Electrónica. Tema 2 Diodos. Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Queda prohibida su reproducción o visualización sin permiso del editor.

Transcripción

1 Electrónica Tema 2 Diodos

2 Contenido Ideas básicas Aproximaciones Resistencia interna y Resistencia en continua Rectas de carga Diodo zener Dispositivos optoelectrónicos Diodo Schottky 2

3 Diodo Es un dispositivo no lineal. La gráfica de la corriente en función de la tensión no es una línea recta. La tensión del diodo debe exceder la tensión de la barrera para conducir. 3

4 El símbolo del diodo es parecido a una flecha que apunta desde el lado p hacia el lado n. V S R Ánodo = p n Cátodo La flecha apunta en la dirección del flujo de la corriente convencional. Este diodo está polarizado en directa gracias a V S. 4

5 Linealidad La curva característica voltios-amperios de una resistencia es una línea recta (lineal). Un diodo tiene una curva característica no-lineal. La barrera de potencial produce un codo en la curva del diodo. La tensión de codo es aproximadamente 0,7 para un diodo de silicio. 5

6 Corriente directa en ma codo 0 0 0,5 1,0 1,5 Polarización directa en voltios Curva característica voltios-amperios de un diodo de silicio 6

7 disrupción 600 Polarización inversa en voltios Corriente inversa en ma Curva característica de un diodo de silicio polarizado en inversa 7

8 Resistencia interna La resistencia óhmica del material p y n se denomina resistencia interna. Con frecuencia, la resistencia interna es menor que 1 W. Con polarización directa, la corriente del diodo aumenta rápidamente más allá de la tensión de codo. Incrementos pequeños de la tensión provocan incrementos grandes de la corriente. 8

9 Parámetros del diodo Se especifican en las hojas de características del fabricante. No deben excederse los valores máximos de los parámetros en polarización inversa. La corriente directa máxima no debe excederse. La potencia de un diodo queda determinada por su corriente máxima y la caída de tensión directa para dicha corriente. 9

10 Primera aproximación del diodo Representa el diodo en el caso ideal. La primera aproximación ignora la corriente de fugas, la barrera de potencial y la resistencia interna. Cuando un diodo ideal se polariza en directa, el modelo es un interruptor cerrado. Cuando un diodo ideal se polariza en inversa, el modelo es un interruptor abierto. 10

11 Primera aproximación (ideal) POLARIZACIÓN INVERSA POLARIZACIÓN DIRECTA 11

12 Segunda aproximación del diodo Este modelo supone que no fluye ninguna corriente por el diodo hasta que la polarización directa en el mismo alcanza los 0,7 voltios. Este modelo ignora la forma exacta del codo. Este modelo ignora la resistencia interna del diodo. 12

13 Segunda aproximación SEGUNDA APROXIMACIÓN POLARIZACIÓN INVERSA POLARIZACIÓN DIRECTA 13

14 Tercera aproximación del diodo Este modelo supone que no fluye corriente por el diodo hasta que la polarización directa del diodo alcanza los 0,7 voltios. Este modelo ignora la forma exacta del codo. Este modelo sí tiene en cuenta la resistencia interna del diodo. Sin embargo, como la resistencia interna es menor que 1 W puede ignorarse. 14

15 Tercera aproximación 0,7 V R B Polarización inversa 0,7 V R B Polarización directa 15

16 Aproximación apropiada La primera aproximación es adecuada para la mayor parte de los casos de detección de averías. La segunda aproximación a menudo se emplea si se precisan valores más precisos de la corriente y la tensión en la carga. La tercera aproximación mejora la precisión cuando la resistencia interna del diodo es mayor que 1/100 de la resistencia de Thevenin que ve el diodo. 16

17 Corriente directa en ma Cálculo de la resistencia interna.. 0,875 V - 0,75 V R B = 175 ma - 75 ma = 1,25 W ,5 1,0 1,5 Polarización directa en voltios 17

18 Corriente directa en ma Resistencia en continua 0,875 V R F = 175 ma = 5 W ,5 1,0 1,5. Polarización directa en voltios 0,75 V R F = 75 ma = 10 W La resistencia directa disminuye cuando aumenta la corriente. 18

19 Valores de la resistencia del diodo de silicio La resistencia inversa es muy alta: típicamente del orden de decenas o centenas de megaohmios. La resistencia directa no es la misma que la resistencia interna. La resistencia directa siempre es más grande que la resistencia interna. La resistencia directa es igual a la resistencia interna más el efecto de la barrera de potencial. 19

20 R S = 10 W V S = 1,5 V Un circuito como éste puede resolverse de varias formas: 1. Utilizar la primera aproximación (ideal). 2. Utilizar la segunda aproximación. 3. Utilizar la tercera aproximación. 4. Utilizar un simulador de circuitos. 5. Utilizar la curva característica del diodo. 20

21 R S = 10 W V S = 1,5 V El uso de la curva característica es una solución gráfica: 1. Hallar la corriente de saturación usando la ley de Ohm. 2. La tensión de corte es igual a la tensión de alimentación. 3. Localizar estos dos puntos en la curva del diodo. 4. Conectarlos mediante una recta de carga. 5. La intersección es la solución gráfica. 21

22 Corriente directa en ma Solución gráfica. Q 0 0,5 1,0 1,5 Tensión en el diodo 1,5 V I SAT = 1,5 V 10 W 10 W V CORTE = 1,5 V = 150 ma Q es el punto de trabajo 22

23 Rectificador de media onda Dispone de un diodo en serie con la resistencia de carga. La tensión en la carga es una salida de media-onda. 23

24 El rectificador de media onda V P V in V in V out Ideal: V P(in) = V P(out) V P V out 24

25 Señales del rectificador de media onda El valor de continua de la salida es el valor medio. V dc = V P(out) /p f out = f in 25

26 Transformador de entrada Reductor. La tensión se reduce. La corriente aumenta. La tensión del secundario es igual a la tensión del primario dividida entre la relación de espiras. 26

27 Repaso sobre transformadores Cuando la relación de espiras (N 1 /N 2 ) es mayor que 1, la tensión del primario se reduce. Cuando el número de vueltas es menor que 1, la tensión del primario aumenta. Los terminales marcados con un punto tienen la misma fase instantanea. Los rectificadores de onda completa requieren un devanado con una toma central. 27

28 Rectificador de onda completa Consta de un transformador con toma central con dos diodos y una resistencia de carga. La tensión en la carga es una señal de onda-completa cuyos picos son iguales a la mitad de la tensión en el secundario. 28

29 El rectificador de onda completa V2. V in. T.C. V out Ideal: V P(out) = V P(2) /2 V1=V in V2=(N2/N1)V1 V out 29

30 Señales del rectificador de onda completa El valor de continua de la salida es el valor medio. V dc = 2V P(out) /p f out = 2f in La entrada a cada diodo es la mitad de la tensión en el secundario. 30

31 Rectificador en puente Consta de cuatro diodos. La tensión en la carga es una señal de onda completa con un valor de pico igual a la tensión en el secundario. 31

32 El rectificador en puente V2 V in V out Ideal: V P(out) = V P(2) V1=V in V2=(N2/N1)V1 V out 32

33 Señales del rectificador en puente El valor de continua de la salida es el valor medio. V dc = 2V P(out) /p f out = 2f in 33

34 Diodo zener Optimizado para operación en la región de disrupción. Uso principal: regulación de tensión 34

35 6 -V Z (Voltios) V Z I Z (ma) Gráfica de la corriente en función de la tensión del zener 35

36 Diodo zener regulador de tensión R S Fuente de alimentación V S V Z R L Este circuito regulará cuando la tensión de Thevenin que ve el diodo zener es mayor que la tensión del zener. V TH = R L R S + R L V S 36

37 R S Fuente de alimentación V S V Z R L Suponiendo que el zener está conduciendo: I S = V S - V Z R S I L = V Z R L I Z = I S - I L 37

38 Zener conformador de ondas Zeners conectados en oposición: Un zener conduce mientras que el otro entra en disrupción. Se produce recorte a la salida. 38

39 Circuito zener conformador de ondas R Power supply R L V Z + 0,7 V -V Z - 0,7 V 39

40 Power supply Segunda aproximación del diodo zener R Z V Z 40

41 Aplicando la segunda aproximación R S Fuente de alimentación V S R Z R L V Z La desviación de la tensión de carga respecto del caso ideal es: DV L = I Z R Z 41

42 Rectas de carga La intersección de la recta de carga y el diodo zener es el punto Q (de trabajo). Cuando la tensión de la fuente varía, aparece una recta de carga diferente con un punto Q diferente. 42

43 1 kw V (Voltios) R S V S V S = V Q 1 Q I (ma) -30 Qué ocurre con V Z cuando V S varía de 20 a 30 voltios? Las rectas de carga proporcionan una solución gráfica. 43

44 Dispositivos optoelectrónicos Tecnología óptica y electrónica: LED Fotodiodos Optoacopladores 44

45 R S Fuente de alimentación V S Diodo emisor de luz (LED) I S = V S - V D R S La caída de tensión típica de la mayoría de los LED varía entre 1,5 y 2,5 V. 45

46 R S Fuente de alimentación V S Fotodiodo Los fotodiodos se polarizan en inversa y conducen cuando la luz incide sobre ellos. 46

47 R 1 R 2 Fuente de señal V 1 V 2 Fuente de alimentación El optoacoplador combina un LED y un fotodiodo 47

48 Diodo Schottky Un diodo especial con un tiempo de recuperación en inversa prácticamente igual a cero. Resulta útil a altas frecuencias donde son necesarios tiempos de conmutación cortos. 48

49 Rectificación a alta frecuencia V in V in V out El almacenamiento de carga puede causar un pobre rendimiento a altas frecuencias. V out Colas 49

50 Rectificador de portadores activos V in V in V out Los diodos Schottky eliminan las colas a altas frecuencias. V out 50