DIODOS CIRCUITOS CON DIODOS SEMICONDUCTORES

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1 DIODOS CIRCUITOS CON DIODOS SEMICONDUCTORES Modelo Ideal : Usaremos el diodo como un simple indicador on/off. Conduce o no el diodo? 1

2 Supongamos, inicialmente que el diodo está en contacto, es decir: La corriente circulante por el diodo será Pero no circula corriente por la resistencia, por lo que: Asumamos ahora que el diodo está abierto. La II Ley de Kirchoff será, para este caso: Lo que contradice la condición: Para el diodo abierto. Por lo tanto, conduce. 2

3 Ejemplo; Conduce o no el diodo de la figura? Asumimos inicialmente que el diodo no conduce. El Voltaje a través de R 2 (10 Ω) será: Aplicando la II Ley de Kirchoff a la rama derecha, donde no fluye corriente: Lo que indica que el diodo está conectado en forma inversa, por lo que no circula corriente. 3

4 Verifiquemos asumiendo que el diodo conduce. Como el diodo actúa como cortocircuito, v 1 y v 2 son iguales. La I ley de Kirchof aplicada al sistema se escribirá: De donde puede concluirse que Es decir, la corriente fluye desde la pila B hacia el diodo, y fluye en dirección contraria a la supuesta. Ejemplo 2: Determine si el siguiente diodo conduce usando los supuestos on / off. 4

5 La corriente circulante por el circuito será: Siendo la conexión en serie, la corriente a ambos lados del circuito es igual por lo que: Es decir v 1 > 0. Recuerde el esquema general. El voltaje en la unión pn sería Opuesto al voltaje en v 1. LQQD. Ejemplo 3: Rectificador de media onda Este rectificador permite obtener solamente media onda, ya que permitirá el paso de corriente sólo cuando la polaridad sea positiva. 5

6 La corriente circulante por el diodo puede calcularse, en el momento en que conduce, mediante: Y el voltaje en la carga, por la ley de Ohm: El valor medio del voltaje de la carga se obtiene integrando V(t) por todo un período y dividiendo por un período (ojo, no confundir ambas operaciones): Esto es lo que se obtiene con un rectificador de media onda. Puede verse que el voltaje útil es muy poco. 6

7 Diodo Real Diodo real En el modelo de diodo ideal que hemos utilizado hasta el momento no hemos incluído el potencial de contacto (offset potential). Para ello, incluímos en serie una fuente tal como se muestra en la figura con un voltaje igual al potencial de contacto. De esta manera, la conducción en el diodo se da (usando los valores característicos para el silicon) bajo la condición: La gráfica del diodo ideal se desplaza hacia la derecha, de modo que es una mejor aproximación al comportamiento del diodo real. Veamos cómo afecta al rectificador de media onda que analizamos previamente: Para ello, incluímos una batería con una f.e.m. igual al potencial de contacto V γ. El voltaje en el diodo será: 7

8 Primero supongamos que el diodo está abierto, esto significa que en El valor de : Si el voltaje de la fuente es mayor a =.6 V, entonces el diodo está cerrado y circula una corriente Resumiendo: Como consecuencia la gráfica V(t) se ve corregida del siguiente modo: 8

9 Determinar el valor de v 1 para que haya conducción en el diodo Primero reemplazamos el circuito anterior por un modelo que incluya el potencial de contacto Por Ley de Conservación de Energía Pero: De modo que la condición de conducción será: Observe que el método es el mismo que el utilizado anteriormente, excepto por el desfase originado por la inclusión del potencial de contacto. 9

10 Rectificador de Onda Completa Construiremos ahora sobre diodos un rectificador de onda completa como el que se analizó sobre los antiguos tubos de vacío. El esquema equivalente será: En este esquema, durante el ciclo positivo el diodo superior está en directo, y durante el semiciclo negativo el diodo inferior. Durante el semiciclo positivo, circula en la carga una corriente: Mientras que en el semiciclo negativo, circula una corriente: Las gráficas para el voltaje en la fuente, y el voltaje en la carga y corriente en los diodos serán: 10

11 El Rectificador de Puente: Esta es la versión en diodos del Puente de Wheatstone, formado anteriormente por resistencias. Durante el medio ciclo positivo de v s, D 1 y D 3 están conectados directamente y 11

12 Durante el medio ciclo negativo de v s, D 2 y D 4 están conectados directamente y 12

13 El rectificador genera en realidad una serie de impulsos sinusoidales. Esta fluctuación es indeseable, y una manera de reducirla es usar en calidad de filtro un condensador ( Por qué?) La frecuencia del pulso es el doble de la frecuencia original (60 Hz), es decir 120 Hz ó Se requiere un condensador con Por ejemplo: Entonces, obtendremos un voltaje en la carga como el que muestra la línea roja. 13

14 Fuentes de DC Reduce el voltaje de entrada a un voltaje manejable. Debe mantener el voltaje del DC constante independientemente de las fluctuaciones en el suministro o la carga. Comúnmente se usa como regulador de voltaje un DIODO DE ZENER DIODO DE ZENER. Este diodo actúa en a zona de reversión de la gráfica i (v). En esta zona la pendiente de la gráfica es muy pronunciada (casi vertical), por lo que en la zona de ruptura de Zener el diodo puede mantener un voltaje casi estable en un gran rango de corrientes. 14

15 Para: El diodo actúa como un diodo convencional en directo Para: El diodo se encuentra conectado en reversa, sin llegar al potencial de ruptura de Zener. Se comporta como circuito abierto Para: Ocurre la ruptura de Zener y el diodo mantiene un voltaje casi constante -V Z El diodo de Zener puede ser representado como dos diodos en paralelo, cada uno asociado a una resistencia y a una batería. Nótese la polaridad de las baterías, las que indican la conducción tanto en la zona de potencial offset como en la zona de potencial de Zener. 15

16 La fuente de la figura está regulada por el Voltaje de Zener. El diodo se halla conectado al revés para obtener un voltaje regulado positivo. Si v s > V Z, entonces el diodo se halla en régimen de ruptura reversa, por lo que mantendrá un voltaje permanente. LECTURAS RELACIONADAS: COGDELL, J.R., FUNDAMENTOS DE ELECTRONICA, PP SEDRA, SMITH, CIRCUITOS MICROELECTRONICOS, PP

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