tema 9 diodos

Electrónica y Automática de Control Aplicada al Buque

Tema 9 ANEXO

COMPONENTES ELECTRONICOS DISCRETOS

DIODOS

Electrónica y Automática de Control Aplicada al Buque COMPONENTES ELECTRÓNICOS DISCRETOS

1. EL DIODO


INTRODUCCION AL DIODO

• El diodo es el dispositivo electrónico más simple. Es un semiconductor de dos terminales (Ánodo y Cátodo) que ofrece una baja resistencia del orden de los mΩ en una polarización y del orden de los GΩ en la otra. Esto lo convierte en un componente adecuado como rectificador. • El diodo exhibe una relación no lineal entre la tensión entre sus terminales y la corriente que circula por él. En el análisis de circuitos con diodos, se pueden realizar algunas aproximaciones que faciliten la resolución del sistema. • Se estudian también algunos diodos de uso especial, como son los zener, LED, fotodiodos y Schottky. • Los diodos permiten desarrollar circuitos con distintas aplicaciones, destacando la rectificación, en cualquiera de sus variantes.


DIODO REAL • Característica del diodo. – Dos terminales (Ánodo y Cátodo). – Polarización DIRECTA: Si Vd es > 0 V. – Polarización INVERSA: Si Vd < 0 V. • En Directa la corriente fluye con facilidad. • En Inversa, al alcanzar la región de ruptura o zona de avalancha, el flujo de corriente es elevado siempre y cuando no se exceda la potencia máxima de disipación. • Designación características: – Vr: tensión inversa. – If(av): corriente media directa. – If(rms): corriente eficaz directa – Vf: caída de tensión directa.


DIODO REAL • En la región de polarización directa, los diodos de Si de pequeña señal conducen muy poca corriente (menos de 1 mA) hasta que se aplica una tensión de 0,6 a 0,7 voltios (a temperatura ambiente). • A partir de dicha tensión (Vumbral), la corriente incrementa rápidamente a pequeños aumentos de tensión. • En la región inversa la corriente es aproximadamente de 1 nA. • En la zona de ruptura, la corriente aumenta rápidamente. Existen diodos especiales para trabajar en dicha zona (diodos Zener).


DIODO REAL. RECTA DE CARGA • Aplicando la 2ª Ley de Kirchhoff: • Conocido el valor de Vss, R y la curva característica del diodo, se puede obtener el punto de trabajo del circuito. • La recta de carga se obtiene a partir de los puntos de corte de la ecuación obtenida con los ejes coordenados: – Si id = 0 -> Vd = Vss; (pto A) – Si Vd = 0 -> id = Vss / R; (pto B) • Uniendo los dos puntos A y B, se obtiene la recta de carga. • El punto de trabajo es la intersección entre la característica del diodo y la recta de carga.


DIODO IDEAL

• Es un modelo útil que permite simplificar el análisis por medio de las siguientes aproximaciones: – En polarización directa, el diodo actúa como un cortocircuito. (R = 0 Ω). – En polarización inversa, el diodo se comporta como un circuito abierto. (R =∞) • En la Fig. , se representa la característica de un diodo ideal.


OTROS TIPOS DE DIODOS

• Diodos LED (Light Emiter Diode – Diodo Emisor de Luz) – El diodo LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por una corriente emite luz proporcionalmente a la cantidad de corriente que circula. – La caída de tensión en directa está en el rango de 1,5 voltios a 2,2 voltios, aproximadamente. • Fotodiodos – Realiza la función inversa al LED. – Si se polariza en inversa, y recibe energía luminosa, la cantidad de corriente inversa será proporcional a la intensidad incidente. • Diodo Schottky – Se usan en aplicaciones de alta frecuencia y conmutación rápida. • Diodo Zener – Trabajan en la zona de ruptura inversa.


CIRCUITOS RECTIFICADORES

• Circuitos Rectificadores: convierten la corriente alterna en corriente continua (unidireccional). También se conoce como convertidor AC-DC • Tipos: – Rectificadores de media onda – Rectificadores de onda completa • Con trafo de toma intermedia (dos diodos). • Con puente de diodos (cuatro diodos). • Conceptos básicos de Transformadores Ideales – Trafo – Trafo con toma intermedia


RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA • Cuando la tensión es positiva, 0 a 180º, el diodo se encuentra polarizado en directa, y conducirá la corriente (caída de 0.7 V). • Cuando la tensión es negativa, 180º a 360º, el diodo se polariza inversamente, no dejando pasar corriente. En este intervalo el diodo soporta la tensión inversa impuesta por la entrada. • Aplicando la 2ª Ley de Kirchhoff, a los dos casos anteriores, se obtiene: – En directa, prácticamente la caída de tensión de la alimentación está en bornes de la carga. – En inversa, la caída de tensión la acapara el diodo por no circular corriente.


RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA

• La tensión de entrada es senoidal según: • El valor medio de la tensión Vo(dc) se obtiene realizando la integral: • La corriente media para una carga resistiva R, se obtiene por la Ley de Ohm. • El valor de la tensión eficaz (rms) será: • La frecuencia de salida es igual a la de entrada


RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON TRANSFORMADOR CON TOMA INTERMEDIA

• Consiste en dos rectificadores de media onda con fuentes de tensión desfasadas 180º. • El trafo aísla a la carga de la corriente alterna de entrada. • Durante el ciclo positivo, conduce el diodo A; durante el ciclo negativo, el diodo B conduce rectificando la señal. • Voltaje medio o de continua: • Frecuencia de salida:


RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON PUENTE DE DIODOS

• Ciclo positivo de la entrada, los diodos A y B conducen. • Ciclo negativo de la entrada, los diodos D y C conducen. • Voltaje medio o de continua: • Frecuencia de salida: • La configuración en Puente ofrece las siguientes ventajas: – El valor del condensador para un cierto rizado, es la mitad; con lo cual se reduce el tamaño y el precio del sistema. – La corriente soportada por cada diodo es aproximadamente la mitad que para el de media onda, reduciendo así el espacio ocupado por los diodos y el coste del diseño.


FILTRADO DE LA SÉÑAL RECTIFICADA • La tensión de salida de un rectificador tiene una componente continua (valor medio), y una parte fluctuante (componentes senoidales de varias frecuencias o armónicos). • Se utilizan filtros de continua: L, C y LC. • Análisis de un filtro L (superposición): • En el circuito de continua, el valor de la tensión corresponde a la tensión media. A 0Hz la reactancia inductiva es cero. • Al aumentar la frecuencia XL se hace más grande (XL aumenta con el número de armónico) • El filtro L produce una tensión de salida continua igual al valor medio de la tensión rectificada.


FILTRADO CON CONDENSADOR • El condensador permite el paso de bajas frecuencias hacia la carga, e impide el paso de las altas frecuencias. (Filtro Paso Bajo). • El diodo sólo conducirá cuando la tensión de entrada sea superior a la tensión mantenida por el condensador. • Mientras la constante de tiempo R x C sea mucho mayor que el periodo, el condensador permanece casi totalmente cargado y la tensión en la carga es aproximadamente Vm • Se obtiene una componente continua, y sobre ella, una componente alterna, cuyo valor de rizado máximo depende del filtro.

C es la mitad para rectificadores de onda completa


DIODOS ZENER

• Trabajan en la zona de ruptura inversa. • Se usan para mantener constante la tensión en un punto. • Características del diodo zener: – 1.8 v < Vz < 200 v (comercialmente) – Pmax: potencia máxima del diodo zener. – Izmin: intensidad mínima que polariza el zener en inversa. – Izmax: Pmax / Vz


ESTABILIZACION DE LA TENSION DE SALIDA CON DIODO ZENER

• Características Zener: – Vz: tensión zener – Izk: intensidad zener mínima para superar la “rodilla” de la característica y mantener así la Vz – Izt: intensidad de prueba. – Izm: intensidad zener máxima. • Polarización y cálculo de R (valor óhmico y potencia). • Cálculo de la Rc min. • Cálculo de la Vin máxima y mínima para R dado.


ESTABILIZACION DE LA TENSION DE SALIDA CON DIODO ZENER

• Si en el circuito anterior, R=1k, y se utiliza un zener con las características del gráfico. Determinar la tensión de salida para Vss = 15 v y para 20 voltios. Determinar el porcentaje de regulación de entrada.

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