fundamentos de ingeniería eléctrica · 2008. 10. 21. · regulador de tensión integrado 78xx es...
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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 -