capii electronicai

ELECTRONICA

Capitulo 2: Aplicaciones del Diodo

Ing. Bremnen Véliz Noboa, Msc.

Carrera de Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones

Universidad Politecnica Salesiana

Rectificación

La conversión de corriente alterna en continua se logra por medio de la rectificación.

Cuando un diodo se usa en un proceso de rectificación, es comun llamarlo rectificador.

El rectificador de media onda generará un forma de onda que tendrá un valor promedio en el proceso de conversion de AC a DC

Circuito rectificador de media onda

Rectificador de media onda

Una fuente de corriente alterna produce una tensión sinusoidal de valor instantaneo Vin y valor pico Vp.

Un diodo (ideal) se interpone entre la fuente alterna y la carga resistiva

El diodo solo conduce durante las mitades positivas de los ciclos.

La tension de salida es la media onda de la fuente alterna

Se produce una corriente por la carga unidireccional


El valor en continua de una señal es el valor medio.

El valor medio de una función periodica es la integral en el periodo de tiempo divido para el periodo.

Si usted mide una señal con el voltímetro de continua, la lectura será igual al valor medio.

La amplitud de la onda: Vp, Vm son llamados valor pico o valor maximo.

Valor de continua de la señal de media onda

V medio= V DC=1

T∫

0

T

Vi (t)dt=1

T∫

0

T /2

Vp.Sen (wt )dt

V DC=Vp.(− 1)

T[cos(wt )

w]0

T /2

=− Vp

2.pi /w[cos(wt )

w]0

pi / w

V DC=− Vp

2.pi(cos( pi)− cos(0))=

− Vp

2.pi.(− 1− 1)=

Vp

pi


La frecuencia de salida es la misma que la frecuencia entrada.

La tensión de pico de salida es igual a la tensión pico de entrada.

Valor RMS o valor eficaz de una onda periodica se calcula sobre un intervalo de la función correspondiente a un periodo completo

El valor rms de una señal de media onda es igual a la mitad del valor pico.

Recuerde que el valor rms de una onda sinusoidal es valor pico dividido para raiz de dos.

La tensión de pico de salida considerando la segunda aproximación para mayor exactitud es: Vp-0,7V


El valor del voltaje pico inverso (PIV, por las iniciales en inglés de: Peak Inverse Voltage)

El valor de voltaje no debe exederse en la región de polarización inversa, pues de otra forma el diodo estará en región de avalancha.

El transformador

La tensión de red es demasiada grande para la mayor parte de los dispositivos empleados en los circuitos electrónicos. Por esta cause se emplea un transformador para reducir la tensión a niveles inferiores.

A causa de la relación de espiras N1/N2 la tensión del secundario se ve reducida Los extremos con puntos tienen la misma fase instantánea. En otras palabras

cuando un semiciclo positivo aparece en el primario, un semiciclo positivo aparece en el secundario.

El transformador

¿Cual es la tensión pico en la carga y la tensión continua en la carga?

a) 24V, 34Vb) 34V, 33,3Vc) 120V, 34Vd) 34V, 10,8V

Rectificador de onda completa

Un transformador y dos diodos se utilizan para generar la onda completa en la carga.

Una conexion intermedia (tap central) llevada a masa en el arrollamiento secundario hace que el circuito sea equivalente a dos rectificadores de media onda.

D1 conduce durante el semiciclo positivo y D2 conduce durante el semiciclo negativo.

Rectificador de onda completa

Valor continuo o medio:

La frecuencia de salida se duplica:

La tensión de pico de salida considerando la segunda aproximación : Vp-0,7V

PIV>2Vp

Puente rectificador

El puente rectificador es similar al rectificador de onda completa porque produce una tensión de salida de onda completa.

Para t=0->T/2 del voltaje de entrada Vi.

Puente rectificador

Puente rectificador Diodos D1 y D2 conducen la mitad positiva del ciclo.

Diodos D3 y D4 conducen la mitad negativa del ciclo.

Valor medio y frecuencia de salida:

Segunda aproximación:

Ventaja: Tensión del secundario se usa en su totalidad

Puente rectificador

Puente rectificador

Respuesta

Cuestionario

¿Que forma de onda se obtiene con un rectificador de onda completa?

Cuestionario

¿Cuánto vale la corriente media que circula en una resistencia de 1,2 kΩ alimentada con una f.e.m. de 24 V de onda completa?

a) 20 mAb) 10 mAc) 9 mAd) 18 mA

Cuestionario

Si N1/N2=2 y la tension en el primario es de 120V, ¿Cual es el valor de tensión en el secundario?

a) 0V

b) 36V

c) 40V

d) 60V

Cuestionario

Si a una resistencia de carga se aplica una tensión rectificada de onda completa, ¿durante que parte del ciclo circula corriente por la carga?

a) 0°

b) 90°

c) 180°

d) 360°

Cuestionario

Observando los siguientes esquemas, ¿en cuál de ellos se hallan conectados correctamente entre sí los diodos?

Produce una tensión de salida en continua igual al valor pico de la tensión rectificada.

Es el tipo de filtro mas utilizado en fuentes de alimentación.

Durante el primer cuarto de ciclo el diodo esta polarizado en directo.El condensador se carga y tensión se iguala a la tensión de la fuente.

La carga continua hasta que

alcanza el máximo valor y la tensión

del condensador es Vp .

Tan pronto la tensión de entrada sea

menor que Vp, el diodo deja de

conducir y el condensador

permanece totalmente cargado.

El filtro con condensador a la entrada

Mientras la constante de tiempo RL*C sea mucho mayor que el periodo, el condensador permanece casi totalmente cargado y la tensión en la carga será una tensión continua aproximadamente Vp.

Se presenta un rizado. Cuanto menor sea el valor pico a pico de este rizado, mejor se aproximará la salida a una tensión continua perfecta.

Formula de rizado pico pico es:

𝑉𝑟𝑝𝑝 =𝐼𝑑𝑐

𝑓 ∗ 𝐶Idc: Corriente por la carga en

continua.

f: Frecuencia de rizado

C: Capacidad

Efecto de la resistencia de carga en el filtro con condensador

Filtro 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 RcargaCsea mucho mayor que el periodo, el condensador permanece casi totalmente cargado y la tensión en la carga es aproximadamente Vmax.

Se obtiene una componente continua, y sobre ella, una componente alterna.

𝑉𝑑𝑐 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 −𝑉𝑟𝑝𝑝

2

𝑉𝑑𝑐 =𝑉𝑚𝑎𝑥 + 𝑉𝑚𝑖𝑛

2

Considerando caída de tensión en el diodo:

𝑣

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 𝑉𝑝 − 0,7𝑉

El filtro con condensador

Cual es la tensión de carga en continua y el risado de la figura. Considera diodo ideal

Respuesta: VL=34V, VR=1,13Vpp

Voltaje de Pico Inverso

Voltaje de Pico Inverso

¿Cual es la tensión inversa de pico si la relación de las espiras es 8? Un 1N4001 tiene una tensión de ruptura de 50V. ¿Es seguro utilizarlo en el circuito?

Respuesta: PIV=21,2V

Recortadores

Es una variedad de redes de diodos que tienen la capacidad de recortar una porción de la señal sin distorcionar la parte restante de la forma de onda.

Recortador en serie

Recortadores

Para el diodo ideal la transición entre los estados ocurrirá en el punto sobre las características donde vd = 0V e id = 0A. Donde se reconoce que el nivel de Vi que causará una transición en el estado es

Para un voltaje de entrada mayor que V volts el diodo está en estado de corto circuito, mientras que para los voltajes de entrada menores que V volts está en estado de circuito abierto o "apagado"

Recortadores

Circuitos cambiadores de nivel Es una red que cambia una señal a un nivel de DC diferente. RC>>T: Producto RC debe ser mucho mayor que el periodo.

Consejos: Iniciar el analisis mediante la consideración de la parte de la señal de entrada

que dará polarizacion directa al diodo. Durante el tiempo que donde el diodo esta encendido asumir que el capacitor

se cargará de manera instantánea. Se supondrá que durante que diodo esta apagado el capacitor se mantendrá

en el nivel de voltaje que estable. Mantener un continuo cuidado de la posición y polaridad de referencia para

Vo.

Circuitos cambiadores de nivel

Diodo Zener

Es un dispositivo de union pn diseñado para operar en la region inversa.

El análisis de redes que emplea diodos Zener es muy parecido al análisis de diodos semiconductores en secciones anteriores. En primer lugar se debe determinar el estado del diodo y luego se sustituye el modelo apropiado y se determinan las demás cantidades desconocidas de la red.

Diodo zener

Curva caracteristica y Circuito equivalente del zener

Diodo Zener

CIRCUITOS APROXIMADOS EQUIVALENTES DEL DIODO ZENER EN LAS TRES REGIONES DE APLICACION

Coeficiente de Temperatura

El coeficiente de temperatura especifica el porcentaje de cambio de voltaje zener por cada grado centígrado de temperatura.

Vz es el voltaje nominal zener a la temperatura de referencia de 25°C, TC es el coeficiente de temperatura (%/°C), y ΔT es el cambio de temperatura de la temperarua de refencia.

En algunas ocaciones. El coeficiente de temparatura es expresado en mV/°C en vez de %/°C.

Diodo Zener

Diodo Zener

Ejemplo

Diodo Zener

Zener : Disipación de potenica y de reducción de potencia

La potencia dc disipada es determinada por la formula:

La maxima potencia de disipación de un diodo zener es tipicamente especificada para temperaturas en o sobre un cierto valor. Sobre la especifica temperatura, la máxima potencia es reducida. El factor de reducción es expresado en mW/°C. La máxima reducción de potencia es expresado por la formula:

Diodo Zener

Ejemplo

Diodo Zener

Determine los voltajes de referencias provistos por la red de la figura, la cual utiliza un LED blanco para indicar que está encendida. ¿Cuál es el nivel de la corriente a través del LED y la potencia suministrada por la fuente? ¿Cómo consume el LED la potencia en comparación con el diodo Zener de 6 V?

Diodo Zener

Gracias

Bibliografía:

Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky, “Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicas”, Decima edición.

Alberto Paul Malvino, “Principios de Electrónica”, sexta edición. “Electronic Device”, Ninth edition, Thomas L. Floyd.

capii electronicai

Documents