REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

“SANTIAGO MARIÑO”

ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

EXTENSIÓN MATURÍN

EVALUACION SEGUNDO CORTE

Profesor: Autor:

Ing. Gregorio Patiño Br. Luis E. Quijada

Materia:

Electrónica de Potencia I

Maturín, Agosto de 2015

INDICE GENERAL

ContenidoINDICE DE FIGURAS...........................................................................................................3

INTRODUCCION..................................................................................................................4

CIRCUITO DE DIODOS.......................................................................................................5

RECORTADORES DE PRIMER Y SEGUNDO NIVEL......................................................9

CIRCUITO RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA.............................................................15

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA........................................................................19

DIODOS LED ( Light Emitting Diode)................................................................................27

FOTODIODO.......................................................................................................................28

DIODO DE CAPACIDAD VARIABLE (VARICAP).........................................................28

DIODO ZENER....................................................................................................................29

CONCLUSIONES................................................................................................................31

INDICE DE FIGURAS

Figura 1: Circuito I..................................................................................................................5

Figura 2: Circuito equivalente con diodo en inversa..............................................................5

Figura 3: Circuito equivalente con diodo en directa...............................................................6

Figura 4: Circuito Equivalente con diodo en conducción.......................................................7

Figura 5: Curva Característica del circuito I...........................................................................8

Figura 6: Circuito recortador...................................................................................................9

Figura 7: Curva de transferencia del circuito II....................................................................11

Figura 8: Representación de la tensión de salida en función del tiempo Circuito II...........12

Figura 9: Curva de transferencia del circuito III...................................................................14

Figura 10: Representación de la tensión de salida en función del tiempo del Circuito III.. .14

INTRODUCCION

Un diodo es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica

en una única dirección con características similares a un interruptor. Los diodos tienen

muchas aplicaciones, pero una de las más comunes es el proceso de conversión de corriente

alterna a corriente continua (C.C.)

Como se sabe, la función básica que realiza el diodo es dejar circular la corriente en un

solo sentido, y la principal aplicación práctica de dicha función es la conversión de

corriente alterna (ca) en corriente continua (cc); los circuitos que realizan esta función se

denominan rectificadores.

La aplicación más inmediata de un diodo es la rectificación de una señal alterna. Esta

rectificación puede hacerse con diversos propósitos, como por ejemplo la demodulación de

una señal de radiofrecuencia modulada en amplitud o la obtención de una tensión de

continua para la alimentación de los aparatos electrónicos. Por lo tanto se utilizará un

rectificador siempre que hay necesidad de continua mientras que la energía eléctrica está

disponible en alterna. Dado que la energía eléctrica casi siempre es generada y distribuida

en alterna, los rectificadores tienen un amplio campo de aplicación.

El diodo Zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con

independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la

resistencia de carga y temperatura

Se conoce como ruptura el punto donde la corriente inversa pasa de ser, idealmente, IS,

a aumentar de forma aparentemente descontrolada. Los mecanismos físicos que explican

este comportamiento no pueden ser tratados aquí, pero responden bien a un mecanismo de

túnel o bien a una ruptura de los enlaces de la red por impacto con un portador. Se conoce

como diodo Zener a aquel diodo específicamente diseñado para que su ruptura se produzca

reproduciblemente a una tensión predeterminada.

CIRCUITO DE DIODOS

Supongamos el circuito de la figura 1. La señal de entrada es vi = VM sen t. Vamos a

calcular la función de transferencia del circuito (vo = f(vi)) y la tensión de salida vo.

Figura 1: Circuito I

Los pasos a seguir para la resolución de este tipo de circuitos serán los siguientes:

1.- Suponer un estado del diodo.

2.- Sustituir el diodo por su modelo y resolver el circuito (cálculo de tensiones e

intensidades.

3.- Comprobar qué condición debe de cumplir la entrada para que el diodo esté en el estado

supuesto.

A) Suponemos que el diodo está en inversa (vD ≤ 0).

Sustituimos el diodo por su modelo equivalente. (En este caso una resistencia de valor Rr.)

Figura 2: Circuito equivalente con diodo en inversa

La condición que se debe de cumplir para que el diodo esté en inversa es que la corriente

circule en el sentido de cátodo a ánodo, es decir:

Por lo tanto:

B) Suponemos que el diodo está en directa pero no hay conducción (0 ≤ VD ≤ Vy)

Sustituimos el diodo por su modelo equivalente. En este caso un circuito abierto

V0 = 0

Figura 3: Circuito equivalente con diodo en directa.

La condición para que el diodo esté en corte es: 0 ≤ VD ≤ Vy

Por tanto:

C) Suponemos que el diodo está en conducción (vD ≥ Vy)

Sustituimos el diodo por su modelo equivalente. En este caso una resistencia de valor Rf

en serie con una fuente de tensión de valor Vy.

Figura 4: Circuito Equivalente con diodo en conducción

La condición que se debe de cumplir para que el diodo esté en conducción es que la

corriente circule en el sentido de ánodo a cátodo, es decir:

Por tanto:

En resumen:

Curva característica del circuito

Figura 5: Curva Característica del circuito I

A continuación representamos la tensión de salida vo (t) cuando la tensión de entrada es

vi =sen(wt)

RECORTADORES DE PRIMER Y SEGUNDO NIVEL

Resolución de un circuito recortador utilizando las aproximaciones de primer y segundo

nivel del diodo.

Vamos a resolver el circuito de la siguiente figura.

Figura 6: Circuito recortador.

1.- Resolución utilizando la primera aproximación

A) Supongamos que el diodo esta en inversa (vD ≤ 0).

La condición que se debe de cumplir para que el diodo esté en inversa es que la corriente

circule en el sentido de cátodo a ánodo, es decir:

Da como resultado:

B) Suponemos que el diodo está en directa pero no hay conducción (0 ≤ vD ≤ Vy)

La condición para que el diodo esté en corte es 0 ≤ vD ≤ Vy

C) Suponemos que el diodo está en conducción (vD≥Vy)

La condición que se debe de cumplir para que el diodo esté en conducción es que la

corriente circule en el sentido de ánodo a cátodo, es decir:

Resulta como valores:

Curva de transferencia del circuito

Figura 7: Curva de transferencia del circuito II

Representación de la tensión de salida en función del tiempo

Figura 8: Representación de la tensión de salida en función del tiempo C II

2.- Resolución utilizando la segunda aproximación

A) Supongamos que el diodo se encuentra en corte (VD ≤ Vy)

Dando como resultado:

B) Suponemos que el diodo está en conducción (vD ≥ Vy)

En este caso el análisis es exactamente igual que para el diodo en conducción aplicado para

el primer nivel, dando como resultado:

Curva de transferencia del circuito

Figura 9: Curva de transferencia del circuito III

Representación de la tensión de salida en función del tiempo

Figura 10: Representación de la tensión de salida en función del tiempo del Circuito III

CIRCUITO RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA

El rectificador de media onda es un circuito empleado para eliminar la parte negativa o

positiva de una señal de corriente alterna de lleno conducen cuando se polarizan

inversamente. Además su voltaje es positivo.

Polarización directa (Vi > 0)

En este caso, el diodo permite el paso de la corriente sin restricción. Los voltajes de salida y

de entrada son iguales, la intensidad de la corriente puede calcularse mediante la ley de

ohm.

Polarización inversa (Vi < 0)

En este caso, el diodo no conduce, quedando el circuito abierto. No existe corriente por el

circuito, y en la resistencia de carga RL no hay caída de tensión, esto supone que toda la

tensión de entrada estará en los extremos del diodo.

Vo = 0

Vdiodo = Vi

El circuito de la figura es un típico rectificador de media onda. El circuito se alimenta de

la red eléctrica (típicamente tensión alterna de 220 V eficaces y 50 Hz). A nosotros nos

interesará la tensión vi de entrada al rectificador propiamente dicho. Esta vendrá

determinada por la relación de transformación del transformador.

A) Supongamos que el diodo se encuentra en conducción.

B) Supongamos que el diodo se encuentra en corte.

Podemos observar como a partir de una tensión que tiene valores positivos y negativos

obtenemos una que únicamente toma valores positivos. En esto precisamente consiste la

rectificación.

- Calculo de la corriente

Conocida como es la tensión de salida vo, será fácil conocer la corriente que circula por la

resistencia que, en este caso es, evidentemente, la misma que circula por el diodo.

A la hora de realizar el circuito deberemos colocar un diodo cuya corriente máxima

rectificada promedio sea superior a la que debe de soportar el diodo en el circuito.

El valor eficaz de esta corriente será:

-Calculo de tensión en el diodo

Tendremos que calcular la tensión a la que está sometido el diodo, fijándonos sobre todo,

en el valor máximo de la tensión que soporta el diodo cuando está polarizado en inversa.

Si observamos el circuito, en todo momento se cumple VD = Vi - Vo

Por tanto

Por lo tantos vemos que el diodo debe ser capaz de soportar la tensión Vm

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA

Un rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir una señal de

corriente alterna de entrada (Vi) en corriente continua de salida (Vo) pulsante. A diferencia

del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se convierte en

positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una

señal positiva o negativa de corriente continua.

-Circuitos con puente de diodos

En la figura se representa un circuito rectificador de onda completa utilizando un puente

de diodos. A diferencia del caso anterior no necesitamos dos tensiones vi idénticas, por

tanto no necesitaremos un transformador con toma intermedia. Por otra parte, podemos

observar como ahora necesitamos 4 diodos en una configuración típica conocida como

puente de diodos.

La tensión de entrada al circuito rectificador es una sinusoidal de valor máximo VM.

V1= VM sen ( wt)

Resolvemos el circuito. Los casos posibles son:

A) Suponemos que los diodos D1 y D3 están en conducción y D2 y D4 en corte.

Para este caso V0 = V1

Por lo tanto:

B) Supongamos que los diodos D1 y D3 están en corte y D2 y D4 en conducción.

Tanto la curva de transferencia del circuito como la tensión en la carga son exactamente

iguales a las que teníamos en el apartado anterior.

- Cálculo de las corrientes.

Si las tensiones son iguales a las del caso anterior, lo mismo ocurrirá con las intensidades.

-Cálculos de las tensiones en los diodos

A diferencia del caso anterior, ahora toda la tensión del secundario llega a la carga. Los

diodos, en inversa, deberán de ser capaces de aguantar una tensión VM.

CONFIGURACIONES DE DIODOS.

DIODOS METAL-SEMICONDUCTOR

Los más antiguos son los de Germanio con punta de tungsteno o de oro. Su aplicación

más importante se encuentra en HF, VHF y UHF. También se utilizan como detectores en

los receptores de modulación de frecuencia. Por el tipo de unión que tiene posee una

capacidad muy baja, así como una resistencia interna en conducción que produce una

tensión máxima de 0,2 a 0,3v. El diodo Schottky son un tipo de diodo cuya construcción se

basa en la unión metal conductor con algunas diferencias respecto del anterior. Fue

desarrollado por la Hewlett-Packard en USA, a principios de la década de los 70. La

conexión se establece entre un metal y un material semiconductor con gran concentración

de impurezas, de forma que solo existirá un movimiento de electrones, ya que son los

únicos portadores mayoritarios en ambos materiales.

Al igual que el de germanio, y por la misma razón, la tensión de umbral cuando alcanza

la conducción es de 0,2 a 0,3v. Igualmente tienen una respuesta notable a altas frecuencias,

encontrando en este campo sus aplicaciones más frecuentes. Un inconveniente de esto tipo

de diodos se refiere a la poca intensidad que es capaz de soportar entre sus extremos. El

encapsulado de estos diodos es en forma de cilindro , de plástico o de vidrio. De

configuración axial. Sobre el cuerpo se marca el cátodo, mediante un anillo serigrafiado.

DIODOS RECTIFICADORES

Su construcción está basada en la unión PN siendo su principal aplicación como

rectificadores. Este tipo de diodos (normalmente de silicio) soportan elevadas temperaturas

(hasta 200ºC en la unión), siendo su resistencia muy baja y la corriente en tensión inversa

muy pequeña. Gracias a esto se pueden construir diodos de pequeñas dimensiones para

potencias relativamente grandes, desbancando así a los diodos termoiónicos desde hace

tiempo. Sus aplicaciones van desde elemento indispensable en fuentes de alimentación

como en televisión, aparatos de rayos X y microscopios electrónicos, donde deben

rectificar tensiones altísimas. En fuentes de alimentación se utilizan los diodos formando

configuración en puente (con cuatro diodos en sistemas monofásicos), o utilizando los

puentes integrados que a tal efecto se fabrican y que simplifican en gran medida el proceso

de diseño de una placa de circuito impreso. Los distintos encapsulados de estos diodos

dependen del nivel de potencia que tengan que disipar. Hasta 1w se emplean encapsulados

de plástico. Por encima de este valor el encapsulado es metálico y en potencias más

elevadas es necesario que el encapsulado tenga previsto una rosca para fijar este a un

radiador y así ayudar al diodo a disipar el calor producido por esas altas corrientes. Igual le

pasa a los puentes de diodos integrados.

DIODO RECTIFICADOR COMO ELEMENTO DE PROTECCIÓN

La desactivación de un relé provoca una corriente de descarga de la bobina en sentido

inverso que pone en peligro el elemento electrónico utilizado para su activación. Un diodo

polarizado inversamente cortocircuita dicha corriente y elimina el problema. El

inconveniente que presenta es que la descarga de la bobina es más lenta, así que la

frecuencia a la que puede ser activado el relé es más baja. Se le llama comúnmente diodo

volante.

DIODO RECTIFICADOR COMO ELEMENTO DE PROTECCIÓN DE UN DIODO

LED EN ALTERNA.

El diodo Led cuando se polariza en c.a. directamente conduce y la tensión cae sobre la

resistencia limitadora, sin embargo, cuando se polariza inversamente, toda la tensión se

encuentra en los extremos del diodo, lo que puede destruirlo.

DIODOS ZENER.

Se emplean para producir entre sus extremos una tensión constante e independiente de la

corriente que las atraviesa según sus especificaciones. Para conseguir esto se aprovecha la

propiedad que tiene la unión PN cuando se polariza inversamente al llegar a la tensión de

ruptura (tensión de Zener), pues, la intensidad inversa del diodo sufre un aumento brusco.

Para evitar la destrucción del diodo por la avalancha producida por el aumento de la

intensidad se le pone en serie una resistencia que limita dicha corriente. Se producen desde

3,3v y con una potencia mínima de 250mW. Los encapsulados pueden ser de plástico o

metálico según la potencia que tenga que disipar.

DIODOS LED ( Light Emitting Diode)

Es un diodo que presenta un comportamiento parecido al de un diodo rectificador sin

embargo, su tensión de umbral, se encuentra entre 1,3 y 4v dependiendo del color del

diodo.

El conocimiento de esta tensión es fundamental para el diseño del circuito en el que sea

necesaria su presencia, pues, normalmente se le coloca en serie una resistencia que limita la

intensidad que circulará por el. Cuando se polariza directamente se comporta como una

lamparita que emite una luz cuyo color depende de los materiales con los que se fabrica.

Cuando se polariza inversamente no se enciende y además no deja circular la corriente. La

intensidad mínima para que un diodo Led emita luz visible es de 4mA y, por precaución

como máximo debe aplicarse 50mA. Para identificar los terminales del diodo Led

observaremos como el cátodo será el terminal más corto, siendo el más largo el ánodo.

Además en el encapsulado, normalmente de plástico, se observa un chaflán en el lado en el

que se encuentra el cátodo. Se utilizan como señal visual y en el caso de los infrarrojos en

los mandos a distancia.

FOTODIODO

Son dispositivos semiconductores construidos con una unión PN, sensible a la

incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se

polarizarán inversamente, con lo que producirán una cierta circulación de corriente cuando

sean excitados por la luz. Debido a su construcción se comportan como células

fotovoltaicas, es decir, en ausencia de tensión exterior, generan una tensión muy pequeña

con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo. Tienen una velocidad de respuesta a

los cambios bruscos de luminosidad mayores a las células fotoeléctricas. Actualmente, y en

muchos circuitos estás últimas se están sustituyendo por ellos, debido a la ventaja

anteriormente citada.

DIODO DE CAPACIDAD VARIABLE (VARICAP)

Son diodos que basan su funcionamiento en el principio que hace que la anchura de la

barrera de potencial en una unión PN varia en función de la tensión inversa aplicada entre

sus extremos. Al aumentar dicha tensión, aumenta la anchura de esa barrera, disminuyendo

así la capacidad del diodo. De este modo se obtiene un condensador variable controlado por

tensión. Los valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500pF. La tensión inversa

mínima tiene que ser de 1v. La aplicación de estos diodos se encuentra en la sintonía de

TV, modulación de frecuencia en transmisiones de FM y radio, sobre todo.

DIODO ZENER

Los diodos zener, zener diodo o simplemente zener, son diodos que están diseñados para

mantener un voltaje constante en su terminales, llamado Voltaje o Tensión Zener (Vz)

cuando se polarizan inversamente, es decir cuando está el cátodo con una tensión positiva y

el ánodo negativa.

El diodo Zener es un diodo de cromo que se ha construido para que funcione en las

zonas de rupturas, recibe ese nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin Zener. El

diodo Zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con

independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la

resistencia de carga y temperatura.

Son mal llamados a veces diodos de avalancha, pues presentan comportamientos

similares a estos, pero los mecanismos involucrados son diferentes. Además si el voltaje de

la fuente es inferior a la del diodo éste no puede hacer su regulación característica.

Cuando lo polarizamos inversamente y llegamos a Vz el diodo conduce y mantiene la

tensión Vz aunque la aumentemos. La corriente que pasa por el diodo zener en estas

condiciones se llama corriente inversa (Iz).

Se llama zona de ruptura por encima de Vz.

Como se puede observar es un regulador de voltaje o tensión.

Cuando está polarizado directamente el zener se comporta como un diodo normal, pero

mientras la tensión inversa sea inferior a la tensión zener, el diodo no conduce, solo

conseguiremos tener la tensión constante Vz, cuando esté conectado a una tensión igual a

Vz o mayor. Aquí puedes ver una la curva característica de un zener:

CONCLUSIONES

Los diodos son dispositivos no lineales, estos tienen aplicaciones muy interesantes sin

las cuales no conoceríamos la electrónica moderna. Los diodos también sirven como

circuitos limitadores que son parte fundamental de osciladores sostenidos; los diodos Zener

actúan como reguladores en los circuitos rectificadores, que a su vez tienen diodos en una

configuración llamada puente de diodos que le saca el valor absoluto a la señal sinusoidal

de la línea.

Podemos observar que la importancia de los diodos rectificadores es muy grande, pues

permite tanto transformar una señal de corriente alterna en una de corriente directa, como

duplicar, triplicar, cuadriplicar, etc. voltajes y poder sujetar señales a un cierto valor de CD

requerido.

Se puede decir que el surgimiento de los Diodos ha proporcionado un gran avance a la

ciencia, no solo a la electrónica sino a la ciencia de forma general porque casi todos los

equipos que posee la humanidad en la actualidad funcionan con componentes eléctricos y

con presencia de diodo en sus circuitos.