DIODOSREALESRELACIÓN CORRIENTE-VOLTAJE DE LA JUNTURA PN

VT =25,2 mV a 300ºK

Escalas expandidas o comprimidas para ver mas detalles

€

VT =KTq

€

ID = Is (eVD nVT −1)

DEPENDENCIA DE LA TEMPERATURA

MODELOEXPONENCIAL

MODELOLINEALPORSEGMENTOSVDO=0,65VrD=20Ω

REPRESENTACIÓNCIRCUITALDELMODELOLINEALPORSEGMENTOS

EJEMPLOEnelsiguientecircuitodetermineelvoltajeylacorrienteeneldiodosielvoltajedefuenteVDD=5VyR=1kΩ,utilizandoelmodelolinealporsegmentosconVDO=0,65VyrD=20Ω.

ELMODELODEVOLTAJECONSTANTEConestemodeloVD=0,7V

MODELOIDEALDELDIODOConestemodeloelanálisisanteriorqueda:

ELMODELODEPEQUEÑASEÑALQ:Puntodeoperación,definidoporelvoltajeeneldiodoVDylacorrienteeneldiodoID.(ValoresenDC).

Lasvariaciones(señalesAC)vanaocurriralrededordelpuntodeoperación,siguiendolacurva.

Comolasvariacionessonpequeñas,puedeaproximarselacurvaaunarecta,tangentealacurvaenelpuntoQ.

ANÁLISISDEPEQUEÑASEÑALSoloconlafuenteDCydespreciandoeltérmino-1Lasvariablesseescribenenmayúsculaconelsubíndiceenmayúscula.AlaplicarsimultáneamenteunaseñalDCyunaseñalAClavariabletotalseescribeenminúsculaconelsubíndiceenmayúscula,yestáformadaporlacomponenteDC(ambasletrasenmayúscula)maslacomponenteAC(ambasletrasenminúscula).ElvoltajetotalalaplicarunacomponenteACes:Lacorriente:Elvoltajevdespequeño(pequeñaseñal),porloque:

€

ID = IseVD nVT

€

vD(t) =VD + vd (t)

€

iD(t) = ISevD nVT = ISe

VD nVT evd nVT = IDevd nVT

LaseriedeTaylorf(x)=exes:Porlotanto,lacorrientetotalesDedondesededucequelacomponenteACdepequeñaseñaldelacorrientedeldiodoid(t)es:

PorlotantolaresistenciadinámicadeldiodoenelpuntoQ,quecorrespondealatangenteenQes:ElanálisiscompletodeuncircuitoconundiodoqueincluyefuentesDCyAC(pequeñaseñal)serealizaaplicandoprimerolafuenteDCycalculandoelpuntodeoperaciónQ(ID,VD)conalgunodelosmodelosdeldiodo(voltajeconstante,linealporsegmentos)utilizandolosparámetroscorrespondientes,yluegoelaborandouncircuitosoloconlafuenteAC,lasresistenciasexternasysustituyendoeldiodoporsumodelodepequeñaseñal(únicamenterd).

€

f (x) =1+ x +x2

2!+x3

3!+ .......

€

iD(t) ≈ ID(1+vdnVT

) = ID + id (t)

€

id (t) =IDnVT

vd (t)

€

rd =vdid

=nVTID

EJEMPLO

Enelcircuito(a),R=10kΩylafuenteV+incluyeunvoltajeDCde10Vsobreelquehayunaseñalde60HzyamplitudVp=1V(rizado).CalculelacorrienteDCeneldiodoylaamplituddelaseñalsinusoidalentresusterminalessiVD=0,7Vyn=2.

En(b)estáelcircuitoDC.ConelmodelodelafuenteDCde0,7VsecalculaelvalordelacorrienteDCeneldiodo:

€

ID =10V − 0,7V10KΩ

= 0,93mA

Conestedatosecalculalaresistenciadinámicard:Enelcircuitodelafigura(c),lafuentealternaeslade60HzyamplitudVp=1V (rizado), la resistencia R sigue siendo 10KΩ y el diodo sesustituyeporsuequivalenteACconstituidosoloporlaresistenciardde53,8Ω.Aplicandodivisordevoltajeentrelosterminalesdeldiodo(estoes,sobrerd)seobtiene:

€

rd =nVTID

=2x25mV0,93mA

= 53,8Ω

€

vd =Vpicord

rd + R=1V 0,0538KΩ

0,0538KΩ+10KΩ= 51,05mV

USODELDIODOPOLARIZADOENDIRECTOENREGULACIÓNDEVOLTAJE

ConVD=0,7VVo=2,1V

Variacióndevoltajepicoapico:2V

Enporcentajes:Cuandolavariacióndelvoltajepicoenlafuenteesde1V,locualrepresentaun10%delvoltajeDC,lavariacióndelvoltajepicoenlosdiodosesde37.1mV/2=18.55mV,locualrepresentaun0,9%delvoltajeDCenlosdiodos.

CuandoseconectalaresistenciaRL:SuponiendoquelosdiodosmantienenVD=0,7VyVo=2,1VCorrienteporRLenDC:IL=2,1V/1kΩ=2,1mACorrienteporRenDC:I=(10V-2,1V)/1kΩ=7,9mACorrienteporlosdiodosenDC:7,9mA-2,1,mA=5,8mArd=2x25mV/5,8mA=8,62Ωr=3rd=25,86ΩEnelcircuitodepequeñaseñalsetieneRLp=RL//r=25,21ΩEldivisordevoltajeparalavariaciónpicoapicodevocuandolafuentepresentaunavariaciónpicoapicode2Ves:Δvo=2Vx25,21Ω/(1000Ω+25,21Ω)=49,18mVPorcentaje2,34%

ELSUPERDIODO:RECTIFICADORDEPRECISIÓNDEMEDIAONDA

SiVINespositivo,lasalidadeloperacionalespositivayeldiodoconduce,estableciendounlazoderealimentaciónnegativa,porloqueelvoltajeenlaentradapositivaesigualaldelaentradanegativayVOUT=VIN.SiVINesnegativo,lasalidadeloperacionalesnegativayeldiodonoconduce,dejandoaloperacionalenlazoabierto.Lasalidadeloperacionalvaasaturarenelvalornegativo.NohaycirculacióndelacorrienteIL,porloqueVOUT=0.

ELRECTIFICADORDEPRECISIÓNDEMEDIAONDACONREALIMENTACIÓN

Laconfiguracióndelamplificadoresinversora,porlotantocuandolaentradaseapositivalasalidaseránegativa.SeleccionamosR1=R2=R.

EnelciclopositivodeVinlacorrientecirculaporD2yentraenelopam.Lasalidadelopamesnegativa,D1noconduce,Vout=0.

EnelciclopositivodeVinD2noconduce,D1conduceycomoexistetierravirtualsecumple

Vout/R2=-Vin/R1ParaR1=R2Vout=-Vin

PRÁCTICA Nº 2

CARACTERISTICAS DE LOS DIODOS RECTIFICADORES CIRCUITOS RECTIFICADORES DE MEDIA ONDA

* Familiarizar al estudiante con el uso de los manuales de los fabricantes de diodos para entender y manejar sus especificaciones.

* Familiarizar al estudiante con la visualización de las curvas características de dichos dispositivos utilizando el osciloscopio en la modalidad X-Y.

* Realizar un análisis detallado del rectificador de media onda con y sin filtro capacitivo.

* Realizar un análisis del rectificador de precisión.

HOJADEDATOSDELDIODORECTIFICADOR1N400XValoresMáximosAbsolutos

CaracterísticasTérmicas

CaracterísticasEléctricas

CIRCUITOSPARALAPRÁCTICANº2

CARACTERÍSTICACORRIENTEVOLTAJEDELDIODO

RECTIFICADOR.CircuitoR=510ΩDiodo1N4004onúmerosuperiorGenerador: Onda sinusoidal otriangular de 1kHz. Puedeajustarseparamejorarlaimagen

PreguntassobreelcircuitoPor qué es importante que durante la realización de esta práctica el osciloscopio debe estar flotando. Cómo va a obtener la curva característica del diodo en la pantalla del osciloscopio. Indique si tiene que invertir alguno de los canales para observar la gráfica con la polaridad correcta. Qué mediciones va a realizar para determinar el voltaje de conducción, el voltaje de avalancha, la resistencia dinámica en la región inversa y la resistencia dinámica en la región directa, utilizando las facilidades del osciloscopio digital. Utilizando los valores indicados por su profesor, realice la simulación interactiva del circuito de la Figura 1 en MULTISIM, usando el osciloscopio Tektronix de la sección de instrumentos virtuales a fin de observar en la pantalla la curva característica del componente.

MedicionesSemidenelvoltajedeldiodocuandoempiezaaconducirylaresistenciadinámicard,paralocualsedeterminalapendientedelaformadeondaenpantalla,seleccionandounrangodevoltajeymidiendoenformaindirectaelcorrespondienterangodecorriente(medianteladeterminacióndelacorrientesobrelaresistenciaR)Se colocan las escalas del osciloscopiopara tener lamejor resoluciónposible.

RECTIFICADORDEMEDIAONDASINFILTROCAPACITIVOCircuitoVoltaje a la entrada del rectificador:15Vrmsprovenientesdelsecundariodel transformador o 15 VrmsdirectamentedelVariac.Lafrecuenciaes60Hz.Diodo1N4004onúmerosuperiorR=470Ω;2WATENCIÓN:PARAÉSTEYTODOSLOSDEMÁSEXPERIMENTOSCONVARIAC,SUBIRYBAJARELVOLTAJEDELVARIACLENTAMENTE

PreguntassobreelcircuitoDefinicióndevoltajederizadoyfactorderizado.

Explicación del funcionamiento. Formas de onda en la entrada del rectificador, el voltaje en el diodo, el voltaje en la resistencia de carga y la corriente en el diodo, indicando los tiempos de interés.

Cálculo del valor pico de la corriente por el diodo, la potencia promedio entregada a la carga, la potencia promedio consumida por el diodo y la potencia aparente total manejada por el transformador.

Simulaciones.

Mediciones

*Forma de onda del voltaje deentrada (secundario deltransformador o variac) y elvoltajeenlacarga.* Forma de onda del voltaje deentradajuntoconelvoltajeeneldiodo.*Formadeondadelvoltajeeneldiodojuntoconlacorrienteeneldiodo (observe que la corriente por el diodo es lamisma que circulaporlacarga).*Voltajepicoyvoltajermsenlaentrada.*Voltajepicoyvoltajermsenlacarga.*Voltajeycorrientepicoeneldiodo.*Tiempodeconduccióndeldiodo.

RECTIFICADORDEMEDIAONDACONFILTROCAPACITIVOVoltaje a la entrada delrectificador: 15 Vrmsprovenientes del secundario deltransformador o 15 VrmsdirectamentedelVariac.Lafrecuenciaes60Hz.Diodo1N4004onúmerosuperiorR=470Ω;2WC=470µFResistenciaparamedircorrienteeneldiodo:10Ω

PreguntassobreelcircuitoDefinicióndevoltajederizadoyfactorderizado.

Explicación del funcionamiento. Formas de onda en la entrada del rectificador, el voltaje en el diodo, el voltaje en la resistencia de carga y la corriente en el diodo, indicando los tiempos de interés.

Cálculo del valor pico de la corriente por el diodo, la potencia promedio entregada a la carga, la potencia promedio consumida por el diodo y la potencia aparente total manejada por el transformador.

Simulaciones.

Mediciones*Formadeondadelvoltajede entrada (secundario deltransformador o variac) yelvoltajeenlacarga.*Formadeondadelvoltajede entrada junto con lacorrienteeneldiodo.*Formadeondadelvoltajeen el diodo junto con lacorriente en el diodo(colocarunaresistenciadepocosohmiosenserieconeldiodo).*Voltajepicoyvoltajermsenlaentrada.*Voltajepicoyvoltajermsenlacarga.*Voltajeycorrientepicoeneldiodo.*Tiempodeconduccióndeldiodo.

RECTIFICADORDEMEDIAONDADEPRECISIÓN:SUPERDIODOSevanamontarsimultáneamenteenel protoboard el superdiodo y elrectificadordemediaondasinfiltroOperacional741Diodo1N4004onúmerosuperior(2)R1=R2=RL=1kΩ(senecesitancuatroresistenciasentotal)Voltajes Vi producidos por el generador de funciones según valoresindicados en la guía. Se van a aplicarsimultáneamente al superdiodo y alrectificadordemediaonda.

Mediciones*Formas de onda del voltaje de entrada y salida de ambos circuitosparalosdistintosvaloresindicadosenlaguía.* Voltaje pico en la salida, voltaje pico en el diodo y tiempo deconducción del diodo en el superdiodo para los distintos valoresindicadosenlaguía.