para
el primer nivel, dando como resultado:
Curva de transferencia del circuito
Figura 9: Curva de transferencia del circuito III
Representación de la tensión de salida en función del tiempo
Figura 10: Representación de la tensión de salida en función del tiempo del Circuito III
CIRCUITO RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA
El rectificador de media onda es un circuito empleado para eliminar la parte negativa o
positiva de una señal de corriente alterna de lleno conducen cuando se polarizan
inversamente. Además su voltaje es positivo.
Polarización directa (Vi > 0)
En este caso, el diodo permite el paso de la corriente sin restricción. Los voltajes de salida y
de entrada son iguales, la intensidad de la corriente puede calcularse mediante la ley de
ohm.
Polarización inversa (Vi < 0)
En este caso, el diodo no conduce, quedando el circuito abierto. No existe corriente por el
circuito, y en la resistencia de carga RL no hay caída de tensión, esto supone que toda la
tensión de entrada estará en los extremos del diodo.
Vo = 0
Vdiodo = Vi
El circuito de la figura es un típico rectificador de media onda. El circuito se alimenta de
la red eléctrica (típicamente tensión alterna de 220 V eficaces y 50 Hz). A nosotros nos
interesará la tensión vi de entrada al rectificador propiamente dicho. Esta vendrá
determinada por la relación de transformación del transformador.
A) Supongamos que el diodo se encuentra en conducción.
B) Supongamos que el diodo se encuentra en corte.
Podemos observar como a partir de una tensión que tiene valores positivos y negativos
obtenemos una que únicamente toma valores positivos. En esto precisamente consiste la
rectificación.
- Calculo de la corriente
Conocida como es la tensión de salida vo, será fácil conocer la corriente que circula por la
resistencia que, en este caso es, evidentemente, la misma que circula por el diodo.
A la hora de realizar el circuito deberemos colocar un diodo cuya corriente máxima
rectificada promedio sea superior a la que debe de soportar el diodo en el circuito.
El valor eficaz de esta corriente será:
-Calculo de tensión en el diodo
Tendremos que calcular la tensión a la que está sometido el diodo, fijándonos sobre todo,
en el valor máximo de la tensión que soporta el diodo cuando está polarizado en inversa.
Si observamos el circuito, en todo momento se cumple VD = Vi - Vo
Por tanto
Por lo tantos vemos que el diodo debe ser capaz de soportar la tensión Vm
RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA
Un rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir una señal de
corriente alterna de entrada (Vi) en corriente continua de salida (Vo) pulsante. A diferencia
del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se convierte en
positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una
señal positiva o negativa de corriente continua.
-Circuitos con puente de diodos
En la figura se representa un circuito rectificador de onda completa utilizando un puente
de diodos. A diferencia del caso anterior no necesitamos dos tensiones vi idénticas, por
tanto no necesitaremos un transformador con toma intermedia. Por otra parte, podemos
observar como ahora necesitamos 4 diodos en una configuración típica conocida como
puente de diodos.
La tensión de entrada al circuito rectificador es una sinusoidal de valor máximo VM.
V1= VM sen ( wt)
Resolvemos el circuito. Los casos posibles son:
A) Suponemos que los diodos D1 y D3 están en conducción y D2 y D4 en corte.
Para este caso V0 = V1
Por lo tanto:
B) Supongamos que los diodos D1 y D3 están en corte y D2 y D4 en conducción.
Tanto la curva de transferencia del circuito como la tensión en la carga son exactamente
iguales a las que teníamos en el apartado anterior.
- Cálculo de las corrientes.
Si las tensiones son iguales a las del caso anterior, lo mismo ocurrirá con las intensidades.
-Cálculos de las tensiones en los diodos
A diferencia del caso anterior, ahora toda la tensión del secundario llega a la carga. Los
diodos, en inversa, deberán de ser capaces de aguantar una tensión VM.
CONFIGURACIONES DE DIODOS.
DIODOS METAL-SEMICONDUCTOR
Los más antiguos son los de Germanio con punta de tungsteno o de oro. Su aplicación
más importante se encuentra en HF, VHF y UHF. También se utilizan como detectores en
los receptores de modulación de frecuencia. Por el tipo de unión que tiene posee una
capacidad muy baja, así como una resistencia interna en conducción que produce una
tensión máxima de 0,2 a 0,3v. El diodo Schottky son un tipo de diodo cuya construcción se
basa en la unión metal conductor con algunas diferencias respecto del anterior. Fue
desarrollado por la Hewlett-Packard en USA, a principios de la década de los 70. La
conexión se establece entre un metal y un material semiconductor con gran concentración
de impurezas, de forma que solo existirá un movimiento de electrones, ya que son los
únicos portadores mayoritarios en ambos materiales.
Al igual que el de germanio, y por la misma razón, la tensión de umbral cuando alcanza
la conducción es de 0,2 a 0,3v. Igualmente tienen una respuesta notable a altas frecuencias,
encontrando en este campo sus aplicaciones más frecuentes. Un inconveniente de esto tipo
de diodos se refiere a la poca intensidad que es capaz de soportar entre sus extremos. El
encapsulado de estos diodos es en forma de cilindro , de plástico o de vidrio. De
configuración axial. Sobre el cuerpo se marca el cátodo, mediante un anillo serigrafiado.
DIODOS RECTIFICADORES
Su construcción está basada en la unión PN siendo su principal aplicación como
rectificadores. Este tipo de diodos (normalmente de silicio) soportan elevadas temperaturas
(hasta 200ºC en la unión), siendo su resistencia muy baja y la corriente en tensión inversa
muy pequeña. Gracias a esto se pueden construir diodos de pequeñas dimensiones para
potencias relativamente grandes, desbancando así a los diodos termoiónicos desde hace
tiempo. Sus aplicaciones van desde elemento indispensable en fuentes de alimentación
como en televisión, aparatos de rayos X y microscopios electrónicos, donde deben
rectificar tensiones altísimas. En fuentes de alimentación se utilizan los diodos formando
configuración en puente (con cuatro diodos en sistemas monofásicos), o utilizando los
puentes integrados que a tal efecto se fabrican y que simplifican en gran medida el proceso
de diseño de una placa de circuito impreso. Los distintos encapsulados de estos diodos
dependen del nivel de potencia que tengan que disipar. Hasta 1w se emplean encapsulados
de plástico. Por encima de este valor el encapsulado es metálico y en potencias más
elevadas es necesario que el encapsulado tenga previsto una rosca para fijar este a un
radiador y así ayudar al diodo a disipar el calor producido por esas altas corrientes. Igual le
pasa a los puentes de diodos integrados.
DIODO RECTIFICADOR COMO ELEMENTO DE PROTECCIÓN
La desactivación de un relé provoca una corriente de descarga de la bobina en sentido
inverso que pone en peligro el elemento electrónico utilizado para su activación. Un diodo
polarizado inversamente cortocircuita dicha corriente y elimina el problema. El
inconveniente que presenta es que la descarga de la bobina es más lenta, así que la
frecuencia a la que puede ser activado el relé es más baja. Se le llama comúnmente diodo
volante.
DIODO RECTIFICADOR COMO ELEMENTO DE PROTECCIÓN DE UN DIODO
LED EN ALTERNA.
El diodo Led cuando se polariza en c.a. directamente conduce y la tensión cae sobre la
resistencia limitadora, sin embargo, cuando se polariza inversamente, toda la tensión se
encuentra en los extremos del diodo, lo que puede destruirlo.
DIODOS ZENER.
Se emplean para producir entre sus extremos una tensión constante e independiente de la
corriente que las atraviesa según sus especificaciones. Para conseguir esto se aprovecha la
propiedad que tiene la unión PN cuando se polariza inversamente al llegar a la tensión de
ruptura (tensión de Zener), pues, la intensidad inversa del diodo sufre un aumento brusco.
Para evitar la destrucción del diodo por la avalancha producida por el aumento de la
intensidad se le pone en serie una resistencia que limita dicha corriente. Se producen desde
3,3v y con una potencia mínima de 250mW. Los encapsulados pueden ser de plástico o
metálico según la potencia que tenga que disipar.
DIODOS LED ( Light Emitting Diode)
Es un diodo que presenta un comportamiento parecido al de un diodo rectificador sin
embargo, su tensión de umbral, se encuentra entre 1,3 y 4v dependiendo del color del
diodo.
El conocimiento de esta tensión es fundamental para el diseño del circuito en el que sea
necesaria su presencia, pues, normalmente se le coloca en serie una resistencia que limita la
intensidad que circulará por el. Cuando se polariza directamente se comporta como una
lamparita que emite una luz cuyo color depende de los materiales con los que se fabrica.
Cuando se polariza inversamente no se enciende y además no deja circular la corriente. La
intensidad mínima para que un diodo Led emita luz visible es de 4mA y, por precaución
como máximo debe aplicarse 50mA. Para identificar los terminales del diodo Led
observaremos como el cátodo será el terminal más corto, siendo el más largo el ánodo.
Además en el encapsulado, normalmente de plástico, se observa un chaflán en el lado en el
que se encuentra el cátodo. Se utilizan como señal visual y en el caso de los infrarrojos en
los mandos a distancia.
FOTODIODO
Son dispositivos semiconductores construidos con una unión PN, sensible a la
incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se
polarizarán inversamente, con lo que producirán una cierta circulación de corriente cuando
sean excitados por la luz. Debido a su construcción se comportan como células
fotovoltaicas, es decir, en ausencia de tensión exterior, generan una tensión muy pequeña
con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo. Tienen una velocidad de respuesta a
los cambios bruscos de luminosidad mayores a las células fotoeléctricas. Actualmente, y en
muchos circuitos estás últimas se están sustituyendo por ellos, debido a la ventaja
anteriormente citada.
DIODO DE CAPACIDAD VARIABLE (VARICAP)
Son diodos que basan su funcionamiento en el principio que hace que la anchura de la
barrera de potencial en una unión PN varia en función de la tensión inversa aplicada entre
sus extremos. Al aumentar dicha tensión, aumenta la anchura de esa barrera, disminuyendo
así la capacidad del diodo. De este modo se obtiene un condensador variable controlado por
tensión. Los valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500pF. La tensión inversa
mínima tiene que ser de 1v. La aplicación de estos diodos se encuentra en la sintonía de
TV, modulación de frecuencia en transmisiones de FM y radio, sobre todo.
DIODO ZENER
Los diodos zener, zener diodo o simplemente zener, son diodos que están diseñados para
mantener un voltaje constante en su terminales, llamado Voltaje o Tensión Zener (Vz)
cuando se polarizan inversamente, es decir cuando está el cátodo con una tensión positiva y
el ánodo negativa.
El diodo Zener es un diodo de cromo que se ha construido para que funcione en las
zonas de rupturas, recibe ese nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin Zener. El
diodo Zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con
independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la
resistencia de carga y temperatura.
Son mal llamados a veces diodos de avalancha, pues presentan comportamientos
similares a estos, pero los mecanismos involucrados son diferentes. Además si el voltaje de
la fuente es inferior a la del diodo éste no puede hacer su regulación característica.
Cuando lo polarizamos inversamente y llegamos a Vz el diodo conduce y mantiene la
tensión Vz aunque la aumentemos. La corriente que pasa por el diodo zener en estas
condiciones se llama corriente inversa (Iz).
Se llama zona de ruptura por encima de Vz.
Como se puede observar es un regulador de voltaje o tensión.
Cuando está polarizado directamente el zener se comporta como un diodo normal, pero
mientras la tensión inversa sea inferior a la tensión zener, el diodo no conduce, solo
conseguiremos tener la tensión constante Vz, cuando esté conectado a una tensión igual a
Vz o mayor. Aquí puedes ver una la curva característica de un zener:
CONCLUSIONES
Los diodos son dispositivos no lineales, estos tienen aplicaciones muy interesantes sin
las cuales no conoceríamos la electrónica moderna. Los diodos también sirven como
circuitos limitadores que son parte fundamental de osciladores sostenidos; los diodos Zener
actúan como reguladores en los circuitos rectificadores, que a su vez tienen diodos en una
configuración llamada puente de diodos que le saca el valor absoluto a la señal sinusoidal
de la línea.
Podemos observar que la importancia de los diodos rectificadores es muy grande, pues
permite tanto transformar una señal de corriente alterna en una de corriente directa, como
duplicar, triplicar, cuadriplicar, etc. voltajes y poder sujetar señales a un cierto valor de CD
requerido.
Se puede decir que el surgimiento de los Diodos ha proporcionado un gran avance a la
ciencia, no solo a la electrónica sino a la ciencia de forma general porque casi todos los
equipos que posee la humanidad en la actualidad funcionan con componentes eléctricos y
con presencia de diodo en sus circuitos.