CONFIGURACIONES DE DIODOS CON ENTRADAS DE D.C

Transcripción

1 CONFIGURACIONES DE DIODOS CON ENTRADAS DE D.C En cada configuración se debe determinar, el estado de cada diodo. Cuales diodos se encuentran encendidos y cuales apagados? Una vez determinado esto se determinara la red. En general un diodo se encuentra encendido si la corriente establecida por las fuentes aplicadas es tal que su dirección concuerda con el de la flecha del símbolo del diodo y VD> O igual a 0.7 para el de silicio VD> O igual a 0.3 para el de germanio Para la configuración se remplazan mentalmente los diodos con elementos resistivos y se observa la dirección de la corriente resultante como la establecida por los voltajes aplicados, la dirección de la corriente resultante coincide con la dirección de la flecha del diodo.la conducción del dispositivo ocurrirá siempre y cuando se encuentre encendido. Si el diodo se encuentra encendido, se puede dar la caída de 0.7 atreves del elemento o se puede redibujar el circuito como se ve en el dibujo. Se encuentra en el dibujo que el diodo se encuentra en un circuito serie que se encuentra encendido y al redibujar la red se ve como toma el camino la energía el elemento resistivo y la conducción que toma quedando así..

2 Tenemos que E>VT el diodo se encontrara en estado encendido. El voltaje y los niveles de corriente son VD = VT VR= E - VT Sustitución del modelo equivalente para el diodo encendido. COMPORTAMIENTO DEL DIODO APAGADO. Al cambiar la dirección del diodo vemos que la corriente no coincide con la dirección de la flecha del diodo, se determina que el diodo se encuentra apagado,de la misma forma predominara la siguiente formula. Formula predominante V = IR R =ID R =(0 A)R 0 V Inversor de diodo. Determinación del estado del diodo

3 Sustitución del modelo equivalente para el diodo apagado EJEMPLO 1 Dado que las manecillas del reloj para conducir las fechas del símbolo y el diodo esta en estado encendido VD=0.7 VR=E-D= 8V-0.7V = 7.3 ID=IR=VR/R=7.3v/2.2 =3.32mA Cuando el diodo se encuentra al contrario la ID es 0 debido a la siguiente formula : E - VD- VR =0 VD=E-VR=E- 0=E 8V Datos para tener en cuenta. 1) un circuito abierto puede tener cualquier voltaje en sus terminales, pero la corriente suele ser 0A. 2) un circuito cerrado tiene una caída de 0 V atreves de sus terminales, pero el circuito estará limitado a la red que lo rodea.

4 Notación de fuente Ejemplo 2 V0=E-VT1-VT2= 12V =11v ID=IR=VR/R=V0/R= 11V/5.6 =1.96mA Ejemplo3 DIODOS EN SERIE CONFRONTADOS

5 V1 - VR1 - VD - VR2 + V2 = IR IR2 + 5 = I(R1 + R2) = 0 I = 14.3 / (4.7k + 2.2k) = 2.1 ma Vo = VR2 - V2 = (4.56-5)v = -0.44v VR2 = (2.1 ma)(2.2k) = 4.56v

6 DIODOS EN SERIE 10 - VR = (I)(R) = 0 I = 9.3 / 3.3k = 2.8 ma VR = (I)(R) = (2.8m)(3.3k) = 9.3 v

7 DIODOS EN CIRCUITO MIXTO -VR VD1 - VD2 = 0

8 El rectificador de media onda. El Vprom o Vcd de esta señal rectificada es:

9 , pero ð ð ððf y f = 1/T Si Vm es mucho mayor que VT ð Vcd ð 0.318Vm

10 Vpp = Valor pico a pico = 2Vp Vp = Valor pico Vpromedio = 0 Ejemplo: Dibuje la salida Vo y calcule el nivel de cd para la siguiente red.

11 a) con Vi = 20 sen ðt volts y con diodo ideal. Con el diodo conectado de esta manera, éste conducirá únicamente en la parte negativa de Vi. Vcd = Vm = (20) Vcd = volts b)repita el inciso anterior si el diodo se sustituye por uno de silicio. Vcd = (Vm - VT) Vcd = (20-0.7) Vcd = V

12 c) Repita el inciso a) si el diodo ideal se sustituye por uno de silicio y Vi = sen ðt volts. d) Repita el inciso anterior con diodo ideal. El voltaje pico inverso del diodo es de fundamental importancia en el diseño de sistemas de rectificación. El VPI del diodo no debe excederse (Vm < VPI) ya que de lo contrario, el diodo entraría en la región de avalancha o región Zener. La mayor parte de los circuitos electrónicos necesitan un voltaje de c.d. para trabajar. Debido a que el voltaje de línea es alterno, lo primero que debe

13 hacerse en cualquier equipo electrónico es convertir o "rectificar" el voltaje de alterna (c.a.) en uno de directa (c.d.). La tarea de la "fuente" o fuente de alimentación de cualquier equipo o aparato electrónico es obtener el o los niveles adecuados de c.d. a partir del voltaje de linea (127 VRMS). El transformador es un dispositivo que se utiliza para elevar o reducir el voltaje de CA, según como sea necesario. donde: V1 = Voltaje en el devanado primario V2 = Voltaje en el devanado secundario N1 = # de vueltas en devanado primario N2 = # de vueltas en el devanado secundario

14 P.e. Si la razón de vueltas es 6:1 y Vin es el voltaje de la línea: 1.8 El rectificador de onda completa (R.O.C.) Se conocen y se utilizan dos configuraciones para rectificadores de onda completa. La primera de ellas es el "Puente" rectificador de onda completa:

15 Rectificador de onda completa utilizando Transformador con Derivación Central

16 Para diodos reales: Vprom = Vcd = (Vm-VT) Para cada diodo: VPI 2Vm

17 Introducción al BJT y principios de construcción. Durante el periodo , el tubo de vacío fue sin duda el dispositivo electrónico de interés y desarrollo. En 1904, el diodo de tubo de vacío fue introducido por J. A. Fleming. Poco después, en 1906, Lee, De Forest agregó un tercer elemento, denominado rejilla de control, al tubo de vacío, lo que originó el primer amplificador: el triodo. En los años siguientes, la radio y la televisión brindaron un gran impulso a la industria de tubos electrónicos. La producción aumentó de cerca de 1 millón de tubos en 1922 hasta aproximadamente 100 millones en A principios de la década de los treinta el tétrodo de cuatro elementos y el péntodo de cinco elementos se distinguieron en la industria de tubos electrónicos. Durante los años subsecuentes, la industria se convirtió en una de primera importancia y se lograron avances rápidos en el diseño, las técnicas de manufactura, las aplicaciones de alta potencia y alta frecuencia y la miniaturización. Sin embargo, el 23 de diciembre de 1947 la industria electrónica atestiguó el advenimiento de una dirección de interés y desarrollo completamente nueva. Fue en el transcurso de la tarde de ese día que Walter H. Brattain y John Bardeen demostraron el efecto amplificador del primer transistor en los Bell Telephone Laboratorios. El transistor original (un transistor de punto de contacto) se muestra en la figura 3.1. De inmediato, las ventajas de este dispositivo de estado sólido de tres terminales sobre el tubo electrónico fueron evidentes: era más pequeño y ligero; no tenía requerimientos de filamentos o pérdidas térmicas; ofrecía una construcción de mayor resistencia y resultaba más eficiente porque el propio dispositivo absorbía menos potencia; instantáneamente estaba listo para utilizarse, sin requerir un periodo de calentamiento; además, eran posibles voltajes de operación más bajos. Obsérvese en la presentación anterior que este capítulo es nuestro primer estudio de dispositivos con tres o más terminales. El lector descubrirá que todos los amplificadores (dispositivos que incrementan el nivel de voltaje, corriente o potencia) tendrán al menos tres terminales con una de ellas controlando el flujo entre las otras dos.

18 El primer transistor. CONSTRUCCION DEL TRANSISTOR El transistor es un dispositivo semiconductor de tres capas, compuesto ya sea de dos capas de material tipo n y una de tipo p o dos capas de material tipo p y una de tipo n. El primero se denomina transistor npn, en tanto que el último recibe el nombre de transistor pnp. Ambos se muestran en la figura 3.2 con la polarización de cd adecuada. En el capítulo 3 encontraremos que la polarización de cd es necesaria para establecer una región de operación apropiada para la amplificación de ca. Las capas exteriores del transistor son materiales semiconductores con altos niveles de dopado, y que tienen anchos mucho mayores que los correspondientes al material emparedado de tipo p o n. En los transistores que se muestran en la figura 3.2, la relación entre el ancho total y el de la capa central es de 0.150/0.001 = 150:1. El dopado de la capa emparedada es también considerablemente menor que el de las capas exteriores (por lo general de 10:1 o menos). Este menor nivel de dopado reduce la conductividad (incrementa la resistencia) de este material al limitar el número de portadores "libres". En la polarización que se muestra en la figura 3.2, las terminales se han indicado mediante letras mayúsculas, E para el emisor, C para el colector y B para la base. Una justificación respecto a la elección de esta notación se presentará cuando estudiemos la operación básica del transistor. La abreviatura BJT (bipolar junction transistor = transistor de unión bipolar) se aplica a menudo a este dispositivo de tres terminales. El término bipolar refleja el hecho de que los electrones y los huecos participan en el proceso de inyección en el material polarizado opuestamente. Si sólo uno de los portadores se emplea (electrón o hueco), se considera que el dispositivo es unipolar.

19 Tipos de transistores: (a) pnp; (b) npn. OPERACION DEL TRANSISTOR La operación básica del transistor se describirá ahora empleando el transistor pnp de la figura 3.2a. La operación del transistor npn es exactamente igual si se intercambian los papeles que desempeñan los electrones y los huecos. En la siguiente figura se ha redibujado el transistor pnp sin la polarización base a colector. Nótense las similitudes entre esta situación y la del diodo polarizado directamente en el capítulo 1. El ancho de la región de agotamiento se ha reducido debido a la polarización aplicada, lo que produce un denso flujo de portadores mayoritarios del material tipo p al tipo n.

20 Unión polarizada directamente de un transistor pnp. Eliminaremos ahora la polarización base a emisor del transistor pnp de la figura 3.2a como se indica en la foto Recuérdese que el flujo de portadores mayoritarios es cero, por lo que sólo se presenta un flujo de portadores minoritarios, como se ilustra en el esquema. En resumen, por tanto.. En la figura ambos potenciales de polarización se han aplicado a un transistor pnp, con un flujo de portadores mayoritario y minoritario que se indica. En la figura 3.5 nótense los anchos de las regiones de agotamiento, que indican con toda claridad qué unión está polarizada directamente y cuál inversamente. Como se indica en la figura 3.5, un gran número de portadores mayoritarios se difundirán a través de la unión p~n polarizada directamente dentro del material tipo n. La pregunta es entonces si estos portadores contribuirán en forma directa a la corriente de base IB o pasarán directamente hacia el material tipo p. Puesto que el material tipo n emparedado es sumamente delgado y tiene una baja conductividad, un número muy pequeño de estos portadores seguirá la trayectoria de alta resistencia hacia la terminal de la base. La magnitud de la corriente de base es por lo general del orden de microamperios en comparación con los miliamperios de las corrientes del emisor y del colector. El mayor número de estos portadores mayoritarios se difundirá a través de la unión polarizada inversamente dentro del material tipo p conectado a la terminal del colector, como se indica en la figura 3.5. La causa de la relativa facilidad con la que los portadores mayoritarios pueden cruzar la unión polarizada inversamente puede comprenderse si consideramos que para el diodo polarizado en forma inversa, los portadores mayoritarios inyectados aparecerán como portadores minoritarios en el material tipo n. En otras palabras, ha habido una inyección de portadores minoritarios al interior del material de la región base de tipo n. Combinando esto con el hecho de que todos los portadores minoritarios, en la región de agotamiento cruzarán la unión polarizada inversamente, se explica el flujo que se indica en la imagen anterior

21 Unión polarizada inversamente de un transistor pnp. Flujo de portadores mayoritarios y minoritarios de un transistor pnp. Aplicando la ley de corriente de Kirchhoff al transistor de la figura se ve como si fuera un solo nodo, obtenemos IE = IC + IB y descubrimos que la corriente en el emisor es la suma de las corrientes en el colector y la base, Sin embargo, la corriente en el colector está formada por dos componentes: los portadores mayoritarios y minoritarios como se indica en la figura se ve Los componente de corriente minoritaria se denomina corriente de fuga y se simboliza mediante ICO (corriente IC con la terminal del emisor abierta = open). Por lo tanto, la corriente en el colector se determina completamente mediante la ecuación (3.2). IC = ICmayoritaria + ICOminoritaria En el caso de transistores de propósito general, IC se mide en miliamperes, en tanto que ICO se mide en microamperes o nanoamperes. ICO como Is para un diodo polarizado inversamente, es sensible a la temperatura y debe

22 examinarse con cuidado cuando se consideren aplicaciones de intervalos amplios de temperatura. Si este aspecto no se trata de manera apropiada, es posible que la estabilidad de un sistema se afecte en gran medida a elevadas temperaturas. Las mejoras en las técnicas de construcción han producido niveles bastante menores de ICO, al grado de que su efecto puede a menudo ignorarse. Configuración de base común. La notación y símbolos que se usan en conjunto con el transistor en la mayor parte de los textos y manuales que se publican en la actualidad, se indican en la figura se denota para la configuración de base común con transistores pnp y npn, La terminología relativa a base común se desprende del hecho de que la base es común a los lados de entrada y salida de la configuración. Además, la base es usualmente la terminal más cercana o en un potencial de tierra. A lo largo de estos apuntes todas las direcciones de corriente se referirán a la convencional (flujo de huecos) en vez de la correspondiente al flujo de electrones. Esta elección se fundamenta principalmente en el hecho de que enorme cantidad de literatura disponible en las instituciones educativas y empresariales hace uso del flujo convencional, de que las flechas en todos los símbolos electrónicos tienen una dirección definida por esta convención. Recuérdese que la flecha en el símbolo del diodo define la dirección de conducción para la corriente convencional. Para el transistor:

23 Electrónica análoga

24 Notación y símbolos en la configuración de base común. Todas las direcciones de corriente que aparecen en la figura 3.6 son las direcciones reales, como se definen con base en la elección del flujo convencional. Nótese en cada caso que IE = IC + IB. También adviértase que la polarización aplicada (fuentes de voltaje) es de modo que se establezca la corriente en la dirección indicada para cada rama. Es decir, compárese la dirección de IE con la polaridad o VEE para cada configuración y la dirección de IC con la polaridad de ICC. Para describir por completo el comportamiento de un dispositivo de tres terminales, tales como los amplificadores de base común en la figura se requiere de dos conjuntos de características, uno para los parámetros de entrada o punto de manejo y el otro para el lado de salida. El conjunto de entrada para el amplificador de base común, como se muestra en la figura, relacionará una corriente de entrada (IE) con un voltaje de entrada (VBE ) para varios niveles de voltaje de salida (VCB). Características del punto de excitación para un transistor amplificador de silicio de base común. El conjunto de salida relacionará una corriente de salida (IC) con un voltaje de salida VCB para diversos niveles de corriente de entrada (IE), como se ilustra en la figura 3.8. El conjunto de características de salida o colector tiene tres regiones básicas de interés, como se indican en la figura las regiones activa, de corte y de saturación. La región activa es la región empleada normalmente para amplificadores lineales (sin distorsión). En particular: En la región actíva la unión colector-base está inversamente polarizada, mientras que la unión baseemisor se encuentra polarizada en forma directa.

25 La región activa se define por los arreglos de polarización de la figura 3.6. En el extremo más bajo de la región activa la corriente de emisor (IE) es cero, la comente de colector es simplemente la debida a la corriente inversa de saturación ICO, como se indica en la figura La corriente ICO es tan pequeña (del orden de microamperios) en magnitud comparada con la escala vertical de IC (del orden de los miliamperios), que aparece virtualmente sobre la misma línea horizontal que IC = 0. Las condiciones del circuito que existen cuando IE = 0 para la configuración base común se ilustran en la figura. La notación usada con más frecuencia para ICO, en hojas de datos y de especificaciones es ICBO como se indica en la figura A causa de las técnicas mejoradas de construcción, el nivel de ICBO para transistores de propósito general (especialmente silicio) en los intervalos de potencia bajo y medio es por lo general tan reducido que su efecto puede ignorarse. Sin embargo, para unidades de mayor potencia ICBO aún aparecerá en el intervalo de los microamperios. Además, recuérdese que ICBO para el diodo (ambas corrientes inversas de fuga) es sensible a la temperatura. A mayores temperaturas el efecto de ICBO puede llegar a ser un factor importante ya que se incrementa muy rápidamente con la temperatura. Saturación de corriente inversa. CONCLUCIONES DE CONFIGURACIONES DE DIODOS EN CORRIENTE D,C 1) un circuito abierto puede tener cualquier voltaje en sus terminales, pero la corriente suele ser 0A. 2) un circuito cerrado tiene una caída de 0 V atreves de sus terminales, pero el circuito estará limitado a la red que lo rodea 3) Se distingue entre diodos su disipación de acuerdo i a su genero ya sea de silicio o de germanio 4) Debido a su configuración vemos su comportamiento en un estado encendido. 5) Los comportamientos en forma paralela del diodo se presenta mas por el diodo ideal

26 6) Una de la variaciones que mas se presenta grente a diodos es la de transistores que presenta un emisor una base y un colector.