Códigos colores resistencias

Códigos colores resistencias

Código de colores

Colores 1 Cifra 2 Cifra Multiplicador Tolerancia

Negro 0 0

Marrón 1 1 x 10 +/- 1%

Rojo 2 2 x 102 +/- 2%

Naranja 3 3 x 103

Amarillo 4 4 x 104

Verde 5 5 x 105 +/- 0.5%

Azul 6 6 x 106

Violeta 7 7 x 107

Gris 8 8 x 108

Blanco 9 9 x 109

Oro x 10-1 +/- 5%

Plata x 10-2 +/- 10%

Celeste +/- 20%

Ejemplo: Si los colores son: ( Marrón - Negro - Rojo - Oro ) su valor en ohmios es

10x 100 = 1000 1 kOTolerancia de 5 %

5 bandas de coloresTambién hay resistencias con 5 bandas de colores, la única diferencia respecto a

la tabla anterior, es qué la tercera banda es la 3* Cifra, el resto sigue igual.

Resistencias SMD

En las resistencias SMD ó de montaje en superficie su codificación mas usual es:

1* Cifra = 1: número2* Cifra = 2: número3* Cifra = Multiplicador

En este ejemplo la resistencia tiene un valor de:1200 ohmios = 1K2

1* Cifra = 1: númeroLa " R " indica coma decimal3* Cifra = 2: número

En este ejemplo la resistencia tiene un valor de:1,6 ohmios

La " R " indica " 0 "2* Cifra = 2: número3* Cifra = 3: número

En este ejemplo la resistencia tiene unvalor de: 0.22 ohmios

Series IEC E6 - E12 - E24 - E48

Series de resistencias normalizadas y comercializadas mas habituales para potencias pequeñasHay otras series como las E96, E192 para usos mas especiales.

E6 1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8

E12 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.7 3.3 3.9 4.7 5.6 6.8 8.2

E24 1.0 1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.3 4.7 5.1 5.6 6.2 6.8 7.5 8.2 9.1

E48

1.0 1.05 1.10 1.15 1.21 1.27 1.33 1.40 1.47 1.54 1.62 1.69

1.78 1.87 1.96 2.05 2.15 2.26 2.37 2.49 2.61 2.74 2.87 3.01

3.16 3.32 3.48 3.65 3.83 4.02 4.22 4.42 4.64 4.87 5.11 5.36

5.62 5.90 6.19 6.49 6.81 7.15 7.50 7.87 8.25 8.66 9.09 9.53

Tolerancias de las series :E6 20% E12 10% E24 5% E48 2%

Valores de las resistencias en , K , M IEC = Comisión eléctrica Internacional

Valores típicos de las características técnicas para distintos tipos de resistencias lineales fijas

Clase Tipo Principio de fabricaciónGama de

potencias (W)Gama de valores

Gama de tolerancias +/-

%Ruido

V máx.

Coef. de Temp. %ºC

Temp. máxima superf.

Carbón carbón aglomerado o de composición

masas de carbón en polvo y aislante prensada

¼W½W1W2W

10-10M3,3-22M10-22M

220-22M

5%,10%20%

-< 20

--

150V250V500V500V

-0,4%-2%

--

150ºC-

Carbón capa de carbóncapa de carbón cris-

talizado

sin ajuste ½W1W

3,3-22M10-10M

5%-10%-

< 2-

300V450V

-0,2%-0,5%

150ºC-

con ajuste espilado

1/8W¼W½W1W2W

10-330K1-1M

1-22M3,3-22M10-22M

normal2%-5%-10%envejecidas0,5%-1%-2%

-

-< 2

---

150V250V500V750V750V

--0,2%-0,5%

--

-150ºC

---

Metálicas capa capa de níquel y cromo aleados¼W½W1W

1-1M0,47-1,5M

1-4,7M

0,1%, 0,5%1%, 2%

-< 0,3

200V300V500V

-0,1%+0,1%

-175ºC

Metálicas metal precioso capa de oro y platino aleados¼W½W1W

0,33-220K 0,5%, 1% < 0,1 -+0,25%+0,35%

-300ºC

Metálicas oxido metálico capa de oxido de estaño - 10-1M-

1%, 2%, 5%-

0,5-2-

--

-0,4%+0,4%

250ºC-

Bobinadas bobinadas

bobina de hilo resistivo sobre tubo cerámico o fibra de vidrio

de rabillos1W-30Wde bridas5W-3KW

-0,1-22K0,1-1M

-

--

2%, 5%, 10%-

--

< 0,1-

--

E+1< W-

--0,1%+0,1%

-

--

400ºC-

Tabla de colores de referencia para condensadores variables

Trimers

Código Descripción

TR AZUL Z050

TR AZUL Z070

TR AZUL Z100

TR BLANCO

TR MARRÓN

TR NARANJA

TR NEGRO

TR ROJO

TR ROSA

TR VERDE

TR AMARILLO

(1.5 A 5 PF) NPO

( 2 A 7 PF) NPO

(2.7 A 10 PF) NPO

(2.1 A 10 PF) N200

(9.8 A 60 PF) N1200

( 6 A 50 PF) NPO

(10 A 120 PF) N750

(4.2 A 20 PF) N750

(4.2 A 20 PF) N450

(5.2 A 30 PF) N750

(6.8 A 45 PF) N1200

Como leer los condensadores

COMO LEER LOS CONDENSADORES CERáMICOS

Los condensadores cerámicos de 10 picofaradios a 82 picofaradios vienen representados con dos cifras, por tanto no tienen problema para diferenciar su capacidad.

Para los valores comprendidos entre 1 y 82, los fabricantes suelen utilizar el punto, es decir, suelen escribir 1.2 - 1.5 - 1.8 o bien situar entre los dos números la letra "p" de picofaradios, es decir, 1p2 - 1p5 - 1p8 que se interpreta como 1 picofaradio y 2 decimas, 1 picofaradio y 5 decimas, etc...

Las dificultades comienzan a partir de los 100 picofaradios, ya que los fabricantes utilizas dispares identificaciones.

El primer sistema es el japonés:

Las dos primeras cifras indican los dos primeros números de capacidad. El tercer número, al igual que las resistencias, indican el número de ceros que hay que agregar a los dos primeros.

Por ejemplo:

100 - 120 - 150 pifofaradios se muestran como 101 - 121 - 151.

1000 - 1200 - 1500 picofaradios se muestran como 102 - 122 - 152, etc...

Otro sistema es utilizar los nanofaradios:

En el caso se 1000 - 1200 - 1800 - 2200 pf se marcan 0´001 - 0´0015 - 0´0018 - 0´0022. Como no siempre hay sitio en las carcasas de los condensadores para tanto número, se elimina el primer cero y se deja el punto, .001 - .0015 - .0018 - .0022.

LOS CONDENSADORES POLIÉSTER

Además de ir identificado como un sistema que ya hemos visto, pueden marcarse con otro sistema que utiliza la letra griega "µ". Así pues, un condensador de 100.000 picofaradios, lo podemos encontrar marcado indistintamente como 10nf - .01 - µ10.

En la practica la letra µ sustituye al "0", por tanto µ01 equivale a 0.01 microfaradios. Entonces, si encontramos condensadores marcados con µ1 - µ47 -µ82, tendremos que leerlo como 0.1µ - 0.47µ -0.82 microfaradios.

También en los condensadores de poliéster, al valor de la capacidad, le siguen otras siglas o números que pudieran despistar. Por ejemplo 1k, se puede interpretar como 1 kilo, es decir, 1000pf, ya que la letra "K" se considera el equivalente a 1000, mientras que su capacidad es en realidad 1 microfaradio.

La sigla .1M50 se puede interpretar erróneamente como 1.5 microfaradios porque la letra "M" se considera equivalente a microfaradios, o bien en presencia del punto, 150.000 picofaradios, mientras que en realidad su capacidad es de 100.000 picofaradios.

Las letras M, K o J presentes tras el valor de la capacidad, indican la tolerancia:

M = tolerancia del 20%

K = tolerancia del 10%

J = tolerancia del 5 %

Tras estas letras, aparecen las cifras que indican la tensión de trabajo.

Por ejemplo:

.15M50 significa que el condensador tiene una capacidad de 150.000 picofaradios, que su tolerancia es M = 20% y su tensión máxima de trabajo son 50 voltios.

El triac

Al igual que el tiristor tiene dos estados de funcionamiento: bloqueo y conducción. Conduce la corriente entre sus terminales principales en un sentido o en el inverso, por ello, al igual que el diac, es un dispositivo bidireccional.Conduce entre los dos ánodos (A1 y A2) cuando se aplica una señal a la puerta (G).Se puede considerar como dos tiristores en antiparalelo. Al igual que el tiristor, el paso de bloqueo al de conducción se realiza por la aplicación de un impulso de corriente en la puerta, y el paso del estado de

conducción al de bloqueo por la disminución de la corriente por debajo de la intensidad de mantenimiento (IH).

Está formado por 6 capas de material semiconductor como indica la figura.

Símbolo del triac Tiristores en antiparalelo Estructura interna de un triac

La aplicación de los triacs, a diferencia de los tiristores, se encuentra básicamente en corriente alterna. Su curva característica refleja un funcionamiento muy parecido al del tiristor apareciendo en el primer y tercer cuadrante del sistema de ejes.

Esto es debido a su bidireccionalidad. La principal utilidad de los triacs es como regulador de potencia entregada a una carga, en corriente alterna.

El encapsulado del triac es idéntico al de los tiristores.

Opto acopladores

También se denominan opto aisladores o dispositivos de acoplamiento óptico. Basan su funcionamiento en el empleo de un haz de radiación luminosa para pasar señales de un circuito a otro sin conexión eléctrica.Fundamentalmente este dispositivo está formado por una fuente emisora de luz, y un foto sensor de silicio, que se adapta a la sensibilidad espectral del emisor luminoso.

TIPOS

Existen varios tipos de opto acopladores cuya diferencia entre sí depende de los dispositivos de salida que se inserten en el componente. Según esto tenemos los siguientes tipos:

Fototransistor: o lineal, conmuta una variación de corriente de entrada en una variación de tensión de salida. Se utiliza en acoplamientos de líneas telefónicas, periféricos, audio ...

Optotiristor: Diseñado para aplicaciones donde sea preciso un aislamiento entre una señal lógica y la red.

Optotriac: Al igual que el Optotiristor, se utiliza para aislar una circuitería de baja tensión a la red

En general pueden sustituir a relés ya que tienen una velocidad de conmutación mayor, así como, la ausencia de rebotes.

Símbolo del opto transistor Símbolo de un opto transistor en configuración Darlington Símbolo de un opto transistor de encapsulado ranurado

Símbolo del Optotiristor Símbolo Optotriac

TRANSISTOR FET

TRANSISTOR FET (Introducción).

Los transistores más conocidos son los llamados bipolares (NPN y PNP), llamados así porque la conducción tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran número de aplicaciones pero tienen ciertos inconvenientes, entre los que se encuentra su impedancia de entrada bastante baja.

Existen unos dispositivos que eliminan este inconveniente en particular y que pertenece a la familia de dispositivos en los que existe un solo tipo de portador de cargas, y por tanto, son unipolares. Se llama transistor de efecto campo.

2) Explicación de la combinación de portadores.

Puesto que hay una tensión positiva entre el drenador y el surtidor, los electrones fluirán desde el surtidor al drenador (o viceversa según la configuración del mismo), aunque hay que notar que también fluye una corriente despreciable entre el surtidor (o drenador) y la puerta, ya que el diodo formado por la unión canal – puerta, esta polarizado inversamente.

En el caso de un diodo polarizado en sentido inverso, donde inicialmente los huecos fluyen hacia la terminal negativa de la batería y los electrones del material N, fluyen hacia el terminal positivo de la misma.

Lo anteriormente dicho se puede aplicar al transistor FET, en donde, cuando se aumenta VDS aumenta una región con empobrecimiento de cargas libres

Cuando seleccionamos un transistor tendremos que conocer el tipo de encapsulado, así como el esquema de identificación de los terminales. También tendremos que conocer una serie de valores máximos de tensiones, corrientes y potencias que no debemos sobrepasar para no destruir el dispositivo. El parámetro de la potencia disipada por el transistor es especialmente crítico con la temperatura, de modo que esta potencia decrece a medida que aumenta el valor de la temperatura, siendo a veces necesaria la instalación de un radiador o aleta refrigeradora. Todos estos valores críticos los proporcionan los fabricantes en las hojas de características de los distintos dispositivos.

3) Explicación de sus elementos o terminales.

Un transistor de efecto campo (FET) típico está formado por una barrita de material p ó n, llamada canal, rodeada en parte de su longitud por un collar del otro tipo de material que forma con el canal una unión p-n.En los extremos del canal se hacen sendas conexiones óhmicas llamadas respectivamente sumidero (d-drain) y fuente (s-source), más una conexión llamada puerta (g-gate) en el collar.

La figura muestra el croquis de un FET con canal N

Símbolos gráficos para un FET de canal N

Símbolos gráficos para un FET de canal P

Fundamento de transistores de efecto de campo:

Los transistores son tres zonas semiconductoras juntas dopadas alternativamente con purezas donadoras o aceptadoras de electrones. Su estructura y representación se muestran en la tabla.

Modelo de transistor FET canal n

Modelo de transistor FET canal p

Las uniones Puerta-Drenador y la Surtidor-Puerta están polarizadas en inversa de tal forma que no existe otra corriente que la inversa de saturación de la unión PN.La zona n (en el FET canal n) es pequeña y la amplitud de la zona de deplexión afecta a la longitud efectiva del canal. La longitud de la zona de deplexión y depende de la tensión inversa (tensión de puerta).

Zonas de funcionamiento del transistor de efecto de campo (FET):

ZONA ÓHMICA o LINEAL: En esta zona el transistor se comporta como una resistencia variable dependiente del valor de VGS. Un parámetro que aporta el fabricante es la resistencia que presenta el dispositivo para VDS=0 (rds on), y distintos valores de VGS.

ZONA DE SATURACIÓN: En esta zona es donde el transistor amplifica y se comporta como una fuente de corriente gobernada por VGS

3. ZONA DE CORTE: La intensidad de drenador es nula (ID=0).

A diferencia del transistor BJT, los terminales drenador y surtidor del FET pueden intercambiar sus papeles sin que se altere apreciablemente la característica V-I (se trata de un dispositivo simétrico).

La operación de un FET de CANAL P es complementaria a la de un FET de CANAL N, lo que sigmifica que todos los voltajes y corrientes son de sentido contrario.

Entre las principales aplicaciones de este dispositivo podemos destacar:

APLICACIÓN PRINCIPAL VENTAJA USOS

Aislador o separador (buffer) Impedancia de entrada alta y de salida baja

Uso general, equipo de medida, receptores

Amplificador de RF Bajo ruido Sintonizadores de FM, equipo para comunicaciones

Mezclador Baja distorsión de intermodulación Receptores de FM y TV,equipos para comunicaciones

Amplificador con CAG Facilidad para controlar ganancia Receptores, generadores de señales

Amplificador cascodo Baja capacidad de entrada Instrumentos de medición, equipos de prueba

Troceador Ausencia de deriva Amplificadores de cc, sistemas de control de dirección

Resistor variable por voltaje Se controla por voltaje Amplificadores operacionales, órganos electrónicos, controlas de tono

Amplificador de baja frecuencia

Capacidad pequeña de acoplamiento

Audífonos para sordera, transductores inductivos

Oscilador Mínima variación de frecuencia Generadores de frecuencia patrón, receptores

Circuito MOS digital Pequeño tamaño Integración en gran escala, computadores, memorias

Siempre nos va a interesar estar en la región de saturación, para que la única variable que me controle la cantidad de corriente que pase por el drenador sea la tensión de puerta.

Ecuación de Shockley:

ID=IDSS(1-VGS/Vp)2

Donde:

Vp es la tensión de puerta que produce el corte en el transistor FET. IDSS es la corriente máxima de drenador que circula por el transistor, al

aumentar VDS, cuando la polarización de la puerta es VSG= 0 vol

PARAMETROS DEL FET

La corriente de sumidero Id es función tanto de la tensión de sumidero Vds como de la puerta Vgs. Como la unión está polarizada inversamente, suponemos que la corriente de puerta es nula, con lo que podemos escribir: Ig = 0 e Id = ƒ(Vds, Vgs)

En la zona de estricción (saturación) en que las características son casi rectas (en el gráfico, son horizontales, pero en realidad tienen una pendiente positiva) podemos escribir la respuesta del transistor para pequeños incrementos de Vds y Vgs en esta forma

El parámetro rd se llama resistencia diferencial del sumidero del FET, y es la inversa de la pendiente de la curva. Que como en el gráfico, dicha pendiente es cero (en la realidad, como he dicho antes existe algo de pendiente), entonces la rd es infinita (muy grande). El parámetro gm se le denomina conductancia mutua o transconductancia, y es igual a la separación vertical entre las características que corresponden a diferencias de valor de Vgs de 1 voltio.

4) TÉCNICAS DE MANUFACTURA.

Es un dispositivo de tres terminales y dos junturas, creado en un material semiconductor sólido cristalino (generalmente germanio, silicio, ó arseniuro de galio) con diferentes contaminaciones, que permite regular la circulación de una corriente eléctrica mediante una corriente de control, mucho menor.

El primer transistor se creó en los laboratorios Bell (Estados Unidos de N.A.) en 1947, partiendo de una oblea de germanio, gracias a los trabajos de William Shockley, John Bardeen, y Walter Brattain, por lo cual recibieron el premio Nobel.

En el año 1954, la firma Texas Instruments de Estados Unidos, fabricó el primer transistor de silicio, lo cual bajó los costos y permitió, gracias a nuevas técnicas de fabricación, su comercialización a gran escala.

Han reemplazado en la mayoría de las aplicaciones a los tubos ó válvulas electrónicas, en los circuitos de radio, audio, etc. permitiendo la fabricación de equipos portátiles e inmunes a vibraciones y de bajo consumo de energía (en los primeros tiempos se llamaba a los equipos transistorizados de "estado sólido" o "frios").

Como se indicó con anterioridad, el JFET es un dispositivo de tres terminales, siendo una de ellas capaz de controlar el flujo de corriente entre las otras dos. En nuestra explicación sobre el transistor BJT se utilizó el transistor npn a lo largo de la mayor parte de las secciones de análisis y diseño, con una sección dedicada a los efectos resultantes de emplear un transistor pnp. Para el transistor JFET el dispositivo de canal-n aparecerá como el dispositivo predominante, con párrafos y secciones dedicadas a los efectos resultantes del uso de un JFET de canal-p.

La construcción básica del JFET de canal-n se muestra en la figura siguiente Observe que la mayor parte de la estructura es el material tipo n que forma el canal entre las capas difundidas en material tipo p. El extremo superior del canal tipo n se conecta mediante contacto óhmico a la terminal denominada como drenaje (drain) (D), mientras que el extremo inferior del mismo material se conecta por medio de contacto óhmico a la terminal llamada la fuente (source) (S). Los dos materiales tipo p se encuentran conectados juntos y al mismo tiempo hacia la terminal de compuerta (gate) (Q). Por tanto, esencialmente el drenaje y la fuente se conectan en esencia a los extremos del canal tipo n y la compuerta, a las dos capas del material tipo p. En ausencia de cualquiera de los potenciales aplicados, el JFET tiene dos uniones p-n bajo condiciones sin polarización. El resultado es una región de agotamiento en cada unión, como se ilustra en la figura siguiente, que se parece a la misma región de un diodo bajo condiciones sin polarización. Recuérdese también que una región de agotamiento es aquella región carente de portadores libres y por lo tanto incapaz de permitir la conducción a través de la región.

Transistor de unión de efecto de campo (JFET).

Muy pocas veces las analogías son perfectas y en ocasiones pueden ser engañosas, pero la analogía hidráulica de la figura siguiente proporciona un sentido al control del JFET en la terminal de compuerta y a la conveniencia de la terminología aplicada a las terminales del dispositivo. La fuente de la presión del agua puede semejarse al voltaje aplicado del drenaje a la fuente, el cual establecerá un flujo de agua (electrones) desde el grifo o llave (fuente). La "compuerta", por medio de una señal aplicada (potencial), controla el flujo del agua (carga) hacia el "drenaje". Las terminales del drenaje y la fuente están en los extremos opuestos del canal-n, como se ilustra en la figura anterior, debido a que la terminología se define para el flujo de electrones.

Analogía hidráulica para el mecanismo de control del JFET.

VGS = 0 V, Vds cualquier valor positivo

En la figura siguiente se ha aplicado un voltaje positivo VDS y a través del canal y la compuerta se ha conectado en forma directa a la fuente para establecer la condición VGS = 0 V. El resultado es que las terminales de compuerta y fuente se hallan al mismo potencial y hay una región de agotamiento en el extremo inferior de cada material p, semejante a la distribución de las condiciones sin polarización de la figura del transistor FET. En el instante que el voltaje vDD ( = VDS) se aplica, los electrones serán atraídos hacia la terminal de drenaje, estableciendo la corriente convencional ID con la dirección definida de la figura siguiente la trayectoria del flujo de carga revela con claridad que las comentes de fuente y drenaje son equivalentes (ID = Is). Bajo las condiciones que aparecen en la figura siguiente, el flujo de carga es relativamente permitido y limitado únicamente por la resistencia del canal-n entre el drenaje y la fuente.

JFET en la región VGS = 0 V y VDS > 0 V.

Es importante observar que la región de agotamiento es más ancha cerca del extremo superior de ambos materiales tipo p. La razón para el cambio en la anchura de la región se puede describir mejor con la ayuda de la figura siguiente. Suponiendo una resistencia uniforme en el canal-n, la resistencia del canal puede dividirse en las partes que aparecen en la figura siguiente. La corriente ID establecerá los niveles de voltaje a través del canal, como se indica en la misma figura. El resultado es que la región superior del material tipo p estará inversamente polarizada alrededor de los 1.5 V, con la región inferior inversamente polarizada sólo en los 0.5 V. Recuérdese, la explicación de la operación del diodo, que cuanto mayor sea la polarización inversa aplicada, mayor será la anchura de la región de agotamiento, de aquí la distribución de la región de agotamiento que se muestra en la figura siguiente. El hecho de que la unión p-n esté inversamente polarizada en la longitud del canal da por resultado una corriente de compuerta de cero amperes, como se ilustra en la misma figura. El hecho que iG = O A es una importante característica del JFET.

Variación de los potenciales de polarización inversa a través de la unión p-n de un JFET de canal n.

5) Explicación de su encapsulado e identificación de sus terminales.

La fabricación de varios de estos dispositivos conectados en diversas configuraciones en una misma oblea de silicio, permitió crear los circuitos integrados o chips, base de todos los aparatos electrónicos modernos. Conectados de manera apropiada, permite amplificar señales muy débiles, convertir energía, encender o apagar sistemas de elevada potencia, crear osciladores desde frecuencias bajas hasta frecuencias de radio, etc.

Según sea el orden de los materiales que forman las junturas, existen los transistores tipo NPN ó PNP, los cuales, en disposiciones circuitales apropiadas permiten crear una enorme cantidad de circuitos para diversos fines, ya que se complementan pues funcionan con sentidos opuestos de circulación de corriente. En la actualidad, existen una gran variedad de transistores, de efecto de campo o FET (el electrodo de control actúa por medio de campo eléctrico), los tipo unijuntura, los MOS o de óxido metálico

(variante de los FET), y otras variaciones como los VMOS (usados para controlar grandes potencias y tensiones), etc.

Existe una innumerable cantidad de diseños, especializados para alta potencia, bajo ruido eléctrico, alta frecuencia, alta ganancia de corriente, alta tensión, aplicaciones de conmutación, etc.

TRC

1. introducción

La finalidad del TRC es reproducir fielmente una imagen captada por la cámara del equipo emisor, a partir de la señal de video compuerta que recibimos en el receptor.

Este tubo consiste en un cañón electrónico y una pantalla de fósforo dentro de una ampolla de cristal al cual se le ha realizado él vació.

Entre las características de la pantalla se encuentra el tamaño que se mide desde ambos extremos de una pantalla de televisión y en pulgadas; y el espectro que es la relación entre altura y anchura de la pantalla.

2. tubos de imagen en blanco y negro

Estos tubos solo reproducen la luminancia y se compone básicamente de un cañón electrónico que produce el haz de electrones, unas bobinas de deflexión que controlan el movimiento del haz y una pantalla luminiscente que se ilumina cuando es excitada por dicho haz.

2.1. principio de funcionamiento

El cañón electrónico se encarga de generar un fino haz de electrones que, después de atravesar los diferentes electrodos que lo constituyen, impacta en pantalla.

Dicha emisión se basa en el principio de la (emisión termoiónica) la cual nos dice que por un conductor sometido ha una diferencia de potencial circulan electrones. Ha este conductor se le llama cátodo y es el que produce el haz.

Para controlar esta emisión se le coloca la rejilla de control, que es la que nos controla el brillo y para que los electrones impacten en la pantalla, se utiliza otra rejilla denominada rejilla de pantalla que los atrae al estar a un mayor potencial que el cátodo. Para mantener estable el haz utilizamos una tercera rejilla la de enfoque que obliga a que los electrones sigan una trayectoria, para que al final impacten en el ánodo final (la pantalla).

2.2. las bobinas de deflexión

Para que el haz de electrones no sea un punto en el centro de la pantalla, necesitaremos que los electrones se desplacen hacia el punto correcto. Existen dos formas de conseguir esto:

Deflexión electroestática: este sistema lo utilizan los osciloscopios y se basa en dos placas conductoras con cargas eléctricas opuestas las cuales nos permiten mover los electrones.

Deflexión magnética: en este caso la desviación del haz es producida por un campo magnético generado por dos bobinas. Para la televisión utilizamos dos pares de bobinas (dos para la desviación vertical y otras dos para la horizontal). Dichas bobinas están colocadas al final del cuello del TRC y se denominan (yugo o bobinas de deflexión):

2.3. Corrientes de deflexión

Estas corrientes deben tener forma de diente de sierra, de manera que crece lentamente hasta su máximo valor (explora pantalla) y vuelve ha su valor inicial (retorno del haz).Dichas corrientes son iguales tanto en vertical como en horizontal pero ha diferente frecuencia (vertical 50Hz, horizontal 15625Hz).

2.4. tensiones del tubo

¨ tensión de caldeo 6.3V

¨ cátodo 70V

¨ rejilla de control 30V

¨ rejilla de pantalla 300-400V

¨ rejilla de enfoque variable hasta 500V

¨ ánodo final 15000-20000V

Todas estas tensiones se encuentran en la parte trasera del tubo excepto el MAT (ánodo final) que esta en el ensanchamiento del tubo.

2.5. generación de la imagen.

La imagen se crea al incidir el haz de electrones en el fósforo de la pantalla, dependiendo la luminosidad de la pantalla a la cantidad de electrones que inciden en la misma.

Esta imagen puede ser ajustada por el usuario mediante los controles de brillo y contraste que lo que hacen es:

¨ BRILLO: este control lo que hace es añadirle a la señal de luminancia cierto nivel de tensión continua con lo que desplazamos el conjunto de la imagen hacia el blanco.

¨ CONTRASTE: nos ajusta la amplitud de la señal de entrada proporcionándonos mas o menos diferencia entre tonalidades claras y oscuras.

Hay otros dos controles menos importantes pero que también afectan a la imagen:

¨ AJUSTE DE CENTRADO HORIZONTAL Y VERTICAL: centran la imagen.

¨ AJUSTE DE FOCALIZACIÓN: El cual nos controla el grueso del haz de electrones, permitiéndonos mayor nitidez .

3. tubos de imagen en color

El principio de funcionamiento de estos tubos es prácticamente el mismo que el de los monocromáticos, tan solo aparecen nuevos componentes que nos permiten generar el color en la imagen.

La principal diferencia entre estos tubos, es que el de color necesita tres haces uno para cada color primario y las tensiones de las rejillas:

¨ cátodo 100-150V

¨ rejilla de control 30V

¨ rejilla de pantalla 100-500V

¨ rejilla de enfoque 2000-7000V

¨ ánodo final 25000-30000V

3.1. material luminiscente

La imagen se forma en una capa luminiscente situada en la pantalla constituida por la combinación por tres fósforos (rojo, verde y azul).

La calidad de puntos luminiscentes de cada color nos determina la resolución de la pantalla. Los diferentes colores se obtienen a partir de la mezcla aditiva.

3.2 TIPO DE TUBOS EN COLOR

Para generar cada uno de los colores primarios son necesarios tres haces independientes, uno para cada color. Los tres cañones son iguales solo se diferencian en el tipo de puntos en el que incide el haz del cañón. La clasificación de los tubos normalmente se efectúa en la forma de distribución de los cañones y los principales son:

¨ Cañones en delta. Los cañones están montados en un triangulo equilátero.

¨ Cañones en línea: los cañones están motados en un plano horizontal sobre el cuello del tubo.

¨ El tubo trinitron: Este sistema utiliza un cañón único con tres cátodos en línea.

3.3. la mascara perforada

Esta mascara esta hecha de acero y es muy delgada, se encuentra situada en la parte interior de la pantalla y sirve para canalizar cada uno de los haces y impedir que un fósforo de color sea atacado pro dos haces, detrás de la mascara es donde se encuentran cada uno de los fósforos (capa luminiscente).

3.4. sistema de deflexión

Este sistema funciona exactamente igual que el de blanco y negro, simplemente que en vez de un haz son tres que se desvían simutaniamente, para conseguir esto simplemente se precisa un campo magnético simétrico y uniforme además de unos sistemas de convergencia que nos aseguren una perfecta alineación de estos haces.

3.5. ajustes permitidos por estos tubos

estos son los más importantes:

¨ ajuste de blanco y gris

¨ ajuste de la pureza del color

¨ unidad de convergencia estática

¨ unidad de convergencia dinámica

¨ desmagnetización

¨ enfoque

Baterias Ni-Cd

1. Ventajas y desventajas:

Las baterías de Nicad presentan una serie de ventajas frente a las normales:

Pueden recargarse Son mucho más robustas en construcción y por tanto menos propensas que las

pilas normales a perder el electrolito. Tienen una resistencia interna extremadamente baja Mantienen l tensión prácticamente constante durante casi el 90% del ciclo de

descarga.

Las dos últimas características son importantes. La baja impedancia interna permite asociar varios elementos en serie; Mantener la tensión constante facilita su uso en cámaras de video.

Los inconvenientes de las Nicad son:

Su tensión es 1,2V frente a 1,5V de las pilas normales. Esto supone un 20% menos de tensión

Debido a su bajísima impedancia interna no se pueden cargar a tensión constante ya que se generarían corrientes muy elevadas q producen el calentamiento de la nicad y su destrucción.

Construcción interna:

La batería está formada por unos electrodos de hidróxido de níquel y de hidróxido de cadmio separados entre si por una lámina porosa. El electrolito es hidróxido de potasio. La reacción química es:

Cd + 2Ni OH + 2H 2 O <==> Cd(OH) 2 + 2Ni(OH) 2

Carga Descarga

2. Capacidad de una batería:

Se mide en A*h o mA*h. Se representa con la letra C. Una batería que tiene por ejemplo C=500 quiere decir que puede suministrar una corriente de 500 mA durante una hora (250 mA durante 2 horas, 125 mA durante 4 horas... etc.)

El término C se utiliza también para definir la corriente de carga. Una corriente de 1C significa que la batería se cargará con la misma corriente que puede suministrar durante una hora.

En el ejemplo anterior 1C = 500 mA

Normalmente las baterías se cargan a 0,1C durante 14 horas.

3. Ciclo de carga:

En principio sería suficiente cargar la batería a 0,1C durante 12 horas, pero en el momento inicial de la carga, la batería no almacena la energía que se le suministra. La energía inicial se utiliza para reconstruir los electrodos y producir gas.

Si se excede el tiempo de carga la batería aguanta la sobrecarga (a 0,1C). Si se intenta cargar una batería parcialmente llena llega un momento en el que la batería deja de almacenar carga y convierte toda la energía en calor.

La temperatura ambiente mínima para realizar la carga oscila entre 0º y 10ºC, la máxima entre 40º y 60ºC. Los fabricantes aconsejan siempre realizar la carga entre 20º y 25ºC. A temperaturas inferiores la carga de la batería se reduce y, por tanto, hay que reducir la corriente de carga. A temperaturas superiores la capacidad se reduce aun más.

Es posible cargar la nicad a corrientes inferiores a 0,1C pero entonces desconocemos cual será su tiempo de carga ya que la variación no es proporcional. El mayor inconveniente es que cargar una nicad a corrientes inferiores a 0,1C reduce su capacidad efectiva, esto se denomina "efecto memoria" y consiste en que «La nicad se da cuenta de que esta siendo cargada a una corriente inferior y dice:"¡ah! luego mi capacidad es inferior" y ajusta su capacidad a ese valor». Como la batería no queda totalmente llena, al intentar cargarla de nuevo reduce aun mas su capacidad, después de unos ciclos de carga no completa una nicad puede quedar inservible.

Por tanto, nunca se debe cargar una nicad parcialmente o cargarla estando parcialmente cargada ya que el "efecto memoria" se desencadena.

Mantener una Nicad cargada:

Si se quiere mantener una nicad siempre en su carga máxima y se descarga "completamente" con regularidad es posible dejarla en carga continua a una corriente inferior a 0,1C. En cambio, si la batería va a descargarse solo muy rara vez se recomienda que una vez cargada se reduzca la corriente de carga a un valor muy pequeño denominado "corriente de goteo"

Carga rápida:

Todas las nicad admiten la carga rápida, es decir, a corrientes superiores a 0,1C pero deben seguirse las precauciones indicadas por el fabricante. En general, se pueden cargar Nicads a un ritmo entre 2 y 5 veces mas rápido que el normal siempre y cuando la temperatura sea mayor que 20ºC e inferior a 45ºC. La carga rápida debe hacerse con un temporizador y un sensor de temperatura que detengan la carga rápida de forma automática o la reduzcan a valores seguros.

4. Almacenamiento y mantenimiento de la carga:

Las nicad se pueden almacenar casi indefinidamente en cualquier estado de carga a una temperatura entre - 40ºC y +50ºC. Las baterías parcial o totalmente cargadas pierden gradualmente su carga. Esta descarga es mayor cuanto mayor es la temperatura.

A causa del efecto de las diferentes temperaturas y periodos de almacenamiento no es posible conocer el estado de una nicad cuando se compra. Por ello es recomendable cargar las nicad antes de utilizarlas la primera vez.

5. Precauciones para asegurar una larga vida útil:

Una nicad tratada con cariño puede recargarse hasta 1000 veces. Según aumentan el número de cargas, aunque sea con todo cuidado la nicad disminuye su capacidad. Una Nicad ha dejado de ser útil cuando su capacidad baja al 70% de la nominal.

Precauciones para asegurar una larga vida útil:

No soldar directamente sobre los terminales de la nicad a no ser que tenga terminales de soldadura incorporados. En caso de tenerlos es recomendable pinzar con unos alicates dicho terminal para evitar que el calor de la soldadura llegue a la nicad.

Evitar las bajas temperaturas durante el proceso de carga. no cortocircuitarlas y evitar pedir corrientes muy elevadas. No descargar completamente una nicad, una batería totalmente descargada no

puede volver a cargarse. No dejar en sobrecarga una nicad cargándose a una corriente superior a 0,1C. Cargar las baterías nuevas antes de usarlas.

El transistor de Efecto de Campo

Con los transistores bipolares observábamos como una pequeña corriente en la base de los mismos se controlaba una corriente de colector mayor. Los Transistores de Efecto de Campo son dispositivos en los que la corriente se controla mediante tensión. Cuando funcionan como amplificador suministran una corriente de salida que es proporcional a la tensión aplicada a la entrada. Características generales:

Por el terminal de control no se absorbe corriente. Una señal muy débil puede controlar el componente La tensión de control se emplea para crear un campo eléctrico

Se empezaron a construir en la década de los 60. Existen dos tipos de transistores de efecto de campo los JFET (transistor de efecto de campo de unión) y los MOSFET. Los transistores MOS respecto de los bipolares ocupan menos espacio por lo que su aplicación más frecuente la encontramos en los circuitos integrados.Es un componente de tres terminales que se denominan: Puerta (G, Gate), Fuente (S, Source), y Drenaje (D, Drain). Según su construcción pueden ser de canal P o de canal N. Sus símbolos son los siguientes:

Símbolo de un FET de canal N Símbolo de un FET de canal P

CURVA CARACTERÍSTICA

Los parámetros que definen el funcionamiento de un FET se observan en la siguiente figura:

Parámetros de un FET de canal N Parámetros de un FET de canal P

La curva característica del FET define con precisión como funciona este dispositivo. En ella distinguimos tres regiones o zonas importantes:

Zona lineal.- El FET se comporta como una resistencia cuyo valor depende de la tensión VGS.

Zona de saturación.- A diferencia de los transistores bipolares en esta zona, el FET, amplifica y se comporta como una fuente de corriente controlada por la tensión que existe entre Puerta (G) y Fuente o surtidor (S) , VGS.

Zona de corte.- La intensidad de Drenador es nula.

Como en los transistores bipolares existen tres configuraciones típicas: Surtidor común (SC), Drenador común (DC) y Puerta común (PC). La más utilizada es la de surtidor común que es la equivalente a la de emisor común en los transistores bipolares.

Las principales aplicaciones de este tipo de transistores se encuentra en la amplificación de señales débiles.

CARACTERÍSTICAS DE SALIDA

Al variar la tensión entre drenador y surtidor varia la intensidad de drenador permaneciendo constante la tensión entre puerta y surtidor.En la zona óhmica o lineal se observa como al aumentar la tensión drenador surtidor aumenta la intensidad de drenador.En la zona de saturación el aumento de la tensión entre drenador y surtidor produce una saturación de la corriente de drenador que hace que esta sea constante. Cuando este transistor trabaja como amplificador lo hace en esta zona. La zona de corte se caracteriza por tener una intensidad de drenador nula.La zona de ruptura indica la máxima tensión que soportará el transistor entre drenador y surtidor.

Es de destacar que cuando la tensión entre puerta y surtidor es cero la intensidad de drenador es máxima.

CARACTERÍSTICAS DE TRANSFERENCIA

Indican la variación entre la intensidad de drenador en función de la tensión de puerta.

HOJAS DE CARACTERíSTICAS DE LOS FET

En las hojas de características de los fabricantes de FETs encontrarás los siguientes parámetros (los más importantes):

VGS y VGD.- son las tensiones inversas máximas soportables por la unión PN. IG.- corriente máxima que puede circular por la unión puerta - surtidor cuando se

polariza directamente. PD.- potencia total disipable por el componente. IDSS.- Corriente de saturación cuando VGS=0. IGSS.- Corriente que circula por el circuito de puerta cuando la unión puerta -

surtidor se encuentra polarizado en sentido inverso.

El transistor

Dispositivo semiconductor que permite el control y la regulación de una corriente grande mediante una señal muy pequeña.Existe una gran variedad de transistores. En principio, se explicarán los bipolares. Los símbolos que corresponden a este tipo de transistor son los siguientes:

Transistor NPN Estructura de un transistor NPN Transistor PNP Estructura de un transistor PNP

Veremos mas adelante como un circuito con un transistor NPN se puede adaptar a PNP. El nombre de estos hace referencia a su construcción como semiconductor.

1. FUNCIONAMIENTO BASICO

Cuando el interruptor SW1 está abierto no circula intensidad por la Base del transistor por lo que la lámpara no se encenderá, ya que, toda la tensión se encuentra entre Colector y Emisor. (Figura 1).

Figura 1 Figura 2

Cuando se cierra el interruptor SW1, una intensidad muy pequeña circulará por la Base. Así el transistor disminuirá su resistencia entre Colector y Emisor por lo que pasará una intensidad muy grande, haciendo que se encienda la lámpara. (Figura 2).

En general: IE < IC < IB ; IE = IB + IC ; VCE = VCB + VBE

2. POLARIZACIÓN DE UN TRANSISTOR

Una polarización correcta permite el funcionamiento de este componente. No es lo mismo polarizar un transistor NPN que PNP.

Polarización de un transistor NPN Polarización de un transistor PNP

Generalmente podemos decir que la unión base - emisor se polariza directamente y la unión base - colector inversamente.

3. ZONAS DE TRABAJO

CORTE.- No circula intensidad por la Base, por lo que, la intensidad de Colector y Emisor también es nula.La tensión entre Colector y Emisor es la de la batería. El transistor, entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor abierto.

IB = IC = IE = 0; VCE = Vbat

SATURACION.- Cuando por la Base circula una intensidad, se aprecia un incremento de la corriente de colector considerable. En este caso el transistor entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor cerrado. De esta forma, se puede decir que la tensión de la batería se encuentra en la carga conectada en el Colector.

ACTIVA.- Actúa como amplificador. Puede dejar pasar más o menos corriente.

Cuando trabaja en la zona de corte y la de saturación se dice que trabaja en conmutación. En definitiva, como si fuera un interruptor.

La ganancia de corriente es un parámetro también importante para los transistores ya que relaciona la variación que sufre la corriente de colector para una variación de la corriente de base. Los fabricantes suelen especificarlo en sus hojas de características, también aparece con la denominación hFE. Se expresa de la siguiente manera:

ß = IC / IB

En resumen:

Saturación Corte Activa

VCE ~ 0 ~ VCC Variable

VRC ~ VCC ~ 0 Variable

IC Máxima = ICEO lang=EN-GB~ 0 Variable

IB Variable = 0 Variable

VBE ~ 0,8v < 0,7v ~ 0,7v

Los encapsulados en los transistores dependen de la función que realicen y la potencia que disipen, así nos encontramos con que los transistores de pequeña señal tienen un encapsulado de plástico, normalmente son los más pequeños ( TO- 18, TO-39, TO-92, TO-226 ... ); los de mediana potencia, son algo mayores y tienen en la parte trasera una chapa metálica que sirve para evacuar el calor disipado convenientemente refrigerado mediante radiador (TO-220, TO-218, TO-247...) ; los de gran potencia, son los que poseen una mayor dimensión siendo el encapsulado enteramente metálico . Esto, favorece, en gran medida, la evacuación del calor a través del mismo y un radiador (TO-3, TO-66, TO-123, TO-213...).

El tiristor

Es un dispositivo electrónico que tiene dos estados de funcionamiento: conducción y bloqueo. Posee tres terminales: Anodo (A), Cátodo(K) y puerta (G).

Símbolo del tiristor Estructura interna del tiristor

La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. Se dice que es un dispositivo unidireccional, debido a que el sentido de la corriente es único.

CURVA CARACTERíSTICA

La interpretación directa de la curva característica del tiristor nos dice lo siguiente: cuando la tensión entre ánodo y cátodo es cero la intensidad de ánodo también lo es. Hasta que no se alcance la tensión de bloqueo (VBO) el tiristor no se dispara.Cuando se alcanza dicha tensión, se percibe un aumento de la intensidad en el ánodo (IA), disminuye la tensión entre ánodo y cátodo, comportándose así como un diodo polarizado directamente.

Si se quiere disparar el tiristor antes de llegar a la tensión de bloqueo será necesario aumentar la intensidad de puerta (IG1, IG2, IG3, IG4...), ya que de esta forma se modifica la tensión de cebado de este.

Este seria el funcionamiento del tiristor cuando se polariza directamente, esto solo ocurre en el primer cuadrante de la curva.

Cuando se polariza inversamente se observa una débil corriente inversa (de fuga) hasta que alcanza el punto de tensión inversa máxima que provoca la destrucción del mismo.

En amplificación se utiliza en las etapas de potencia en clase D cuando trabaja en conmutación. También se utilizan como relés estáticos, rectificadores controlados, inversores y onduladores, interruptores....

El diac

Es un componente electrónico que está preparado para conducir en los dos sentidos de sus terminales, por ello se le denomina bidireccional, siempre que se llegue a su tensión de cebado o de disparo(30v aproximadamente, dependiendo del modelo).

Símbolo del diac Estructura interna de un diac

Hasta que la tensión aplicada entre sus extremos supera la tensión de disparo VBO; la intensidad que circula por el componente es muy pequeña. Al superar dicha tensión la corriente aumenta bruscamente y disminuyendo, como consecuencia, la tensión anterior. La aplicación más conocida de este componente es el control de un triac para regular la potencia de una carga.

Los encapsulados de estos dispositivos suelen ser iguales a los de los diodos de unión o de zener.

Diodos Semiconductores

Contenido: Diodo Semiconductor Clasificación.

Diodos Rectificadores. Características. Diodos de Señal. Resumen de funcionamiento. Diodos de Conmutación. Resumen de funcionamiento Diodos de alta Frecuencia.Resumen de funcionamiento. Diodos Zener. Resumen de funcionamiento.

Diodo Semiconductor

El diodo semiconductor está constituido fundamentalmente por una unión P-N, añadiéndole un terminal de conexión a cada uno de los contactos metálicos de sus extremos y una cápsula que aloja todo el conjunto, dejando al exterior los terminales que corresponden al ánodo (zona P) y al cátodo (Zona N)

El diodo deja circular corriente a través suyo cuando se conecta el polo positivo de la batería al ánodo, y el negativo al cátodo, y se opone al paso de la misma si se realiza la conexión opuesta. Esta interesante propiedad puede utilizarse para realizar la conversión de corriente alterna en continua, a este procedimiento se le denomina rectificación.

En efecto. si se aplica a este diodo una tensión alterna, únicamente se producirá circulación de corriente en las ocasiones en que el ánodo sea más positivo que el cátodo, es decir, en las alternancias positivas, quedando bloqueado en las ascendencias negativas, lo que impide el paso de la corriente por ser en estas ocasiones el ánodo más negativo que el cátodo.

La corriente resultante será «pulsante», ya que sólo circulará en determinados momentos, pero mediante los dispositivos y circuitos adecuados situados a continuación puede ser convertida en una corriente continua constante, que es el que se emplea actualmente casi en exclusiva; presenta sobre el de vacío algunas ventajas fundamentales: - Es de tamaño mucho más reducido, lo que contribuye a la miniaturización de los circuitos.

- La cantidad de calor generado durante el funcionamiento es menor, ya que no necesita ningún calentamiento de filamento. - Funciona con tensiones mucho más bajas, lo que posibilita su empleo en circuitos alimentados a pilas o baterías.

- Pueden ser utilizados en equipos que manejen grandes corrientes, aplicación que con diodos de vacío resultaba prohibitiva en ocasiones por el gran tamaño de éstos. Existen diodos semiconductores de muy pequeño tamaño para aplicaciones que no requieran conducciones de corrientes altas, tales como la demodulación en receptores de radio. Estos suelen estar encapsulados. en una caja cilíndrica de vidrio con los terminales en los extremos, aunque también se utiliza para ellos el encapsulado con plástico. Clasificación

Dentro del amplio conjunto de modelos y tipos diferentes de diodos semiconductores que actualmente existe en el mercado, se puede realizar una clasificación de forma que queden agrupados dos en varias familias, teniendo en cuenta aquellas características más destacadas y que, de hecho, son las que determinan sus aplicaciones. De esta forma se pueden encontrar las siguientes: - Diodos rectificadores de toda la gama de potencias, con encapsulado individual o en puente. - Diodos de señal de use general. - Diodos de conmutación. - Diodos de alta frecuencia. - Diodos estabilizadores de tensión. - Diodos especiales.

Diodos rectificadores

El encapsulado de estos diodos depende de la potencia que hayan de disipar. Para los de baja y media potencia se emplea el plástico hasta un límite de alrededor de 1 vatio. Por encima de este valor se hace necesario un encapsulado metálico y en potencias más altos deberá estar la cápsula preparada para que pueda ser instalado el diodo sobre un radiador de color, por medio de un sistema de sujeción a tornillo. Cualquier sistema rectificador de corrientes, tanto monofásicas como trifásicas o polifásicas, se realiza empleando varios diodos según una forma de conexión denominada en puente. No obstante, también se utiliza otro sistema con dos diodos, como alternativa del puente en algunos circuitos de alimentación monofásicos.

Debido al gran consumo a nivel mundial de diodos que más tarde son empleados en montajes puente, los fabricantes decidieron, en un determinado momento, realizar ellos mismos esta disposición, uniendo en fábrica los cuatro diodos y cubriéndolos con un encapsulado común. Esto dio lugar a la aparición de diversos modelos de puentes de diodos con diferentes intensidades máximas de corriente y, por lo tanto, con disipaciones de potencia más o menos elevadas, en la misma forma que los diodos simples. En los tipos de mayor disipación, la cápsula del puente es metálica y está preparada para ser montada sobre un radiador.

Características

Cualquier diodo rectificador está caracterizado por los siguientes factores: - Corriente directa máxima (If). - Tensión directa (Vd), para una corriente If determinada. - Tensión inversa máxima de pico de trabajo (VRWM). - Tensión inversa máxima de pico repetitiva (VRRM). - Corriente máxima de pico (Ifsm). - Corriente inversa máxima de pico (IRM), medida a VRRM. - Potencia total (P/tot).

Estas características deberán ser tenidas en cuenta en el momento de la elección del modelo más adecuado para cada aplicación, procurando no ajustarse demasiado a los valores límites, ya que ello acortaría excesivamente la duración del componente.

Diodos de señal

Los diodos de señal de use general se emplean en funciones de tratamiento de la señal, dentro de un circuito o bien para realizar operaciones de tipo digital formando parte de «puertas» lógicas y circuitos equivalentes, Son de baja potencia. Las características de estos diodos son:

- Tensión inversa (Vr), hasta 75 V como máximo. - Corriente directa (If), 100 mA. - Potencia máxima (P/tot), 200 milivatios (mW)

El encapsulado es en forma de un cilindro miniatura, de plástico o vidrio, estando los dos terminales de conexión situados en los extremos. Sobre el cuerpo deberá estar marcado el hilo de conexión que corresponde al cátodo, mediante un anillo situado en las proximidades de éste.

Diodos de conmutación

Los diodos de conmutación o rápidos se caracterizan por ser capaces de trabajar con señales de tipo digital o <<lógico>> que presenten unos tiempos de subida y bajada de sus flancos muy breves. El factor o parámetro que caracteriza a estos diodos es el tiempo de recuperación inverso (TRR) que expresa el tiempo que tarda la unión P-N en desalojar la carga eléctrica que acumula, cuando se encuentra polarizada inversamente (efecto similar a la acumulación de carga de un condensador), y recibe súbitamente un cambio de tensión que la polariza en sentido directo. Pueden ser considerados rápidos aquellos diodos con un TRR inferior a 400 nanosegundos, en modelos de media potencia, para los de baja potencia este tipo es del orden de los 5 nanosegundos.

Diodos de alta frecuencia

Los diodos de alta frecuencia se emplean en aquellas partes de un circuito que deben de funcionar con frecuencias superiores a 1 megahertz (1 millón de ciclos por segundo). Se caracterizan por presentar una baja capacidad de difusión (Cd) entre las dos zonas semiconductoras que forman la unión P-N, cuando éstas están polarizadas en sentido directo.

Diodos zener

Los diodos estabilizadores de tensión se emplean, como su nombre indica, para producir una tensión entre sus extremos constante y relativamente independiente de la corriente que los atraviesa. Aprovechan, para su funcionamiento, una propiedad muy interesante que presenta la unión semiconductora cuando se polariza inversamente por encima de un determinado nivel.

Normalmente un diodo que recibe una polarización inversa no permite el paso de la corriente o lo hace dejando pasar una intensidad debilísima. Sin embargo, al alcanzar una determinada tensión, denominada tensión zener se produce un aumento de la cantidad de corriente, de forma tal que esta diferencia de potencial entre sus extremos se mantiene prácticamente constante, aunque se intente aumentar o disminuir a base de variar la intensidad que lo atraviesa. Existe una amplia gama de tipos clasificados por una serie de tensiones zener normalizadas y por la potencia que son capaces de disipar, desde 250 mili vatios hasta decenas de vatios, con encapsulado plástico o metálico. Los parámetros que caracterizan a un diodo zener son:

- Tensión zener (Vz). - Corriente minima para alcanzar la Vz (Iz). - Potencia máxima (P/tot).

Diodos especiales

Dentro del grupo de diodos especiales están comprendidos los diodos varicap, diodos túnel y diodos Led Los primeros se construyen buscando acentuar al máximo la propiedad que presente la unión P-N de comportarse de una forma análoga a un condensador, cuando se la polariza inversamente. La capacidad resultante es, además, variable con la tensión aplicada; lo cual permite disponer de una forma muy simple de condensadores variables, controlados por una diferencia de potencial. Su empleo está muy generalizado en etapas de sintonía de receptores de radio y TV.

Diodos de potencia

El diodo de potencia

Uno de los dispositivos más importantes de los circuitos de potencia son los diodos, aunque tienen, entre otras, las siguientes limitaciones : son dispositivos unidireccionales, no pudiendo circular la corriente en sentido contrario al de conducción. El único procedimiento de control es invertir el voltaje entre ánodo y cátodo.

Los diodos de potencia se caracterizan porque en estado de conducción, deben ser capaces de soportar una alta intensidad con una pequeña caída de tensión. En sentido inverso, deben ser capaces de soportar una fuerte tensión negativa de ánodo con una pequeña intensidad de fugas.

El diodo responde a la ecuación:

La curva característica será la que se puede ver en la parte superior, donde: VRRM: tensión inversa máxima VD: tensión de codo.

A continuación vamos a ir viendo las características más importantes del diodo, las cuales podemos agrupar de la siguiente forma:

Características estáticas: Parámetros en bloqueo (polarización inversa). Parámetros en conducción. Modelo estático.

Características dinámicas: Tiempo de recuperación inverso (trr). Influencia del trr en la conmutación. Tiempo de recuperación directo.

Potencias: Potencia máxima disipable. Potencia media disipada. Potencia inversa de pico repetitivo. Potencia inversa de pico no repetitivo.

Características térmicas. Protección contra sobreintensidades.

Características estáticas

Parámetros en bloqueo

Tensión inversa de pico de trabajo (VRWM): es la que puede ser soportada por el dispositivo de forma continuada, sin peligro de entrar en ruptura por avalancha.

Tensión inversa de pico repetitivo (VRRM): es la que puede ser soportada en picos de 1 ms, repetidos cada 10 ms de forma continuada.

Tensión inversa de pico no repetitiva (VRSM): es aquella que puede ser soportada una sola vez durante 10ms cada 10 minutos o más.

Tensión de ruptura (VBR): si se alcanza, aunque sea una sola vez, durante 10 ms el diodo puede destruirse o degradar las características del mismo.

Tensión inversa continua (VR): es la tensión continua que soporta el diodo en estado de bloqueo.

Parámetros en conducción

Intensidad media nominal (IF(AV)): es el valor medio de la máxima intensidad de impulsos sinusoidales de 180º que el diodo puede soportar.

Intensidad de pico repetitivo (IFRM): es aquélla que puede ser soportada cada 20 ms , con una duración de pico a 1 ms, a una determinada temperatura de la cápsula (normalmente 25º).

Intensidad directa de pico no repetitiva (IFSM): es el máximo pico de intensidad aplicable, una vez cada 10 minutos, con una duración de 10 ms.

Intensidad directa (IF): es la corriente que circula por el diodo cuando se encuentra en el estado de conducción.

Modelos estáticos del diodo

Los distintos modelos del diodo en su región directa (modelos estáticos) se representan en la figura superior. Estos modelos facilitan los cálculos a realizar, para lo cual debemos escoger el modelo adecuado según el nivel de precisión que necesitemos.

Estos modelos se suelen emplear para cálculos a mano, reservando modelos más complejos para programas de simulación como PSPICE. Dichos modelos suelen ser proporcionados por el fabricante, e incluso pueden venir ya en las librerías del programa.

Características dinámicas

Tiempo de recuperación inverso

El paso del estado de conducción al de bloqueo en el diodo no se efectúa instantáneamente. Si un diodo se encuentra conduciendo una intensidad IF, la zona central de la unión P-N está saturada de portadores mayoritarios con tanta mayor densidad de éstos cuanto mayor sea IF. Si mediante la aplicación de una tensión inversa forzamos la anulación de la corriente con cierta velocidad di/dt, resultará que después del paso por cero de la corriente existe cierta cantidad de portadores que cambian su sentido de movimiento y permiten que el diodo conduzca en sentido contrario durante un instante. La tensión inversa entre ánodo y cátodo no se

establece hasta después del tiempo ta llamado tiempo de almacenamiento, en el que los portadores empiezan a escasear y aparece en la unión la zona de carga espacial. La intensidad todavía tarda un tiempo tb (llamado tiempo de caída) en pasar de un valor de pico negativo (IRRM) a un valor despreciable mientras van desapareciendo el exceso de portadores.

ta (tiempo de almacenamiento): es el tiempo que transcurre desde el paso por cero de la intensidad hasta llegar al pico negativo.

tb (tiempo de caída): es el tiempo transcurrido desde el pico negativo de intensidad hasta que ésta se anula, y es debido a la descarga de la capacidad de la unión polarizada en inverso. En la práctica se suele medir desde el valor de pico negativo de la intensidad hasta el 10 % de éste.

trr (tiempo de recuperación inversa): es la suma de ta y tb.

Qrr: se define como la carga eléctrica desplazada, y representa el área negativa de la característica de recuperación inversa del diodo.

di/dt: es el pico negativo de la intensidad. Irr: es el pico negativo de la intensidad.

La relación entre tb/ta es conocida como factor de suavizado "SF".

Si observamos la gráfica podemos considerar Qrr por el área de un triángulo :

De donde :

Para el cálculo de los parámetros IRRM y Qrr podemos suponer uno de los dos siguientes casos:

Para ta = tb trr = 2ta Para ta = trr tb = 0

En el primer caso obtenemos:

Y en el segundo caso:

Influencia del trr en la conmutación

Si el tiempo que tarda el diodo en conmutar no es despreciable :

Se limita la frecuencia de funcionamiento. Existe una disipación de potencia durante el tiempo de recuperación inversa.

Para altas frecuencias, por tanto, debemos usar diodos de recuperación rápida.

Factores de los que depende trr :

A mayor IRRM menor trr. Cuanta mayor sea la intensidad principal que atraviesa el

diodo mayor será la capacidad almacenada, y por tanto mayor será trr.

Tiempo de recuperación directo

tfr (tiempo de recuperación directo): es el tiempo que transcurre entre el instante en que la tensión ánodo-cátodo se hace positiva y el instante en que dicha tensión se estabiliza en el valor VF.

Este tiempo es bastante menor que el de recuperación inversa y no suele producir pérdidas de potencia apreciables.

Disipación de potencia

Potencia máxima disipable (Pmáx)

Es un valor de potencia que el dispositivo puede disipar, pero no debemos confundirlo con la potencia que disipa el diodo durante el funcionamiento, llamada ésta potencia de trabajo.

Potencia media disipada (PAV)

Es la disipación de potencia resultante cuando el dispositivo se encuentra en estado de conducción, si se desprecia la potencia disipada debida a la corriente de fugas.

Se define la potencia media (PAV) que puede disipar el dispositivo, como :

Si incluimos en esta expresión el modelo estático, resulta :

y como :

es la intensidad media nominal

es la intensidad eficaz al cuadrado

Nos queda finalmente :

Generalmente el fabricante integra en las hojas de características tablas que indican la potencia disipada por el elemento para una intensidad conocida.

Otro dato que puede dar el fabricante es curvas que relacionen la potencia media con la intensidad media y el factor de forma (ya que el factor de forma es la intensidad eficaz dividida entre la intensidad media).

Potencia inversa de pico repetitiva (PRRM)

Es la máxima potencia que puede disipar el dispositivo en estado de bloqueo.

Potencia inversa de pico no repetitiva (PRSM)

Similar a la anterior, pero dada para un pulso único.

Características térmicas

Temperatura de la unión (Tjmáx)

Es el límite superior de temperatura que nunca debemos hacer sobrepasar a la unión del dispositivo si queremos evitar su inmediata destrucción.

En ocasiones, en lugar de la temperatura de la unión se nos da la "operating temperature range" (margen de temperatura de funcionamiento), que significa que el dispositivo se ha fabricado para funcionar en un intervalo de temperaturas comprendidas entre dos valores, uno mínimo y otro máximo.

Temperatura de almacenamiento (Tstg)

Es la temperatura a la que se encuentra el dispositivo cuando no se le aplica ninguna potencia. El fabricante suele dar un margen de valores para esta temperatura.

Resistencia térmica unión-contenedor (Rjc)

Es la resistencia entre la unión del semiconductor y el encapsulado del dispositivo. En caso de no dar este dato el fabricante se puede calcular mediante la fórmula:

Rjc = (Tjmáx - Tc) / Pmáx

siendo Tc la temperatura del contenedor y Pmáx la potencia máxima disipable.

Resistencia térmica contenedor-disipador (Rcd)

Es la resistencia existente entre el contenedor del dispositivo y el disipador (aleta refrigeradora). Se supone que la propagación se efectúa directamente sin pasar por otro medio (como mica aislante, etc).

Protección contra sobreintensidades

Principales causas de sobreintensidades

La causa principal de sobreintensidad es, naturalmente, la presencia de un cortocircuito en la carga, debido a cualquier causa. De todos modos, pueden aparecer picos de corriente en el caso de alimentación de motores, carga de condensadores, utilización en régimen de soldadura, etc.

Estas sobrecargas se traducen en una elevación de temperatura enorme en la unión, que es incapaz de evacuar las calorías generadas, pasando de forma casi instantánea al estado de cortocircuito (avalancha térmica).

Órganos de protección

Los dispositivos de protección que aseguran una eficacia elevada o total son poco numerosos y por eso los más empleados actualmente siguen siendo los fusibles, del tipo "ultrarrápidos" en la mayoría de los casos.

Los fusibles, como su nombre indica, actúan por la fusión del metal de que están compuestos y tienen sus características indicadas en función de la potencia que pueden manejar; por esto el calibre de un fusible no se da sólo con su valor eficaz de corriente, sino incluso con su I2t y su tensión.

Parámetro I2t

La I2t de un fusible es la característica de fusión del cartucho; el intervalo de tiempo t se indica en segundos y la corriente I en amperios.

Debemos escoger un fusible de valor I2t inferior al del diodo, ya que así será el fusible el que se destruya y no el diodo.

Algunos tipos de diodos

En el mercado podemos encontrar muchos tipos de diodos que nos sirven para distintas aplicaciones. Ahora vamos a ver las características principales de algunos de ellos.

Algunos tipos de diodos

Diodos PIN

El diodo PIN es un diodo que presenta una región P fuertemente dopada y otra región N también fuertemente dopada, separadas por una región de material que es casi intrínseco. Este tipo de diodos se utiliza en frecuencias de microondas, es decir, frecuencias que exceden de 1 GHz, puesto que incluso en estas frecuencias el diodo tiene una impedancia muy alta cuando está inversamente polarizado y muy baja cuando esta polarizado en sentido directo. Además, las tensiones de ruptura están comprendidas en el margen de 100 a 1000 V.

En virtud de las características del diodo PIN se le puede utilizar como interruptor o como modulador de amplitud en frecuencias de microondas ya que para todos los propósitos se le puede presentar como un cortocircuito en sentido directo y como un circuito abierto en sentido inverso. También se le puede utilizar para conmutar corrientes muy intensas y/o tensiones muy grandes.

El diodo se forma partiendo de silicio tipo P de alta resistividad. La capa P de baja resistividad representada, está esta formada por difusión de átomos de boro en un bloque de silicio tipo P y la capa N muy delgada está formada difundiendo grandes cantidades de fósforo. La región intrínseca i es realmente una región P de alta resistividad y se suele denominar región p. Cuando el circuito está abierto, los electrones fluyen desde la región i(p) hasta la región P para recombinarse con los huecos en exceso, y los huecos fluyen desde la región i para recombinarse con los electrones de la región N. Si el material i(p) fuese verdaderamente intrínseco, la caída de tensión en la región i sería nula, puesto que la emigración de huecos sería igual a la emigración de electrones. Si embargo, como el material es en verdad p (P de alta resistividad), hay mas huecos disponibles que electrones.

Cuando se aplica una polarización inversa al diodo los electrones y los huecos del material p son barridos (swept free). Un posterior aumento de la tensión inversa simplemente incrementa las distribuciones de tensiones P-I e I-N. En el diodo PIN la longitud de la región de transición L es aproximadamente igual a la región i y aproximadamente independiente de la tensión inversa. Por lo tanto, a diferencia de los diodos PN o Schottky, el diodo PIN tiene una capacidad inversa que es aproximadamente constante, independiente de la polarización. Una variación típica de la capacidad podría ser desde 0,15 hasta 0,14 pF en una variación de la polarización inversa de, por ejemplo, 100 V. En virtud de que es igual a la longitud de la región i, la longitud de la región de transición es aproximadamente constante y considerablemente mayor que la de otros diodos y, por lo tanto, la capacidad CR, que es proporcional a 1/L es significativamente menor que la de otros diodos, por lo que el diodo PIN es apropiado para aplicaciones de microondas. Los valores normales de CR varían desde 0,1 pF hasta 4 pF en los diodos PIN, comercialmente asequibles.

Cuando el diodo está polarizado en sentido directo, los huecos del material P se difunden el la región p, creando una capa P de baja resistividad. La corriente es debida al flujo de los electrones y de los huecos cuyas concentraciones son aproximadamente iguales en la región i. En la condición de polarización directa la caída de tensión en la región i es muy pequeña. Además, al igual que el diodo PN, cuando aumenta la corriente, también disminuye la resistencia. En consecuencia el diodo PIN es un dispositivo con su resistencia o conductancia modulada. En una primera aproximación, la resistencia rd en pequeña señal es inversamente proporcional a la corriente IDQ con polarización directa, lo mismo que en el diodo PN.

En frecuencias de microondas se representa de maneras mas sencillas por una capacidad CR en serie con la resistencia directa rd. Con tensiones directas, CR es aproximadamente infinita, mientras que en polarización inversa, rd es aproximadamente nula. La capacidad CS es la capacidad parásita paralelo que se produce soldando el diodo a la cápsula y LS es la inductancia serie debida a los hilos de conexión desde el diodo hasta la cápsula.

Diodos Varactores (Varicap)

Los diodos varactores [llamados también varicap (diodo con capacitancia-voltaje variable) o sintonizadores] son semiconductores dependientes del voltaje, capacitores variables. Su modo de operación depende de la capacitancia que existe en la unión P-N cuando el elemento está polarizado inversamente. En condiciones de polarización inversa, se estableció que hay una región sin carga en cualquiera de los lados de la unión que en conjunto forman la región de agotamiento y definen su ancho Wd. La capacitancia de transición (CT) establecida por la región sin carga se determina mediante:

CT = E (A/Wd)

donde E es la permitibilidad de los materiales semiconductores, A es el área de la unión P-N y Wd el ancho de la región de agotamiento.

Conforme aumenta el potencial de polarización inversa, se incrementa el ancho de la región de agotamiento, lo que a su vez reduce la capacitancia de transición. El pico inicial declina en CT con el aumento de la polarización inversa. El intervalo normal de VR para diodos varicap se limita aproximadamente 20V. En términos de la polarización inversa aplicada, la capacitancia de transición se determina en forma aproximada mediante:

CT = K / (VT + VR)n

donde:

K = constante determinada por el material semiconductor y la técnica de construcción.

VT = potencial en la curva según se definió en la sección

VR = magnitud del potencial de polarización inversa aplicado

n = ½ para uniones de aleación y 1/3 para uniones de difusión

El diodo túnel

En 1958, el físico japonés Esaki, descubrió que los diodos semiconductores obtenidos con un grado de contaminación del material básico mucho mas elevado que lo habitual exhiben una característica tensión-corriente muy particular. La corriente comienza por aumentar de modo casi proporcional a la tensión aplicada hasta alcanzar un valor máximo, denominado corriente de cresta. A partir de este punto, si se sigue aumentando la tensión aplicada, la corriente comienza a disminuir y lo siga haciendo hasta alcanzar un mínimo, llamado corriente de valle, desde el cual de nuevo aumenta. El nuevo crecimiento de la corriente es al principio lento, pero luego se hace cada vez mas rápido hasta llegar a destruir el diodo si no se lo limita de alguna manera. Este comportamiento particular de los diodos muy contaminados se debe a lo que los físicos denominan efecto túnel, del que no nos ocuparemos aquí debido a su complejidad. Para las aplicaciones prácticas del diodo túnel, la parte mas interesante de su curva característica es la comprendida entre la cresta y el valle. En esta parte de la curva a un aumento de la tensión aplicada corresponde una disminución de la corriente; en otros términos, la relación entre un incremento de la tensión y el incremento resultante de la corriente es negativa y se dice entonces que esta parte de la curva representa una "resistencia incremental negativa". Una resistencia negativa puede compensar total o parcialmente una resistencia positiva. Así, por ejemplo, las pérdidas que se producen en un circuito resonante a causa de la presencia siempre inevitable de cierta resistencia en el, se compensa asociando al circuito una resistencia negativa de valor numérico conveniente y realizada por ejemplo, mediante un diodo túnel. En tal caso el circuito oscilante se transforma en un oscilador. Los ejemplo de circuito que se describen a continuación muestra como puede aprovecharse este fenómeno en la práctica.

Diodo de contacto puntual

El rectificador de contacto puntual consiste en un semiconductor sobre el que descansa la punta de un alambre delgado.

La curva de corriente versus voltaje es cualitativamente similar a la del diodo de unión. Sin embargo, para un voltaje positivo dado, el diodo de contacto puntual conduce algo mas de corriente. Más aún, conforme el voltaje negativo aumenta, la corriente inversa tiende a aumentar mas bien que permanecer aproximadamente constante. La marca inflexión en la curva del diodo de unión en -V» no ocurre en los diodos de contacto puntual, dado que el calentamiento de tal punto ocurre a voltajes mucho mas bajos y produce un aumento gradual de la conductancia en la dirección negativa.

Fuentes de alimentación

Componentes de una fuente de alimentación:

La función de una fuente de alimentación es convertir la tensión alterna en una tensión continua y lo mas estable posible, para ello se usan los siguientes componentes: 1.- Transformador de entrada; 2.- Rectificador a diodos; 3.- Filtro para el rizado; 4.- Regulador (o estabilizador) lineal. este último no es imprescindible.

Transformador de entrada:

El trasformador de entrada reduce la tensión de red (generalmente 220 o 120 V) a otra tensión mas adecuada para ser tratada. Solo es capaz de trabajar con corrientes alternas. esto quiere decir que la tensión de entrada será alterna y la de salida también.

Consta de dos arrollamientos sobre un mismo núcleo de hierro, ambos arrollamientos, primario y secundario, son completamente independientes y la energía eléctrica se transmite del primario al secundario en forma de energía magnética a través del núcleo. el esquema de un transformador simplificado es el siguiente:

La corriente que circula por el arrollamiento primario (el cual esta conectado a la red) genera una circulación de corriente magnética por el núcleo del transformador. Esta corriente magnética será mas fuerte cuantas mas espiras (vueltas) tenga el arroyamiento primario. Si acercas un imán a un transformador en funcionamiento notarás que el imán vibra, esto es debido a que la corriente magnética del núcleo es alterna, igual que la corriente por los arrollamientos del transformador.

En el arroyamiento secundario ocurre el proceso inverso, la corriente magnética que circula por el núcleo genera una tensión que será tanto mayor cuanto mayor sea el número de espiras del secundario y cuanto mayor sea la corriente magnética que circula por el núcleo (la cual depende del numero de espiras del primario).

Por lo tanto, la tensión de salida depende de la tensión de entrada y del número de espiras de primario y secundario. Como fórmula general se dice que:

V1 = V2 * (N1/N2)

Donde N1 y N2 son el número de espiras del primario y el del secundario respectivamente.

Así por ejemplo podemos tener un transformador con una relación de transformación de 220V a 12V, no podemos saber cuantas espiras tiene el primario y cuantas el secundario pero si podemos conocer su relación de espiras:

N1/N2 = V1/V2

N1/N2 = 220/12 = 18,33

Este dato es útil si queremos saber que tensión nos dará este mismo transformador si lo conectamos a 120V en lugar de 220V, la tensión V2 que dará a 120V será:

120 = V2 * 18,33

V2 = 120/18,33 = 6,5 V

Por el primario y el secundario pasan corrientes distintas, la relación de corrientes también depende de la relación de espiras pero al revés, de la siguiente forma:

I2 = I1 * (N1/N2)

Donde I1 e I2 son las corrientes de primario y secundario respectivamente. Esto nos sirve para saber que corriente tiene que soportar el fusible que pongamos a la entrada del transformador, por ejemplo, supongamos que el transformador anterior es de 0.4 Amperios. Esta corriente es la corriente máxima del secundario I2, pero nosotros queremos saber que corriente habrá en el primario (I1) para poner allí el fusible. Entonces aplicamos la fórmula:

I2 = I1 * (N1/N2)

0.4 = I1 * 18.33

I1 = 0.4 / 18.33 = 21,8 mA

Para asegurarnos de que el fusible no saltará cuando no debe se tomará un valor mayor que este, por lo menos un 30% mayor.

Como ejercicio puedes calcular la tensión que tendríamos si, con el transformador anterior, nos equivocamos y conectamos a la red el lado que no es, cualquiera mete la mano ahí... (por si acaso no pruebe a hacerlo en la realidad ya que el aislamiento del secundario de los transformadores no suelen estar preparados para tensiones tan altas)

Rectificador a diodos

El rectificador es el que se encarga de convertir la tensión alterna que sale del transformador en tensión continua. Para ello se utilizan diodos. Un diodo conduce cuando la tensión de su ánodo es mayor que la de su cátodo. Es como un interruptor que se abre y se cierra según la tensión de sus terminales:

El rectificador se conecta después del transformador, por lo tanto le entra tensión alterna y tendrá que sacar tensión continua, es decir, un polo positivo y otro negativo:

La tensión Vi es alterna y senoidal, esto quiere decir que a veces es positiva y otras negativa. En un osciloscopio veríamos esto:

La tensión máxima a la que llega Vi se le llama tensión de pico y en la gráfica figura como Vmax. la tensión de pico no es lo mismo que la tensión eficaz pero estan relacionadas, Por ejemplo, si compramos un transformador de 6 voltios son 6 voltios eficaces, estamos hablando de Vi. Pero la tensión de pico Vmax vendrá dada por la ecuación:

Vmax = Vi * 1,4142

Vmax = 6 * 1,4142 = 8,48 V

Rectificador a un diodo

El rectificador mas sencillo es el que utiliza solamente un diodo, su esquema es este:

Cuando Vi sea positiva la tensión del ánodo será mayor que la del cátodo, por lo que el diodo conducirá: en Vo veremos lo mismo que en Vi

Mientras que cuando Vi sea negativa la tensión del ánodo será menor que la del cátodo y el diodo no podrá conducir, la tensión Vo será cero.

Según lo que acabamos de decir la tensión Vo tendrá esta forma:

Como puedes comprobar la tensión que obtenemos con este rectificador no se parece mucho a la de una batería, pero una cosa es cierta, hemos conseguido rectificar la tensión de entrada ya que Vo es siempre positiva. Aunque posteriormente podamos filtrar esta señal y conseguir mejor calidad este esquema no se suele usar demasiado.

Rectificador en puente

El rectificador mas usado es el llamado rectificador en puente, su esquema es el siguiente:

Cuando Vi es positiva los diodos D2 y D3 conducen, siendo la salida Vo igual que la entrada Vi

Cuando Vi es negativa los diodos D1 y D4 conducen, de tal forma que se invierte la tensión de entrada Vi haciendo que la salida vuelva a ser positiva.

El resultado es el siguiente:

Vemos en la figura que todavía no hemos conseguido una tensión de salida demasiado estable, por ello, será necesario filtrarla después.

Es tan común usar este tipo de rectificadores que se venden ya preparados los cuatro diodos en un solo componente. Suele ser recomendable usar estos puentes rectificadores, ocupan menos que poner los cuatro diodos y para corrientes grandes vienen ya preparados para ser montados en un radiador. Este es el aspecto de la mayoría de ellos:

Tienen cuatro terminales, dos para la entrada en alterna del transformador, uno la salida positiva y otro la negativa o masa. Las marcas en el encapsulado suelen ser:

~ Para las entradas en alterna

+ Para la salida positiva

- Para la salida negativa o masa.

Rectificador a dos diodos

La forma de la onda de salida es idéntica a la del rectificador en puente, sin embargo este rectificador precisa de un transformador con toma media en el secundario. Un transformador de este tipo tiene una conexión suplementaria en la mitad del arrollamiento secundario:

Normalmente se suele tomar como referencia o masa la toma intermedia, de esta forma se obtienen dos señales senoidales en oposición de fase. dos señales de este tipo tienen la siguiente forma:

El esquema del rectificador con dos diodos es el siguiente:

Tal y como son las tensiones en A y en B nunca podrán conducir ambos diodos a la vez. Cuando A sea positiva (B negativa) el ánodo de D1 estará a mayor tensión que su cátodo, provocando que D1 conduzca. Cuando B sea positiva (A negativa) el ánodo de D2 estará a mayor tensión que su cátodo, provocando que D2 conduzca. Obteniéndose la misma forma de Vo que con el puente rectificador:

La ventaja de este montaje es que solo utiliza dos diodos y solo conduce uno cada vez.

Caída de tensión en los diodos:

Cuando hablábamos de los diodos decíamos que eran como interruptores que se abren y se cierran según la tensión de sus terminales. Esto no es del todo correcto, cuando un diodo está cerrado tiene una caída de tensión de entre 0,7 voltios y 1 voltio, dependiendo de la corriente que este conduciendo esta caída puede ser mayor.

Esto quiere decir que por cada diodo que este conduciendo en un momento determinado se "pierde" un voltio aproximadamente.

En el rectificador de un diodo conduce solamente un diodo a la vez, por lo tanto la tensión de pico Vmax de la salida será un voltio inferior a la de la Vmax de entrada. Por ejemplo: supón que tienes un transformador de 6 V y quieres saber la tensión de pico que te queda cuando le pones un rectificador de un diodo, la tensión de salida de pico Vmax será la siguiente:

Vmax = 6 * 1.4142 - 1 = 7,5 V

En el rectificador en puente conducen siempre dos diodos a la vez, se dice que conducen dos a dos, por lo tanto la tensión de pico de la salida Vmax será dos voltios inferior a la Vmax de entrada. Por ejemplo: supón el mismo transformador de 6 voltios y quieres saber la tensión de pico que te queda al ponerle un rectificador en puente, la tensión de salida de pico Vmax será la siguiente:

Vmax = 6 * 1.4142 - 2 = 6,5 V

Quizás te extrañe que el rectificador en puente sea el mas usado pese a que "pierde" mas voltios. Pero ten en cuenta que la forma de onda del rectificador con un diodo y el rectificador en puente no son iguales y al final acaba rindiendo mucho mejor el puente de diodos.

El filtro:

La tensión en la carga que se obtiene de un rectificador es en forma de pulsos. En un ciclo de salida completo, la tensión en la carga aunmenta de cero a un valor de pico, para caer despues de nuevo a cero. Esta no es la clase de tensión continua que precisan la mayor parte de circuitos electrónicos. Lo que se necesita es una tensión constante, similar a la que produce una batería. Para obtener este tipo de tensión rectificada en la carga es necesario emplear un filtro.

El tipo mas común de filtro es el del condensador a la entrada, en la mayoría de los casos perfectamente válido. Sin embargo en algunos casos puede no ser suficiente y tendremos que echar mano de algunos componentes adicionales.

Filtro con condensador a la entrada:

Este es el filtro mas común y seguro que lo conocerás, basta con añadir un condensador en paralelo con la carga (RL), de esta forma:

Todo lo que digamos en este apartado será aplicable también en el caso de usar el filtro en un rectificador en puente.

Cuando el diodo conduce el condensador se carga a la tensión de pico Vmax. Una vez rebasado el pico positivo el condensador se abre. ¿Por que? debido a que el condensador tiene una tensión Vmax entre sus extremos, como la tensión en el secundario del transformador es un poco menor que Vmax el cátodo del diodo esta a mas tensión que el ánodo. Con el diodo ahora abierto el condensador se descarga a través de la carga. Durante este tiempo que el diodo no conduce el condensador tiene que "mantener el tipo" y hacer que la tensión en la carga no baje de Vmax. Esto es prácticamente imposible ya que al descargarse un condensador se reduce la tensión en sus extremos.

Cuando la tensión de la fuente alcanza de nuevo su pico el diodo conduce brevemente recargando el condensador a la tensión de pico. En otras palabras, la tensión del condensador es aproximadamente igual a la tensión de pico del secundario del transformador (hay que tener en cuenta la caída en el diodo). La tensión Vo quedará de la siguiente forma:

La tensión en la carga es ahora casi una tensión ideal. Solo nos queda un pequeño rizado originado por la carga y descarga del condensador. Para reducir este rizado podemos optar por construir un rectificador en puente: el condensador se cargaría el doble de veces en el mismo intervalo teniendo así menos tiempo para descargarse, en consecuencia el rizado es menor y la tensión de salida es mas cercana a Vmax.

Otra forma de reducir el rizado es poner un condensador mayor, pero siempre tenemos que tener cuidado en no pasarnos ya que un condensador demasiado grande origina problemas de conducción de corriente por el diodo y, por lo tanto, en el secundario del transformador (la corriente que conduce el diodo es la misma que conduce el transformador).

Efecto del condensador en la conducción del diodo:

Como venimos diciendo hasta ahora, el diodo solo conduce cuando el condensador se carga. Cuando el condensador se carga aumenta la tensión en la salida, y cuando se descarga disminuye, por ello podemos distinguir perfectamente en el gráfico cuando el diodo conduce y cuando no. En la siguiente figura se ha representado la corriente que circula por el diodo, que es la misma que circula por el transformador:

La corriente por el diodo es a pulsos, aquí mostrados como rectángulos para simplificar. Los pulsos tienen que aportar suficiente carga al condensador para que pueda mantener la corriente de salida constante durante la no conducción del diodo. Esto quiere decir que el diodo tiene que conducir "de vez" todo lo que no puede conducir durante el resto del ciclo. Es muy normal, entonces, que tengamos una fuente de 1 Amperio y esos pulsos lleguen hasta 10 Amperios o mas. Esto no quiere decir que tengamos que poner un diodo de 10 amperios, Un 1N4001 aguanta 1 amperio de corriente media y pulsos de hasta 30 amperios.

Si ponemos un condensador mayor reducimos el rizado, pero al hacer esto también reducimos el tiempo de conducción del diodo, Como la corriente media que pasa por los diodos será la misma (e igual a la corriente de carga) los pulsos de corriente se hacen mayores:

Y esto no solo afecta al diodo, al transformador también, ya que a medida que los pulsos de corriente se hacen mas estrechos (y mas altos a su vez) la corriente eficaz aumenta. Si nos pasamos con el condensador podríamos encontrarnos con que tenemos un transformador de 0,5 A y no podemos suministrar mas de 0,2 A a la carga (por poner un ejemplo).

Valores recomendables para el condensador en un RECTIFICADOR EN PUENTE:

Si quieres ajustar el valor del condensador al menor posible esta fórmula te dará el valor del condensador para que el rizado sea de un 10% de Vo (regla del 10%):

C = (5 * I) / (f * Vmax)

donde:

C: Capacidad del condensador del filtro en faradios

I: Corriente que suministrará la fuente

f: frecuencia de la red

Vmax: tensión de pico de salida del puente (aproximadamente Vo)

Si se quiere conseguir un rizado del 7% puedes multiplicar el resultado anterior por 1,4, y si quieres un rizado menor resulta mas recomendable que uses otro tipo de filtro o pongas un estabilizador.

Ejemplo práctico:

Se desea diseñar una fuente de alimentación para un circuito que consume 150 mA a 12V. El rizado deberá ser inferior al 10%. Para ello se dispone de un transformador de 10 V y 2,5 VA y de un rectificador en puente. Elegir el valor del Condensador:

1.- Calculamos la corriente que es capaz de suministrar el transformador para determinar si será suficiente, esta corriente tendrá que ser superior a la corriente que consume el circuito que vamos a alimentar

It = 2,5 / 10 = 250 mA

Parece que sirve, como calcularlo resulta bastante mas complicado nos fiaremos de nuestra intuición. Ten en cuenta siempre que el transformador tiene que ser de mas corriente de la que quieras obtener en la carga.

2.- Calculamos la Vmax de salida del puente rectificador teniendo en cuenta la caída de tensión en los diodos (conducen dos a dos).

Vmax = 10 * 1,4142 - 2 = 12,14 V

Esta será aproximadamente la tensión de salida de la fuente.

3.- Calculamos el valor del condensador según la fórmula del 10%, la I es de 150 mA la f es 50 Hz en Europa y la Vmax es 12,14 V:

C = (5 * 0,15) / (50 * 12,14) = 0,0012355 F

C = 1235,5 µF

tomaremos el valor mas aproximado por encima.

Filtros Pasivos RC y LC:

Con la regla del 10 por 100 se obtiene una tensión continua en la carga de aproximadamente el 10%. Antes de los años setenta se conectaban filtros pasivos entre el condensador del filtro y la carga para reducir el rizado a menos del 1%. La intención era obtener una tensión continua casi perfecta, similar a la que proporciona una pila. En la actualidad es muy raro ver filtros pasivos en diseños de circuitos nuevos, es mas común usar circuitos estabilizadores de tensión. Sin embargo estos estabilizadores tienen sus limitaciones y es posible que no te quede mas remedio que usar un filtro pasivo.

Filtro RC:

La figura muestra dos filtros RC entre el condensador de entrada y la resistencia de carga. El rizado aparece en las resistencias en serie en lugar de hacerlo en la carga. Unos buenos valores para las resistencias y los condensadores serían:

R = 6,8 O

C = 1000 µF

Con estos valores cada sección atenúa el rizado en un factor de 10, puedes poner una, dos, tres secciones. No creo que necesites mas.

La desventaja principal del filtro RC es la pérdida de tensión en cada resistencia. Esto quiere decir que el filtro RC es adecuado solamente para cargas pequeñas. Es muy útil cuando tienes un circuito digital controlando relés, en ocasiones estos relés crean ruidos en la alimentación provocando el mal funcionamiento del circuito digital, con una sección de este filtro para la alimentación digital queda solucionado el problema.

La caída de tensión en cada resistencia viene dada por la ley de Ohm:

V = I * R

donde I es la corriente de salida de la fuente y R la resistencia en serie con la carga.

Filtro LC:

Cuando la corriente por la carga es grande, los filtros LC de la figura presentan una mejora con respecto a los filtros RC. De nuevo, la idea es hacer que el rizado aparezca en los componentes en serie, las bobinas en este caso. Además, la caída de tensión continua en las bobinas es es mucho menos porque solo intervienen la resistencia de los arrollamientos.

Los condensadores pueden ser de 1000 µF y las bobinas cuanto mas grandes mejor. Normalmente estas últimas suelen ocupar casi tanto como el transformador y, de hecho, parecen transformadores, menos mal que con una sola sección ya podemos reducir el rizado hasta niveles bajísimos.

El regulador:

Un regulador o estabilizador es un circuito que se encarga de reducir el rizado y de proporcionar una tensión de salida de la tensión exacta que queramos. En esta sección nos centraremos en los reguladores integrados de tres terminales que son los mas sencillos y baratos que hay, en la mayoría de los casos son la mejor opción.

Este es el esquema de una fuente de alimentación regulada con uno de estos reguladores:

Si has seguido las explicaciones hasta ahora no te costará trabajo distinguir el transformador, el puente rectificador y el filtro con condensador a la entrada. Suele ser muy normal ajustar el condensador según la regla del 10%

Es muy corriente encontrarse con reguladores que reducen el rizado en 10000 veces (80 dB), esto significa que si usas la regla del 10% el rizado de salida será del 0.001%, es decir, inapreciable.

Las ideas básicas de funcionamiento de un regulador de este tipo son:

. La tensión entre los terminales Vout y GND es de un valor fijo, no variable, que dependerá del modelo de regulador que se utilice.

. La corriente que entra o sale por el terminal GND es prácticamente nula y no se tiene en cuenta para analizar el circuito de forma aproximada. Funciona simplemente como referencia para el regulador.

. La tensión de entrada Vin deberá ser siempre unos 2 o 3 V superior a la de Vout para asegurarnos el correcto funcionamiento.

Reguladores de la serie 78XX:

Este es el aspecto de un regulador de la serie 78XX. Su característica principal es que la tensión entre los terminales Vout y GND es de XX voltios y una corriente máxima de 1A. Por ejemplo: el 7805 es de 5V, el 7812 es de 12V... y todos con una corriente máxima de 1 Amperio. Se suelen usar como reguladores fijos.

Existen reguladores de esta serie para las siguientes tensiones: 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18 y 24 voltios. Se ponen siguiendo las indicaciones de la página anterior y ya esta, obtenemos una Vout de XX Voltios y sin rizado.

Es posible que tengas que montar el regulador sobre un radiador para que disipe bien el calor, pero de eso ya nos ocuparemos mas adelante.

Reguladores de la serie 79XX:

El aspecto es como el anterior, sin embargo este se suele usar en combinación con el 78XX para suministrar tensiones simétricas. la tensión entre Vout y GND es de - XX voltios, por eso se dice que este es un regulador de tensión negativa. La forma de llamarlos es la misma: el 7905 es de 5V, el 7912 es de 12... pero para tensiones negativas.

Una fuente simétrica es aquella que suministra una tensión de + XX voltios y otra de - XX voltios respecto a masa. Para ello hay que usar un transformador con doble secundario, mas conocido como "transformador de toma media" o "transformador con doble devanado". En el siguiente ejemplo se ha empleado un transformador de 12v + 12v para obtener una salida simétrica de ± 12v:

El valor de C puedes ajustarlo mediante la regla del 10%.

Regulador ajustable LM317:

Este regulador de tensión proporciona una tensión de salida variable sin mas que añadir una resistencia y un potenciómetro. Se puede usar el mismo esquema para un regulador de la serie 78XX pero el LM317 tiene

mejores características eléctricas. El aspecto es el mismo que los anteriores, pero este soporta 1,5A. el esquema a seguir es el siguiente:

En este regulador, como es ajustable, al terminal GND se le llama ADJ, es lo mismo.

La tensión entre los terminales Vout y ADJ es de 1,25 voltios, por lo tanto podemos calcular inmediatamente la corriente I1 que pasa por R1:

I1 = 1,25 / R1

Por otra parte podemos calcular I2 como:

I2 = (Vout - 1,25) / R2

Como la corriente que entra por el terminal ADJ la consideramos despreciable toda la corriente I1 pasará por el potenciómetro R2. es decir:

I1 = I2

1,25 / R1 = (Vout - 1,25) / R2

que despejando Vout queda:

Vout = 1,25 * (1 + R2/R1)

Si consultas la hoja de características del LM317 verás que la fórmula obtenida no es exactamente esta. Ello es debido a que tiene en cuenta la corriente del terminal ADJ. El error cometido con esta aproximación no es muy grande pero si quieres puedes usar la fórmula exacta.

Observando la fórmula obtenida se pueden sacar algunas conclusiones: cuando ajustes el potenciómetro al valor mínimo (R2 = 0O) la tensión de salida será de 1,25 V. Cuando vayas aunmentando el valor del potenciómetro la tensión en la salida irá aumentando hasta que llegue al valor máximo del potenciómetro.

Por lo tanto ya sabemos que podemos ajustar la salida desde 1,25 en adelante. En realidad el fabricante nos avisa que no pasemos de 30V.

Cálculo de R1 y R2:

Los valores de R1 y R2 dependerán de la tensión de salida máxima que queramos obtener. Como solo disponemos de una ecuación para calcular las 2 resistencias tendremos que dar un valor a una de ellas y calcularemos la otra.

Lo mas recomendable es dar un valor de 240O a R1 y despejar de la última ecuación el valor de R2 (el potenciómetro). La ecuación queda de la siguiente manera:

R2 = (Vout - 1,25) * (R1/1,25)

Por ejemplo:

Queremos diseñar una fuente de alimentación variable de 1,25 a 12v. Ponemos que R1 = 240O. Solo tenemos que aplicar la última fórmula con Vout = 12 y obtenemos R2:

R2 = (12 - 1,25) * (240 / 1,25) = 2064 O

El valor mas próximo es el de 2 KO, ya tendríamos diseñada la fuente de alimentación con un potenciómetro R2 de 2 KO y una resistencia R1 de 240 O.

En teoría podemos dar cualquier valor a R1 pero son preferibles valores entre 100O y 330O.

Regulador Ajustable de potencia LM350:

El LM317 es muy útil para conseguir tensiones variables, sin embargo no es capaz de suministrar mas de 1,5A a la carga. El LM350 es otro regulador variable que funciona exactamente igual que el LM317, con la diferencia de que este es capaz por si solo de suministrar 3A.

Para conseguir mas de 3 A podemos acudir al siguiente esquema que utiliza un transistor de paso para ampliar la corriente:

En este circuito, la resistencia de 0,6 O se usa para detectar la máxima corriente que pasará por el regulador. Cuando la corriente es menor de 1 A, la tensión en bornes de los 0,6 O es menor que 0,6 V y el transistor está cortado. En este caso el regulador de tensión trabaja solo.

Cuando la corriente de carga es mayor de 1 A, la tensión en bornes de los 0,6 O es mayor de 0,6 V y el transistor entra en conducción. este transistor exterior suministra la corriente de carga extra superior a 1 A. En definitiva, el regulador solamente conducirá una corriente poco superior a 1 A mientras que el transistor conducirá el resto, por ello podríamos cambiar tranquilamente en este circuito el LM350 por un LM317.

La resistencia de 0,6 O será de 3 o 4 W dependiendo del transistor empleado.

Si montamos el circuito con un transistor TIP32 podremos obtener 4 A, ya que el TIP32 soporta una corriente máxima de 3A. Y si lo montamos con un MJ15016 podemos llegar hasta 16A. Puedes usar cualquier otro transistor de potencia PNP.

Disipación de potencia en los reguladores:

Cuando un regulador esta funcionando se calienta. Esto es debido a que parte de la potencia tomada del rectificador es disipada en el regulador. La potencia disipada depende de la corriente que se esté entregando a la carga y de la caída de tensión que haya en el regulador.

La figura muestra un regulador funcionando. La corriente que lo atraviesa es la corriente de la carga IL. Recordemos también que para que un regulador funcione correctamente la tensión de entrada Vin tenia que ser mayor que la tensión de salida Vout. Por lo tanto la caída de tensión en el regulador Vr será:

Vr = Vin - Vout

Y la potencia disipada vendrá dada por la la siguiente ecuación:

PD = Vr * IL

Los reguladores que hemos visto son capaces de disipar una potencia de 2 o 3 W como mucho por si solos. Si se llega a esta potencia es necesario montarlos sobre unos radiadores adecuados, que serán mas grandes cuanta mas potencia queramos disipar.

Para evitar que la potencia disipada sea lo menor posible tendrás que procurar que Vin no sea mucho mayor que Vout.

Ejemplo 1:

Tenemos una fuente de alimentación variable desde 1,25v a 15v y 0,5A con un LM317. Como la tensión máxima de salida son 15v, la tensión de entrada al regulador tendrá que ser de 18v mas o menos. Vamos a calcular la potencia que disipa el regulador cuando ajustamos la fuente a 15v, 4v y 2v En todos los casos la corriente de salida será 0,5A.

a 15v la caída de tensión en el regulador será de 18 - 15 = 3V, la corriente es 0,5 A luego:

PD = 3 * 0,5 = 1,5 W

a 4v la caída de tensión en el regulador será de 18 - 4 = 14v, la corriente es 0,5A luego:

PD = 14 * 0,5 = 7 W

a 2v la caída de tensión en el regulador será de 18 - 2 = 16v, la corriente es 0,5A luego:

PD = 16 * 0,5 = 8 W

Fíjate que hemos hecho los cálculos para el mejor de los casos en el que nos hemos preocupado de que la tensión de entrada al regulador no sea mas de la necesaria, aun así tenemos que poner un radiador que pueda disipar poco mas de 8W. Es un radiador bastante grande para una fuente de medio amperio nada mas. Este es un problema que surge cuando queremos diseñar una fuente con un alto rango de tensiones de salida. Prueba a hacer el cálculo para una fuente variable hasta 30v y 1A, salen mas de 30 W.

Ejemplo 2:

Queremos una fuente fija con una salida de 5V y 0.5A, vamos a calcular la potencia que se disipa en el regulador usando un transformador de 7 voltios y otro de 12 voltios.

para el transformador de 7 voltios: La Vmax de salida del transformador será 7 * 1,4142 = 9,9v descontando la caída en los diodos del puente serán 7,9v a la entrada del regulador. Como la salida es de 5v la potencia disipada PD será:

PD = (7,9 - 5) * 0,5 = 1,45 W

para el transformador de 12 voltios: La Vmax de salida del transformador será 12 * 1,4142 = 16,9v descontando la caída en los diodos del puente serán 14,9v a la entrada del regulador. Como la salida es de 5v la potencia disipada PD será:

PD = (14,9 - 5) * 0,5 = 4,95 W

Con los dos transformadores estaríamos consiguiendo una salida de 5v y 0,5 A, sin embargo, con el de 12V nos haría falta poner un radiador en el regulador que nos podríamos haber ahorrado comprando un transformador de 7V.

DIODOS PARA APLICACIONES ESPECIALES

Los objetivos de este tema serán los siguientes:

Saber utilizar el diodo Zener y calcular algunos valores relacionados con su uso. Enumerar algunos dispositivos optoelectrónicos y describir su comportamiento. Describir dos ventajas de los diodos Schottky en comparación con los demás

diodos. Explicar el funcionamiento de un varicap. Enumerar cuatro parámetros de interés en la hoja de características de un diodo

Zener.

El diodo Zener

Característica

Modelo ideal (1ª aproximación)

2ª aproximación

La aplicación de estos diodos se ve en los Reguladores de Tensión y actúa como dispositivo de tensión constante (como una pila).

Símbolo:

Característica

Su gráfica es de la siguiente forma:

Un diodo normal también tiene una zona de ruptura, pero no puede funcionar en él, con el Zener si se puede trabajar en esa zona.

La potencia máxima que resiste en la "Zona de Ruptura" ("Zona Zener"):

En la zona de ruptura se produce el "Efecto Avalancha" ó "Efecto Zener", esto es, la corriente aumenta bruscamente.

Para fabricar diodos con un valor determinado de tensión de ruptura (Vz) hay que ver la impurificación porque Vz es función de la impurificación (NA ó ND), depende de las impurezas.

La zona de ruptura no es una vertical, realmente tiene una inclinación debida a Rz:

En un "Diodo Zener Real" todos son curvas, pero para facilitar los cálculos se aproxima siempre.

Las aproximaciones para el zener son estas:

Modelo ideal (1ª aproximación)

Si buscamos su equivalente veremos que es una pila con la tensión VZ.

Esto solo es válido entre IZmín y IZmáx.

2ª aproximación

Como en el caso anterior lo sustituimos por un modelo equivalente:

El circuito es un limitador con diodos zener. En este circuito, cuando un diodo esta polarizado en directa, el otro diodo lo estará en inversa.

Se utiliza la segunda aproximación de los diodos.

Podemos variar la escala de la gráfica modificando la escala del eje y.

Cada vez que se introduzcan nuevos datos, pulsar el botón "Calcular".

Para realización de esta simulación se han tomado estas equivalencias:

RL = Rload VL = Vload

El Regulador Zener

Regulador de tensión en vacío (sin carga)

Regulador de tensión con carga

Anteriormente habíamos visto este circuito:

Primeramente supondremos que están conectados directamente, por lo tanto vC = vL entonces:

Problemas que podemos tener:

RL variable (variaciones de carga). Variaciones de tensión de red (variaciones de red).

Debido a estos dos problemas la onda de salida de ese circuito puede variar entre dos valores y como nuestro objetivo es obtener una tensión constante a la salida tendremos que hacer algo. Para resolver este problema ponemos un regulador de tensión basado en el diodo zener.

Ahora vamos a analizar este regulador de tensión.

Regulador de tensión en vacío (sin carga)

vS estará entre un mínimo y un máximo, y el regulador tiene que funcionar bien entre esos 2 valores (vSmáx y vSmín).En este caso vS lo pondremos como una pila variable.

Además para que funcione correctamente el zener tiene que trabajar en la zona de ruptura.

Para que esté en ruptura se tiene que cumplir:

Ejemplo: Comprobar si funciona bien el siguiente circuito:

Hay que ver si en la característica los valores se encuentran entre IZmín y IZmáx para comprobar si funciona bien.

Funciona bien porque se encuentra entre los dos valores (máximo y mínimo). La salida es constante, lo que absorbe la tensión que sobra es la R (que es la resistencia limitadora).

Regulador de tensión con carga

Para comprobar que estamos en ruptura calculamos el equivalente de Thevenin desde las bornas de la tensión VZ:

Como en el anterior caso los valores del circuito tienen que estar entre un máximo y un mínimo:

El zener absorbe la corriente sobrante (IZ variable) y la resistencia (R) la tensión sobrante. Entonces a la salida la forma de la onda es la siguiente:

2ª aproximación

El circuito equivalente sería de la siguiente forma:

A ese circuito se le aplica la superposición:

Como la superposición es la suma de estos 2 circuitos la solución será esta:

Con esto se ve que lo que hace el zener es "Amortiguar el rizado". Veamos cuanto disminuye el rizado:

Ejemplo: 1N961 VZ = 10 V RZ = 8,5 V VRentr. = 2 V

Si quiero disminuir más el rizado pondría otro regulador que disminuiría más el rizado pico a pico:

Coeficiente de temperatura

Anteriormente habíamos visto que dependiendo de la impurezas que tengamos se puede conseguir un zener con distinto VZ (diferentes tipos de zener).

Además esto es para una misma temperatura, pero si se varía la temperatura se comporta de otra manera, veámoslo con un ejemplo:

Ejemplo:

En este caso el zener tiene un "Coeficiente de Temperatura Negativo" (porque al aumenta la temperatura disminuye VZ). Esto les ocurrirá a todos los zener hasta VZ = 5 V. Veamos que ocurre cuando tenemos un valor mayor de VZ.

Ejemplo: VZ = 15 V

Ocurre todo lo contrario que antes, la VZ aumenta con la temperatura, este zener tiene un "Coeficiente de temperatura positivo". Y esto ocurre para todos los zener de 6 V en adelante.

La razón por lo que pasa eso es porque para menos de 5 V se da el "Efecto Zener". Pero a partir de 6 V se da el "Efecto Avalancha".

¿Que hacer si queremos alimentar una carga a 11 V?

Si queremos que no varié mucho es mejor que pongamos 2 de 5,5 V porque no varían tanto con la temperatura. Para que la tensión sea más estable y no varíe tanto con la temperatura.

Otro tipo de encapsulado que tiene 2 diodos dentro es este:

En este caso tenemos un diodo normal y un zener. En este caso además de compensarse es bastante estable.

Ejemplo:

Es un convertidor CC/CC (continua en continua). Convierte 18 V en 10 V. ¿Cómo funciona? Hay que ver si el zener trabaja en ruptura.

Pero todavía hay que ver la corriente, veamos tres casos:

Recordar para estar en ruptura se tenía que cumplir:

Hoja de características de un zener

Vamos a ver el calculo de los valores a partir de la hoja de características con un ejemplo.

Ejemplo: 1N759 VZ = 12 V IZT = 20 mA

El fabricante suele dar un valor intermedio de Vz y IzT.(corriente de prueba, valor al que el fabricante a hecho esa prueba).

Al ser una curva, su pendiente varía y su Rz también, entonces el fabricante suele dar el valor en ese punto:

RZ = ZZT = 30 W a IZT = 20 mA

IZmáx = 30 / 35 mA (esta variación entre diodos iguales es debida a la tolerancia).

Haciendo algunos cálculos:

PZ = VZ*IZ = 12*30 = 360 mW = 12*35 = 420 mW

Tolerancia: En cuanto a la tensión zener (VZ):

Serie 1N746 (1N746 al 1N759) ± 10 %

Serie 1N746A (1N746A al 1N759A) ± 5 %

Ejemplo: 1N759 VZ = 12 V ± 10 % (13,2 V y 10,8 V) 1N759A VZ = 12 V ± 5 % (12,6 V y 11,4 V)

Dispositivos Optoelectrónicos

diodo led

Display de 7 segmentos

el fotodiodo

el optoacoplador

Son los dispositivos que están relacionados con la luz:

Diodo LED. Fotodiodo.

Display de 7 segmentos.

Optoacoplador.

diodo led

Es un diodo emisor de luz. Símbolo:

Se basa en:

El negativo de la pila repele a los electrones que pasan de n a p, se encuentran en p con un hueco, se recombina con él y ya no es electrón libre, al bajar de BC a BV pierde una energía E que se desprende en forma de luz (fotón de luz).

Diferencias entre un diodo normal y un LED:

Diodo normal, E en forma de calor. Diodo LED, E en forma de fotón.(E = h*f, h = cte de Planck, f = frecuencia que da color a esa luz).

Diodo normal hecho de silicio. Diodo LED hecho de As, P, Ga y aleaciones entre ellas. Para cada material de estos la distancia de BC y BV es distinta y así hay distintos colores, y mezclándolos se consiguen todos, hasta de luz invisible al ojo humano.

Aplicación:

Lámparas de señalización. Alarmas (fotones no visibles).

Etc...

El diodo LED siempre polarizado en directa, y emitirá luz.

Podemos usar esto en una fuente de alimentación que hemos dado.

La intensidad del LED:

Normalmente para el valor de 10 mA se suelen encender (ver en el catálogo). La tensión en el LED:

Diferencia con el silicio, la tensión es mayor. Cuando no dice nada se coge VLED = 2 V.

Aquí el diodo LED es un indicador que nos dice si la fuente de alimentación está encendida o apagada.

Ejemplo: TIL 222 LED verde VLED = 1,8 : 3 V

Hay que ver que luz da, si funciona bien en ese rango de valores. Se sacan las intensidades para los 2 extremos:

La corriente varía muy poco, lo que implica que la iluminación varía muy poco, está muy bien diseñado.

Ejemplo:

No es muy buen diseño porque la intensidad varía bastante, y la iluminación varía mucho.

Conclusión: Los circuitos con tensiones grandes y resistencias grandes funcionan bien, por lo tanto, si se pueden tomar valores grandes.

Display de 7 segmentos

Son 7 diodos LED:

Se utiliza en electrónica digital con + 5 V y 0 V.

Ejemplo: El 7:

En este ejemplo se han encendido los LED A, B y C.

En esta applet podemos ver los distintos dígitos que se pueden conseguir utilizando el display de 7 segmentos.

Al pulsar cada botón aparecerá el dígito respectivo.

el fotodiodo

Recibe luz, al contrario que el led:

Se usa en polarización Inversa. Diodo normal en inversa:

Cuando se coloca una pila en inversa, el negativo atrae a los huecos y los saca de la unión con el ión ( lo mismo con el positivo y los electrones). Pero se llega a un equilibrio, un equilibrio con una W (anchura de z.c.e.) concreta.

Y no tenemos ni huecos ni electrones en la z.c.e. (W) y esa unión me la pueden pasar los portadores (h y e) (solo quedan los iones en la W).

Hay una pequeña generación térmica y los pares h-e que se crean se recombinan antes de llegar a W... No sirve para nada, se recombinan pero los que se generan cerca de la unión pueden cruzar y los minoritarios sirven para cruzar y tenemos e hacia la izquierda y h hacia la derecha. Tenemos así una corriente inversa de saturación que es muy pequeña. Otra corriente que tenemos es la If que es también pequeña.

Se suele coger la corriente de p hacia n, en la realidad es al revés, por eso I = -IS - If, es negativa.

En un fotodiodo además de la generación térmica se le suma la "Generación por energía luminosa", que la crean los fotones que atacan cerca de la unión formando más pares h-e y por lo tanto más corriente. Entonces tenemos:

Y la corriente es mayor:

Aumenta en valor absoluto. Es para convertir energía luminosa en energía eléctrica.

Aplicación: Las placas solares están basadas en los fotodiodos. Si los pongo en paralelo es el doble, por eso se ponen muchos.

Pero el rendimiento es pequeño todavía. En fotodiodos interesa que la luz se de cerca de la unión por eso están pintadas de negro en todo excepto cerca de la unión.

el optoacoplador

Es un encapsulado con 4 patillas, también de negro, para que no salga luz de dentro hacia fuera.

Si vario la pila varía ILED, varía la iluminación que recibe el fotodiodo, varía su corriente I. Esta variación de V afecta a la I y esta a la tensión en RL. En realidad ese circuito es como:

Pero el fotodiodo sirve para aislar, puede dar problemas conectar directamente a la carga.

Ejemplo: Conectar un torno, le tengo que pasar información con un control numérico.

Le mando información en 5 V y 0 V y como es un ambiente malo puede haber información que varía, picos problemas (o vuelven del torno picos). Hay que aislar un circuito de control (CNC) de la máquina que voy a controlar.

El optoacoplador suele quitar los picos, amortigua los parásitos, no reacciona tan bruscamente a la luz y se reducen esos picos problemáticos.

Aplicación: Osciloscopio

Tiene problemas de tierra. Se puede hacer un cortocircuito entre las 2 tierras

Solución poner un Optoacoplador para medir lo que se quiera.

Ahora si se puede y no tenemos el cortocircuito que teníamos anteriormente.

El diodo Schottky

A frecuencias bajas un diodo normal puede conmutar fácilmente cuando la polarización cambia de directa a inversa, pero a medida que aumenta la frecuencia el tiempo de conmutación puede llegar a ser muy alto, poniendo en peligro el dispositivo.

El diodo Schottky es la solución ya que puede conmutar más rápido que un diodo normal. El diodo Schottky con polarización directa tiene 0,25 V de barrera de potencial frente a los 0,7 V de un diodo normal. Puede rectificar con facilidad a frecuencias superiores a 300 MHz.

El Varicap

El Varicap (Epicap, capacidad controlada por tensión o diodo de sintonía) es un diodo que se comporta como un condensador donde la capacidad esta controlada por la tensión.

Las regiones p y n se comportan como las placas de un condensador y la zona de deplexión es como el dieléctrico.

En inversa la anchura de la "Zona de deplexión" aumenta con la tensión inversa y la capacidad disminuye.

Problemas

Problema 5.1.

Problema 5.2.

Problema 5.3.

Problema 5.1.

Queremos construir un circuito estabilizador (Regulador) que entregue a la salida una tensión de 5,1 V, sabiendo que la carga consume una ILmáx = 100 mA, siendo ILmín = 0 y que dispone de una alimentación que varía entre 9 V y 10 V. Los diodos zener de que se dispone son:

Elegir el componente que corresponda y diseñar el circuito.

Solución:

Hay que elegir el más barato que se pueda. Si cogemos el Z1:

Si se abre la carga por el zener irían 105 mA y como IZmáx = 78 mA no podría funcionar, se quemaría y se estropearía no la resistiría. Si probamos con Z2:

Veamos si es suficiente esa corriente, la peor suposición es ILmáx = 100 mA.

Si abrimos la carga los 150 mA van por el zener y como soporta hasta 294 mA si valdría, el Z2 es el adecuado. Ahora elegiremos la resistencia (R).

Tenemos dos puntos importantes para analizarlos:

Peligro de que el zener se quede sin corriente

Suposiciones críticas para ese punto:

El peor caso para que el zener se quede sin corriente es que vaya el máximo valor por RL o que vaya el mínimo de tensión por RL (9 V).

Si varío esa R por ejemplo a 30 W:

Disminuye la IZ al aumentar la R. Por lo tanto no puedo poner resistencias mayores que 26 W. Si ponemos resistencias menores que 26 W la intensidad zener aumenta y por lo tanto si se pueden poner.

En el otro punto peligroso.

Peligro de que el zener se queme

Entonces la resistencia esta entre estos dos valores:

Cualquier valor entre estos dos valores valdría, tomamos por ejemplo: R = 22 W. Vemos que ocurre en los 2 casos extremos:

Ahora que sabemos en que zona trabaja el zener tenemos que calcular de que potencia elegimos esa resistencia.

Peor caso: IZ = 222 mA P = (10-5,1)*222*10-3 = 1,08 W

Se coge una valor normalizado de 2 W.

Ahora vamos a ver el rango de valores por el que mueve la resistencia de carga (RL):

Calculo de la Recta de carga: Tomaremos el convenio de la figura con lo que nos saldrán la intensidad y la tensión negativas (en el tercer cuadrante).

Punto A

Punto B

Finalmente la representación gráfica de esas ecuaciones queda de la siguiente manera:

Las dos rectas de carga son paralelas. Los demás puntos están entre esas dos rectas paralelas.

Problema 5.2.

a) Un diodo zener que disipa una Pmáx = 0.2 W, regula a 5 V desde una IZmín = 5 mA. Se pretende construir un regulador de 5 V que regule desde IL = 0 hasta el valor máximo de IL. Suponiendo una vi = 20 V. Determinar el valor de la Resistencia, su potencia y la ILmáx.

Solución:

Primeramente calcularemos los puntos límite de ruptura del diodo zener:

Si la RL está en vacío, por la R va el máximo valor de la intensidad por el zener (IZmáx = 40 mA). Para calcular el valor máximo de la intensidad por la carga, vemos que por el zener la ILmín = 5 mA y como

hemos dicho que el valor máximo por R son 40 mA, entonces por la carga el máximo valor que irá será: ILmáx = 35 mA. Ahora calcularemos los valores de la resistencia (R), la tensión por la resistencia (VR) y la potencia por la resistencia (PR).

b) Suponiendo que se mantiene la R del apartado a) y que la RL es cte y de valor 200 W , hallar el valor máximo y mínimo de la tensión de entrada para que el circuito regule bien.

Solución:

Para calcular los valores máximo y mínimo de la tensión de entrada tengo que estar en los puntos límite del circuito.

Con lo que tenemos un rizado a la entrada entre esos 2 valores.

Problema 5.3.

En circuito estabilizador de la figura, los valores nominales son:

a) Calcular la Rlimitadora usando los valores nominales. Usar este valor para los siguientes apartados.

Solución:

Aplicamos la 2ª aproximación y sustituimos por el modelo de esa 2ª aproximación.

b) Se desea que la carga esté alimentada a una tensión de 5 V, con variaciones de corriente de 10 mA a 20 mA, si bien la nominal es de 20 mA. Si la ve tiene un rizado de + 12 % y -11 % con respecto al valor nominal de 10V, calcular el tanto por cien de la variación de IS entre 10 mA y 20 mA. Calcular la máxima potencia disipada por el diodo zener.

Solución:

Peligro de que el zener se quede sin corriente

La variación de este valor con respecto al ideal es de:

Peligro de que el zener se queme (aunque halla un margen de seguridad)

La variación respecto al ideal:

El zener sufre más en el caso 2 y su potencia será la máxima en este caso.

PZ = 5,2 50 = 260 mW

No se quemará con esta potencia porque el máximo valor el PZmáx = 400 mW

c) Variación en % de la tensión de salida para una variación de la intensidad de carga de ±55 % con respecto al valor nominal, con ve = cte.

Solución:

Ahora veremos lo que ocurre con un aumento de un 55 % de la intensidad en la carga:

Y si disminuimos un 55 % de la intensidad de la carga con respecto al valor nominal:

Si lo representamos gráficamente nos quedaría algo como esto:

El caso más ideal es el que tiene la curva de regulación más horizontal.

Códigos colores resistencias

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