b 1 diodos
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Asignatura: ELECTRONICA INDUSTRIALTitulacin: Ingeniera Tcnica Industria
Curso 2006/2007
ndice2.1.- Introduccin2.2.- Curva V-I del diodo2.3.- Caractersticas elctricas del diodo2.4.- Recta de carga y punto de trabajo2.5.- Linealizacin de la curva del diodo2.6.- Circuitos con diodos
2.6.1.- Rectificadores2.6.2.- Limitadores2.6.3.- Otros circuitos
2.7.- Tipos de diodos2.7.1.- Diodo Zener2.7.2.- LED2.7.3.- Fotodiodo
2.8.- Aplicaciones2.8.1.- Fuentes de alimentacin2.8.2.- Barreras fotoelctricas
Bibliografa bsica: P. Malvino, Principios de Electrncica, McGraw-Hill.
Bibliografa complementara: Millman y A. Grabel, Microelectrnica. Ed. Hispano-Europea.J. Floyd, Electronic Devices, Prentice-Hall.
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2.1.- INTRODUCCIN
DiodoDiodo: Dispositivo electrnico que deja circular la corriente en un sentido,pero no en el otro (Dispositivo no lineal)
Diodo = Semicondu ctor + Otros Elementos(Dispositivo Electrnico )
Smbolo elctrico
Ejemplos:
2.2.1. -Caracterstica ideal del diodo
Idealmente, permite corriente directa(se comporta como cortocircuito) ybloquea o no permite la corrienteinversa (se comporta como un circuitoabierto)
2.2.- CURVA V-I DEL DIODO
Apl icando tensin inversa no hayconducc in de corr iente
Al aplicar tensin directa en la
unin es posib le la circu lacin de
co rri ent e elct ric a
Nota record atoria:Nota recordato ria:
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2.2.2.- Caracterstica real del diodo
2.2.- CURVA V-I DEL DIODO
=
1eII TKqV
SD
D
IS = Corriente Saturacin InversaK = Cte. Boltzman
VD = Tensin diodo
q = carga del electrn
T = temperatura (K)
ID = Corriente diodo
Tensin de codo
Tensin inversa mxima
Corriente de saturacin
Zona directa:Zona directa:
2.3.- CARACTERSTICAS ELCTRICAS DE UN DIODO
Tensin de codo: Diferencia de potencial mnima
necesaria para que el diodo acte como conductor
en lugar de circuito abierto (VF)
Corriente de saturacin: Es lapequea corrienteque se establece al polarizar inversamente el diodo
Corriente mxima: Mxima corriente que soporta
el diodo sin romperse por Efecto Joule (IOmax)
Tensin inversa mxima: Diferencia de potencial
a partir de la cual se produce la ruptura de la Unin
por avalancha (VR)
600 V/6000 A200 V /60 A 1000 V /1 A
Vd
Id
IR
VR
IOmax
VF
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2.3.- CARACTERSTICAS ELCTRICAS DE UN DIODO
Ejemplos:
VR = 1000V Tensin inversa mxima
IOMAX = 1A Corriente directa mxima
VF = 1V Cada de Tensin directa
IR = 50 nA Corriente inversa
VR = 100V Tensin inversa mxima
IOMAX= 150mA Corriente directa mxima
VF = 1V Cada de Tensin directa
IR = 25 nA Corriente inversa
Vd
Id
IR
VR
IOmax
(Parmetro s facilitad os por fabri cantes )
VF
2.3.- CARACTERSTICAS ELCTRICAS DE UN DIODO
Hoja decaractersticas
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2.4.- RECTA DE CARGA Y PUNTO DE TRABAJO
+
-
ID
VDVTH
RTH
Curva VI del diodo(Dato fabric ante)
Recta de cargaVTH
RTH
+
-
ID
VD
VTH
VTH/RTH
VD
VD
ID
ID
+
-
ID
VD
Objetivo: Calcular la tensin y corriente del diodo para un determinado circuitomediante un mtodo grfico, sin usar la ecuacin del diodo
IDQ
VDQ VTH
VTH/RTH
Punto de
Trabajo
DDTHTH VIRV +=TH
DTHD
R
VVI
=
+
-
V
I I
V
FuenteTensin
I
+
-
V
V
FuenteCorriente
I
+
-
V
I I
V
Corto(R = 0)
+
-
V
I I
V
Abierto(R = )
+
-
I I
VResistencia(R)
V
+
-
I I
V
Fuente yResistencia
2.5.- LINEALIZACIN DE LA CURVA DE UN DIODO
NOTA: Curvas V-I de diferentes componentes elctricos
Objetivo: Calcular la tensin y corriente del diodo para un determinado circuito
mediante un mtodo simple, sin usar la ecuacin ni grficas del diodo
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2.5.- LINEALIZACIN DE LA CURVA DE UN DIODO
Interruptor ideal
+
Tensin de codo
+Resistencia directa
1 Aproximacin 2 Aproximacin 3 Aproximacin
Interruptor ideal+
Tensin de codo
Interruptor ideal
2.6.- CIRCUITOS CON DIODOS
2.6.1.- RECTIFICADOR DE MEDIA ONDADE MEDIA ONDA
VENTRADA VSALIDA
VE
VS
VSALIDACon Diodo Ideal Con Diodo Real
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2.6.- CIRCUITOS CON DIODOSVG
VL
Vmax
VD ON ONOFF
1
I
1 Diodo en pol. directa (ON): Cortocircuito
2 Diodo en pol. inversa (OFF): Cto.Abierto
VGVD =VL = 0I = 0
2 1
VGVL =VD = 0 I = VL/ R
(Diodo ideal)(Diodo ideal)
+
VGR
I
VL
VD
VGVL VD=
EntradaEntrada SalidaSalida
2.6.1.- RECTIFICADOR DE MEDIA ONDADE MEDIA ONDA
2.6.- CIRCUITOS CON DIODOSVG
VL
Vmax
VD
I
1 Diodo en pol. directa (ON):
2 Diodo en pol. inversa (OFF):
VGVD =VL = 0I = 0
VGVL = - 0,7VD = 0,7
0,7
0,7
- Vmax
- Vmax
Vmax- 0,7
I = VL/ R
+
VGR
I
VL
VD
VGVL VD=
EntradaEntrada SalidaSalida
(Diodo No ideal)(Diodo No ideal)
2.6.1.- RECTIFICADOR DE MEDIA ONDADE MEDIA ONDA
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2.6.- CIRCUITOS CON DIODOS
VENTRADAVSALIDA
VE
VS
VSALIDA Con Diodo Ideal
Con Diodo Real
2.6.1.- RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETADE ONDA COMPLETA
2.6.- CIRCUITOS CON DIODOS
RECTIFICADOR ONDA COMPLETAVG
VL
VD2,D4 ON
1 2 1
OFFVD1,D3
D1 D2
D4D3
+
VGR
I
VL
+
D2
+
VGR
I
VL
+
D4
1
Diodo D2 y D4 en pol. directa (ON): CortocircuitoDiodo D1 y D3 en pol. inversa (OFF): Cto.Abierto
- VGVD1,3 =
VGVL =VD2,4= 0
I = VL/ R
-
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2.6.- CIRCUITOS CON DIODOS
RECTIFICADOR ONDA COMPLETA VG
VL
VD2,D4 ON ONOFF
1 2 1
OFF ON OFFVD1,D3
D1 D2
D4D3
+
VGR
I
VL
+
D1
+
VGR
I
VL
+
D3
2
Diodo D1 y D3 en pol. directa (ON): Cortocircuito
Diodo D2 y D4 en pol. inversa (OFF): Cto.Abierto
VGVD2,4 =
-VGVL =VD1,3= 0
I = VL/ R
( ) =T
0
2
Oef dttv
T
1V
Tensin media en la
Carga (o Salida):( ) =
T
0
O dttvT
1V
Tensin eficaz en la
Carga (o Salida):
2.6.- CIRCUITOS CON DIODOS
PARAMETROS DE LOS RECTIFICADOR
Media Onda Onda Completa
Potencia d.c. en la carga:
Potencia a.c. en la carga:
Rendimiento:
L
dcR
VP
2
=
L
ef
acR
VP
2
=
ac
dc
P
P=
picoV
picoV2
2
picoV
=
2
2
efV
V
L
pico
R
V2
2
L
pico
R
V2
2
2
%4042
2
picoV
L
pico
R
V2
24
L
pico
R
V
2
2
%8082
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2.6.- CIRCUITOS CON DIODOS
2.6.2.- LIMITADORES
Segn forma de obtener la salida:
Limi tador Serie(Vo en serie con diodo)
Limi tador Paralelo(Vo en paralelo con diodo)
Segn donde se realice la limitacin:
Limi tador posi t ivo(Elimina el semiciclo positivo completo)
Limi tador negat ivo(Elimina el semiciclo negativo completo) Limi tador polar izado posi t ivo(Elimina parte del semiciclo positivo)
Limi tador p olar izado negat ivo(Elimina parte del semiciclo negativo) Limi tador polar izado do ble(Elimina parte de los dos semiciclos)
LimitadorLimitador
SerieSerieNegativoNegativo
LimitadorLimitador
ParaleloParalelo
PositivoPositivo
Limitador Polarizado DobleLimitador Polarizado Doble
Ejemplos:Ejemplos:
2.6.- CIRCUITOS CON DIODOS
2.6.3.-OTROS CIRCUITOS: CAMBIADORES DE NIVEL
Son circuitos que no modifican la forma de onda de
la seal, sino que le aaden una componente de
continua (OFFSET)
Se basan en el uso de diodos y condensadores
2.6.3.-OTROS CIRCUITOS: MULTIPLICADORES DE TENSION
Son circuitos que producen una tensitensin continuan continua igual a un mltiplo de valor de pico de la
tensin de entrada (2Vp 3Vp 4Vp etc.)
Se usan para fuentes de alimentacin de alta tensin y pequea corriente
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2.7.- DIODOS ESPECIALES
2.7.1.- DIODO ZENER
Diseados para trabajar en
Zona de ruptura.
Parte esencial de los reguladores
de carga
Segn el dopaje presentan
tensiones zener desde 0,4 V
hasta 200 V
SSmbolombolo CurvaCurva VV--II CircuitoCircuito
equivalenteequivalente
Ejemplo: Circuito regulador de carga basado en Zener
2.7.- DIODOS ESPECIALES
2.7.2.- DIODO LED Diodo emisor de Luz = Light Emitter Diode
Con la unin PN polarizada directamente y circulando por el una
corriente, emite fotones (luz) de una cierta longitud de onda.
El funcionamiento fsico consiste en que, un electrn pasa de la
banda de conduccin a la de valencia, perdiendo energa. Esta
energa se manifiesta en forma de un fotn emitido.
El voltaje de operacin del Diodo LED va desde 1,5 hasta 2,2
voltios aproximadamente, y la gama de intensidades que debe
circular por l va desde 10 hasta 40 mA aprox.
El color depende del material semiconductor empleado en la
construccin del diodo, pudiendo variar desde el ultravioleta,
pasando por el espectro de luz visible, hasta el infrarrojo,
recibiendo stos ltimos la denominacin de IRED (Infra-Red
Emitting Diode).
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2.7.- DIODOS ESPECIALES
2.7.3.- FOTODIODOS
Presentan una corriente de fugas proporcional a la luz incidente
(siendo sensibles a una determinada longitud de onda)
Aplicaciones principales: Sensores de luz (fotmetros) y comunicaciones
Estos fotodiodos se usan en el tercer cuadrante, como fuente de corriente
I = f(luz)IRD
IRL
Polarizado en directaPolarizado en directa, igual que un diodo normalPolarizaciPolarizacin inversa y en oscuridadn inversa y en oscuridad: igual que un diodo normal, presenta una
corriente inversa Ir de pequeo valor (IRD).PolarizaciPolarizacin inversa y en iluminacin inversa y en iluminacinn: Al ponerlo a radiaciones luminosas, la
energa aportada por stas provoca la ruptura de enlaces covalentes y libera
portadores, permitiendo la circulacin de corriente generada por la fuente de
polarizacin exterior (IRL).
2.8.1. - APLICACIONES: FUENTES DE ALIMENTACIN LINEALES
Fuente de alimentaciFuente de alimentacin:n: Transforma la energa de una fuente alterna (Red elctrica)
a a los valores de energa continua que demanda el equipo (Carga)
Red
Elctrica
Fuente de
AlimentacinCarga
Margen Europeo:
230V 20%, 50Hz3Hz
185VRMS275VRMS
Margen Americano:
110V20%, 60Hz3Hz
85VRMS135VRMS
Margen Universal:Margen Universal:
85VRMS275VRMS47Hz63Hz
Continua
hasta 48 V
hasta 10 W
Aplicaciones no
muy exigentes
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2.8.1.- FUENTES DE ALIMENTACIN LINEALES
Red
ElctricaRectificador Filtro Regulador CargaTransformador
Diagrama de bloques
N1:N2
V1 V2
i1 i2
Tensin MENOR
(transformador reductor)TransformadorRed
Elctrica
Transformador
2.8.1.- FUENTES DE ALIMENTACIN LINEALES
1
1
22 V
N
NV =
V1 V2
-
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Transformador
n1:n2
D iR
VS
iR
n1:n2
VSVE
VE
VS
VS
Rectificador Carga
2.8.1.- FUENTES DE ALIMENTACIN LINEALES
Rectificador
2.8.1.- FUENTES DE ALIMENTACIN LINEALES
Filtro
Una vez obtenida la tensin
transformada y rectificada el
objetivo es obtener de la misma
un valor de continua
Su valor
medio
V
2VV =
Ejemplo de Filtro Capacitivo:
-
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Regulador
Tras el filtro, VE depende de: Carga, Tensin de entrada, Frecuencia, Temperatura, etc.
iR
VSR
VEREGULADOR
VSVE
Regulador mediante zener
iR
VSR
VE
RS
VZVlido para poco consumo de
corriente.
VS
depende algo de la corriente
que pasa por el zener.
Si VE es muy grande iZ muy
grande.
2.8.1.- FUENTES DE ALIMENTACIN LINEALES
2.8.1.- FUENTES DE ALIMENTACIN LINEALES
Reguladores comerciales: LM78XX
-
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2.8.1.- FUENTES DE ALIMENTACIN LINEALES
Tensin U1------- --
24V LM7824C
18V LM7818C
15V LM7815C
12V LM7812C
8V LM7808C
6V LM7806C
5V LM7805C
Componentes:Componentes:
S1: conmutador
T1: Transformador 24 V 5 AmpBR1: Puente rectificador 10 Amp 50 PIV
C1: Condensador electroltico de 1000uF 25V
C2: Condensador electroltico de 10uF 25V
C3: Condensador electroltico de 1uF 15V
C4: Condensador electroltico de 0.1uF 15V
T1: Transformador de 30V mx.
U1: Depende de la tensin de salida que queramos obtener
Ejemplo prctico:
El emisor y el receptor est situados en el mismo
equipo, as la luz al chocar sobre un objeto cualquiera,
rebota y es captado de nuevo por el sensor
Barreras fotoelBarreras fotoelctricas por reflexictricas por reflexinnBarreras fotoelBarreras fotoelctricas directasctricas directas
Contador por barrera directa
Son sistemas destinados a detectar el paso de un objeto por una zona determinada.
Constan de un emisorde luz infrarroja (Diodo IRED) y un receptor(Fotodiodo) que recibe la luz
o detecta la ausencia de la misma.
2.8.2.- APLICACIONES: BARRERAS FOTOELECTRICAS
Contador co n barrera por reflexin
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Asignatura: ELECTRONICA INDUSTRIALTitulacin: Ingeniera Tcnica Industrial
Curso 2006/2007
Ejercicio:
Calcular el punto de trabajo del diodo
+
-
ID
VD
2 V
100 DDTHTH VIRV +=TH
DTHD
R
VVI
=
100
2 DD
VI
=
=
=
1e102I
1eII
0,025
V
15
D
TK
qV
SD
D
D
100
21eI TK
qV
S
D
DV=
15-0,025
V
15- 210100
2
100e210
D
=+ DV
2e210 0,025V
13-D
+ DV
-
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Ejemplo:
Calcular el punto de trabajo del diodo
+
-
ID
VD
2 V
100DDTHTH VIRV +=
TH
DTHD
R
VVI
=
100
2 DD
VI
=
===
===
VVVISi
mAAIVSi
THDD
DD
20
20100
20
Solucin:
1.- Clculo de la recta de carga
2.- Dibujar sobre la curva del diodo
Punto de trabajo Q = ( 0,75V; 12,5mA)Curva del diodo (Datos del fabricante)
Ejemplo:
Calcular el punto de trabajo del diodo
+
-
ID
VD
2 V
100DDTHTH VIRV +=
TH
DTHD
R
VVI
=
100
2 DD
VI
=
Solucin:
1.- Clculo de la recta de carga
2.- Suponemos 2 aproximacin (Vd=0,7)
Punto de trabajo Q = ( 0,7 V; 13 mA )
mAID 3,1100
7,02=
=