EL DIODO COMO ELEMENTO DE CONMUTACIÓN

Transcripción

1 EL DIODO COMO ELEMENTO DE CONMUTACIÓN 1

2 Diodo Polarización direca = COCI Polarización inversa = CIAB eal Ideal Vj Vj 2 2

3 EL DIODO EAL i() V (v) e() 3 3

4 EL DIODO IDEAL i() V =0 e() 4 4

5 ECTIFICACIÓN DE MEDIA ONDA D V i V o A L A 5 5

6 ECTIFICACIÓN DE MEDIA ONDA FILTO D V i V o A L C A 6 6

7 ECTIFICACIÓN DE ONDA COMPLETA CICUITO PUENTE ECTIFICADO A V i V L L D 2 D 4 D 1 D 3 V L A 7 7

8 ECTIFICACIÓN DE ONDA COMPLETA FILTO CICUITO PUENTE ECTIFICADO D 2 D 4 V L A V i V L L C A D 1 D 3 8 8

9 ECTIFICACIÓN DE ONDA COMPLETA ECTIFICADO CON TANSFOMADO CON PUNTO MEDIO D 1 A V i L V o A D 2 9 9

10 ECTIFICADO CON TANSFOMADO CON PUNTO MEDIO SEMICICLO POSITIVO (conduce D 1 ; D 2 abiero) D 1 E E L D

11 ECTIFICADO CON TANSFOMADO CON PUNTO MEDIO SEMICICLO NEGATIVO (conduce D 2 ; D 1 abiero) D 1 L D

12 FUENTE DE TENSIÓN DUAL (doble polaridad) D 3 D 1 D 2 L1 L2 D

13 SIMBOLOGÍA FUENTE DE TENSIÓN DUAL (doble polaridad) v V i v 13 13

14 SEÑALES ALTENA Y CONTINUA PULSANTE ALTENA A 1 A 1 = A 2 A 2 A 1 A 2 A 1 = A 2 CONTINUA PULSANTE 14 14

15 ECTIFICACIÓN ONDA COMPLETA Y FILTADO V O A B C D Volaje de iple 15 15

16 CONDUCCIÓN DE DIODOS EN UNA FUENTE DUAL Semiciclo posiivo D 1 L1 L2 D

17 CONDUCCIÓN DE DIODOS EN UNA FUENTE DUAL Semiciclo negaivo D 2 L1 L2 D

18 FUENTE DE TENSIÓN DUAL (doble polaridad) D 1 D 2 L1 D 3 D 4 L

19 FUENTE DE TENSIÓN DUAL CON FILTADO (doble polaridad) L1 L2 V V 19 19

20 El Diodo como ecorador Vo D corado Vi D V Vo D corado D conduciendo Diodo ecorador Tarea Diodo ecorador 20 20

21 Compueras Lógicas Discreas V1 V2 Vo Vo (v) Esado de los diodos Vj Conduce D1 y D V2 Vj D1 en core, D2 en conducción V1 Vj Vi Vj D1 en conducción, D2 en core Conduce D1 y D2 O V1 D1 Vj Circuio AND O V2 D2 Vj Vo E 21 21

22 Ejercicio Consruir abla de verdad, y Ver cómo funcionan ésas compueras con Vi definido ( enre 0 y V ) V AND Circuio AND O V1 Vj D1 esolución AND V2 D2 Vo Vj 22 22

23 El Diodo como esaurador de Nivel Coninuo y como Muliplicador de Tensión. Vm C Vm Sen W D Vo 90 Vm El diodo conduce máximo 90, conduce solo para inyecarle ensión al condensador. En el semiciclo ( ) Vo = Vi Vm. Diodo esador 23 23

24 Vm Vo 2Vm Vo Vm Cuando el Condensador se carga a ravés de, el diodo conduce solo para inyecarle corriene al C, para que ese quede cargado con Vm. Vo Vm 2Vm Cuando el Diodo esá al revés la señal se desplaza hacia abajo

25 Doblador de Tensión Simérico Media Onda Vo 2Vm C1 D1 D2 C2 L Vo Vm El D 2 evia que se descargue C 2 hacia el circuio de enrada y solo se descargue hacia la carga si exise. Si C 2 necesia corriene para cargarse, D 2 conduce. Cuando C 1 se descarga, D 1 lo carga. Doblador Media Onda 25 25

26 Duplicador de Media Onda Vo Sin Carga Vo Con Carga 2Vm 2Vm Vm Vm Se carga C1 Esos dobladores de ensión son de baja corriene ( A ) 26 26

27 Doblador de Tensión Asimérico Onda Complea Vm Sen W D1 D2 C1 C2 Vm Vm L 2Vm Doblador Onda Complea 27 27

28 Doblador de Tensión Asimérico Onda Complea D1 D2 C1 C2 Vm Vm L 2Vm Vo con L infinio ( s/carga ) 2Vm Vo con L Esos circuio muliplican ensiones y generan poca corriene ( A ) 28 28

29 Muliplicador de Tensión SALIDA IMPA V m C1 C3 C5 V m sen w D1 D2 D3 D4 C2 C4 SALIDA PA 29 29

30 Muliplicador de Tensión SALIDA IMPA V m C1 C3 C5 V m sen w D1 D2 D3 D4 C2 2V m C4 SALIDA PA 30 30

31 Muliplicador de Tensión SALIDA IMPA V m C1 2V m C3 C5 V m sen w D1 D2 D3 D4 D 1 sólo conduce para "recargar" a C 1 C2 2V m C4 SALIDA PA 31 31

32 Muliplicador de Tensión SALIDA IMPA V m C1 2V m C3 D 2 sólo conduce para "recargar " a C 2 C5 V m sen w D1 D2 D3 D4 C2 2V m C4 2V m SALIDA PA 32 32

33 Muliplicador de Tensión SALIDA IMPA V m C1 2V m C3 2V m C5 V m sen w D1 D2 D3 D4 C2 2V m Los diodos D 1 y D 3 sólo conduce para "recargar" a C 1 y C 3 C4 2V m SALIDA PA 33 33

34 Muliplicador de Tensión SALIDA IMPA V m C1 2V m C3 2V m C5 V m sen w D1 D2 D3 D4 C2 2V m C4 2V m SALIDA PA No pueden exisir los dos muliplicadores simuláneamene, por lo ano la salida se oma desde la Ou Par ó Ou Impar. Muliplicador de Tensión Noa: Ver ejemplo prácico en manual ECG HV ecifier, TV

35 BIBLIOGAFÍA ELECTÓNICA: Teoría de Circuios Boylesad Amplificadores Operacionales y Circuios Inegrados Lineales Coughlin y Driscoll Disposiivos Elecrónicos Thomas Floyd 35 35

36 AMPLIFICADOES OPEACIONALES CON DIODOS ECTIFICADOES DE PECISIÓN OBJETIVOS DE APENDIZAJE Al erminar la lecura de ese capíulo sobre amplificadores operacionales con diodos, será capaz de: Dibujar el circuio de un recificador de media onda (o lineal) de precisión. Mosrar el flujo de corriene y los volajes de circuio en un recificador de media onda de precisión, ano para enradas posiivas como negaivas. Hacer lo mismo para el caso de recificadores de onda complea de precisión. Explicar el funcionamieno de un circuio deecor de picos. Añadir un capacior de media onda de precisión y de esa manera consruir un circuio converidor de ca a cd (valor medio). Explicar el funcionamieno de los circuios de zona muera. Dibujar circuios recoradores de precisión y explicar cómo funcionan. Amplificadores operacionales con diodos. Mencionar, por lo menos, cinco áreas en las que se uilizan los recificadores de precisión

37 LA PINCIPAL LIMITACIÓN DE LOS DIODOS DE SILICIO COMUNES ES QUE NO SON CAPACES DE ECTIFICA VOLTAJES PO DEBAJO DE 0,6 VOLT E i V 0 V E i (vols) Diodo de silicio V o en función de E i 0.5 V o (vols) L V E i E i E en V o V o (a) Los diodos reales no son capaces de recificar pequeños volajes de ca debido a la caída de Volaje del diodo de 0.6V. E i V 0 V E i (vols) Diodo ideal V o en función de E i 0.5 V o (vols) L V E i E i E en V o Un circuio recificador de media onda lineal, o de precisión, ecifica con exaciud cualquier señal de ca, independienemene de la ampliud y se compora como diodo ideal V o 37 37

38 ECTIFICADOES DE PECISIÓN Enre las aplicaciones de los recificadores lineales de media onda y de onda complea de precisión figuran: Deección de señales de ampliud modulada. Circuios de zona muera. Circuios recoradores o de límie preciso. Inerrupores de corriene. Formadores de onda. Indicadores de valor pico. Circuios de muesreo y reención. Circuios de valor absoluo Circuios promediadores Deecores de polaridad de señal Converidores de ca a cd Con frecuencia, las funciones aneriores se uilizan en el acondicionamieno de señales, anes de alimenarlas, a la enrada de un microconrolador

39 ECTIFICADO INVESO DE MEDIA ONDA LINEAL CON SALIDA POSITIVA ANÁLISIS DEL SEMICICLO POSITIVO DE LA SEÑAL DE ENTADA f = I = E i / D 1 = acivado 15 V E i 0 V V 6 D 2 = desacivado V o = 0V V 0A = 0.6V (a) La salida V 0 esá limiada a 0V para odos los volajes de enrada posiivos. LA PINCIPAL LIMITACIÓN DE LOS DIODOS DE SILICIO COMUNES ES QUE NO SON CAPACES DE ECTIFICA VOLTAJES PO DEBAJO DE 0,6 VOLT 39 39

40 ECTIFICADO INVESO DE MEDIA ONDA LINEAL CON SALIDA POSITIVA ANÁLISIS DEL SEMICICLO NEGATIVO DE LA SEÑAL DE ENTADA I = E i / f = D 1 = desacivado 15 V E i 0 V V 6 D 2 = acivado V o = ( E i ) = E i V 0A = V o 0.6V (b) La salida V 0 es posiiva al igual que la magniud de E i para odas las enradas negaivas

41 ECTIFICADO INVESO DE MEDIA ONDA LINEAL CON SALIDA POSITIVA V 0A 2 E i 2V Salo de 1.2V en el cruce por 0 0 V 0 y V 0A 0 0.6V V 0 en función de 2 2V CAACTEÍSTICA DE ENTADA, SALIDA Y TANSFEENCIA DE UN ECTIFICADO DE MEDIA ONDA INVESO IDEAL CON SALIDA POSITIVA

42 ECTIFICADO INVESO DE MEDIA ONDA LINEAL CON SALIDA POSITIVA V 0 y V 0A V 0A 3V 2.6V 2V V 0 en función de E i V 0 en función de E i 2V 0.6V 2V E i V 0A 2V CAACTEÍSTICA DE ENTADA, SALIDA Y TANSFEENCIA DE UN ECTIFICADO DE MEDIA ONDA INVESO IDEAL CON SALIDA POSITIVA

43 ECTIFICADO INVESO DE MEDIA ONDA LINEAL CON SALIDA NEGATIVA f = V D 1 E i D 2 V o = 0V cua V o = E i cua V V 0A 43 43

44 ECTIFICADO INVESO DE MEDIA ONDA LINEAL CON SALIDA NEGATIVA V 0 5V V 0A 0.6V E i 5 0.6V 5 E i 5V V 0 (b) Caracerísicas de ransferencia de V 0 en función de E i

45 TAEA ANALIZA LOS CICUITOS QUE VIENEN A CONTINUACIÓN EN LA PESENTACIÓN: SEPAADO DE POLAIDAD DE SEÑAL CICUITO DE VALO ABSOLUTO O ECTIFICADO DE ONDA COMPLETA DE PECISIÓN ECTIFICADO DE PECISIÓN DE ONDA COMPLETA DE ALTA IMPEDANCIA ECTIFICADO DE PECISIÓN CON ENTADAS SUMADOES CONVETIDO DE COIENTE ALTENA Y COIENTE CONTINUA CICUITOS DE ZONA MUETA ECOTADO DE PECISIÓN CONVETIDO DE ONDA TIANGULA A ONDA SENOIDAL 45 45

46 SEPAADO DE POLAIDAD DE SEÑAL E i 2 3 V D 2 Off D 1 V 02 = 0V cuando E i es posiivo V 0A = V V = ( E i 0.6V ) V V 01 = E i cuando E i es posiivo (a) Cuando E i es posiivo, V 01 es negaivo y V 02 esá limiado a 0V

47 SEPAADO DE POLAIDAD DE SEÑAL V V 02 = ( E i ) = E i cuando E i es negaivo E i V 6 D 2 D 1 Off V 0A = V V = E i 0.6V V 01 = 0V cuando E i es negaivo (a) Cuando E i es negaivo, V 01 = 0V y V 02 se vuelve posiivo

48 CAACTEÍSTICA DE ENTADA, SALIDA Y TANSFEENCIA DEL SEPAADO DE POLAIDAD DE SEÑAL. E i y V 01 V E i 0.2 V E i V 01 en función de E i

49 CAACTEÍSTICA DE ENTADA, SALIDA Y TANSFEENCIA DEL SEPAADO DE POLAIDAD DE SEÑAL. V 02 V V 0.2V V 02 E i V 02 en función de E i 0.2V 0.2V E i 0 0.2V 0.2V 49 49

50 ECTIFICADOES DE PECISIÓN: CICUITO DE VALO ABSOLUTO E i V V 0 en función de E i 0 E i 1 1 E i 1 1 E i V 0 EL ECTIFICADO DE ONDA COMPLETA DE PECISIÓN ECTIFICA EN SU TOTALIDAD A LOS VOLTAJES DE ENTADA, INCLUSO AQUELLOS CUYOS VOLOES SON INFEIOES AL VOLTAJE DE UMBAL DEL DIODO 50 50

51 ECTIFICADOES DE PECISIÓN: CICUITO DE VALO ABSOLUTO V 0 1 E i V 0 0 Símbolo de circuio del recificador de onda complea de presición 1 V 0 EL ECTIFICADO DE ONDA COMPLETA DE PECISIÓN ECTIFICA EN SU TOTALIDAD A LOS VOLTAJES DE ENTADA, INCLUSO AQUELLOS CUYOS VOLOES SON INFEIOES AL VOLTAJE DE UMBAL DEL DIODO 51 51

52 CICUITO DE VALO ABSOLUTO O ECTIFICADO DE ONDA COMPLETA DE PECISIÓN, V O = E i E i = 1V 0V E i E i E i I = E i / E i D P V 0A = E i 0.6V 0V A 0V B E i = 1V D N = desacivado L V 0 = E i (a) Cuando las enradas son posiivas, Dp conduce; los amplificadores operacionales A y B se comporan como amplificadores inversores. 0V 52 52

53 CICUITO DE VALO ABSOLUTO O ECTIFICADO DE ONDA COMPLETA DE PECISIÓN, V O = E i 1/ 3 * I E i / 3 E i / 3 E i / 3 0V I = E i / E i D P = desacivado 0V A V 0A 0V B E i = 1V D N L V 0 = E i 2/ 3 * I 2/3 (E i ) = 2/3 V (b) Cuando las enradas son negaivas, D n conduce

54 CICUITO DE VALO ABSOLUTO O ECTIFICADO DE ONDA COMPLETA DE PECISIÓN, V O = E i E i V 0 V 0 V E i (c) Formas de las ondas

55 ECTIFICADO DE PECISIÓN DE ONDA COMPLETA DE ALTA IMPEDANCIA E i E i 1 = 2 = I = 0 3 = 4 = 2 I = 0 D N = desacivado E i D P 0V A 0V B I = E i / 1 V 0A = E i 0.6V L V 0 = E i E i = 2V (a) Niveles de volaje para enradas posiivas: V 0 = E i para odos los valores posiivos de E i

56 ECTIFICADO DE PECISIÓN DE ONDA COMPLETA DE ALTA IMPEDANCIA E i 2E i = 4V E i E i = 2V 2E i E i = 2V 1 = 2 = 3 = 4 = 2 E i D P = acivado D N I B = E i / 1 = I A 0V B I = E i / 1 V 0A = 2E i 0.6V L V 0 = E i I L = V 0 / L E i = 2V (b) Niveles de volaje para enradas negaivas: V 0 = (E i ) = E i

57 ECTIFICADO DE PECISIÓN DE ONDA COMPLETA DE ALTA IMPEDANCIA 10 k V 0 = V C = E i E i > V C 2V V 7 A 4 15V 6 D P V 0A = E i 0.6V = 2.6V D N = desacivado C einicio 0.1 µf 2 0V 3 V C = 2V 15V 7 6 B 4 15V L I L = V 0 / L Amplificadores operacionales TL081 BIFET V 0 = V C = 2V = E i I (a) Cuando E i exede a V C, C se carga hacia el valor de E i a ravés de D p. CICUITO SEGUIDO DE PEAK POSITIVOS Y ETENEDO O DETECTO DE PEAK LOS AMPLIFICADOES OPEACIONALES UTLIZADOS SON DEL TIPO BIFET (ambién se puede uilizar el OP77 para la mayoría de las aplicaciones) 57 57

58 ECTIFICADO DE PECISIÓN DE ONDA COMPLETA DE ALTA IMPEDANCIA f = 10 k I L = (V 0 E i ) / f E i = 1V D N = Acivado A 0V B E i < V C 1V V 0A = E i 0.6V = 1.6V D P = Desacivado einicio C 0.1 µf I V C = 2V L I L V 0 = V C = 2V (b) Cuando E i es menor que V C, C maniene volaje al valor previo de E i más alo. CICUITO SEGUIDO DE PEAK POSITIVOS Y ETENEDO O DETECTO DE PEAK LOS AMPLIFICADOES OPEACIONALES UTLIZADOS SON DEL TIPO BIFET (ambién se puede uilizar el OP77 para la mayoría de las aplicaciones) 58 58

59 FOMAS DE ONDAS COESPONDIENTES AL DETECTO POSITIVO DE PEAK V 0 y E i (vols) E i y V 0A (vols) 4 3 E i Salo posiivo cuando E i sobrepasa a V 0A einicio Salo negaivo cuando E i desciende por abajo de V C 2 V 0A 1 0 E i E i einicio 59 59

60 FOMAS DE ONDA ECTIFICADO DE PECISIÓN DE ONDA COMPLETA DE ALTA IMPEDANCIA E m MAV = 2/p * E m 0 T 0 T 0 T 0 T Promedio ecificado y luego Promediado = E m (a) MAV de una onda senoidal VALO ABOLUTO MEDIO DE ONDAS SENOIDALES ALTENAS 60 60

61 FOMAS DE ONDA ECTIFICADO DE PECISIÓN DE ONDA COMPLETA DE ALTA IMPEDANCIA E m 0 T T T MAV = 1/2 * E m T Promedio ecificado y luego Promediado = E m (b) MAV de una onda riangular VALO ABOLUTO MEDIO DE ONDAS TIANGULAES ALTENAS 61 61

62 FOMAS DE ONDA ECTIFICADO DE PECISIÓN DE ONDA COMPLETA DE ALTA IMPEDANCIA E m E m E m MAV = E m 0 T T T T Promedio ecificado y luego Promediado = E m (c) MAV de una onda cuadrada VALO ABOLUTO MEDIO DE ONDAS CUADADAS ALTENAS 62 62

63 ECTIFICADO DE PECISIÓN CON ENTADAS SUMADOES I = E i / E i /2 I = E i / I 2 I E i Desacivado D P = Acivado I A 0V V 0A = E i 0.6V B V 0 = E i (a) Durane las enradas posiivas, el amplificador operacional A inviere E i, como el amplificador operacional B es un sumador inversor, V 0 = E i. ESTE AMPLIFICADO DE VALO ABSOLUTO TIENE AMBOS NODOS DE SUMA AL POTENCIAL DE TIEA PAA UNA U OTA POLAIDAD DE VOLTAJE DE ENTADA = 20 K 63 63

64 ECTIFICADO DE PECISIÓN CON ENTADAS SUMADOES I 0V I /2 E i I D n Desacivado A V 0A = E i 0.6V (b) Durane las enradas negaivas, se recifica la enrada de A al valor de 0V;el el amplificador operacional B inviere E i, por lo que V 0 = E i. B V 0 = (E i ) = E i ESTE AMPLIFICADO DE VALO ABSOLUTO TIENE AMBOS NODOS DE SUMA AL POTENCIAL DE TIEA PAA UNA U OTA POLAIDAD DE VOLTAJE DE ENTADA = 20 K 64 64

65 CONVETIDO DE COIENTE ALTENA Y COIENTE CONTINUA C I 0V 10 f /2 E i A 0 V B V O = MAV de E i /2 /3 (b) Durane las enradas negaivas, se recifica la enrada de A al valor de 0V;el el amplificador operacional B inviere E i, por lo que V 0 = E i. PAA CONSTUI ESTE CONVETIDO DE CA A CD O AMPLIFICADO DE VALO MEDIO ABSOLUTO, SE AÑADE UN CAPACITO 65 65

66 CICUITOS DE ZONA MUETA V ref / = I m V D N A D p V 0A = 0 B V 0B = 0 E i (a) V ref = V/m; el valor de V 0A y V 0B es 0 para odos los valores posiivos de E i y para odos los valores negaivos de E i que esén por encima (o sean más posiivos que) V ref. Mediane los circuios comparadores es posible saber si una señal se encuenra por abajo o por arriba de un volaje de referencia deerminado. En conrase con el comparador, el circuio de zona muera permie saber en cuáno se encuenra la señal por debajo o por arriba del volaje de referencia

67 CICUITOS DE ZONA MUETA m (E i / V ref /) V V ref /m D N E i / A D p V0A = E i V ref B V 0B = E i V ref E i (b) Cuando E i es negaivo y esá por debajo de V ref, V 0A se vuelve posiivo hasa alcanzar el valor (E i V ref ) y V 0B se vuelve negaivo hasa alcanzar el valor E i V ref. Mediane los circuios comparadores es posible saber si una señal se encuenra por abajo o por arriba de un volaje de referencia deerminado. En conrase con el comparador, el circuio de zona muera permie saber en cuáno se encuenra la señal por debajo o por arriba del volaje de referencia

68 CICUITOS DE ZONA MUETA 10V Zona muera 10V 10V V 0 V ref V 0A V 0A en función de E i V 0B 0 E i V ref 10V E i V ref V 0B en función de E i 10V 10V 10V V 0 (c) Formas de onda de (a) y (b). Mediane los circuios comparadores es posible saber si una señal se encuenra por abajo o por arriba de un volaje de referencia deerminado. En conrase con el comparador, el circuio de zona muera permie saber en cuáno se encuenra la señal por debajo o por arriba del volaje de referencia

69 CICUITOS DE ZONA MUETA CON SALIDA POSITIVA 15V = V 30k m 10k D N E i 10k A D p B V 0B = E i V ref V ref = V/m = 5V E i V ref = V 0A (a) La corriene fluye a ravés de D p sólo cuando E i esá por encima de V ref o 5V CICUITO DE ZONA MUETA, CON SALIDA BIPOLA 69 69

70 CICUITOS DE ZONA MUETA CON SALIDA POSITIVA E i V 0A V0B V 0B 10V Zona muera 10V 10V V 0 V ref V 0A en función de E i V 0B en función de E i E i V ref 0 V ref 10V E i V ref V 0A 10V 10V 10V V 0 E i (b) Formas de onda del circuio de zona muera, salida posiiva. V 0B CICUITO DE ZONA MUETA, CON SALIDA BIPOLA 70 70

71 CICUITOS DE ZONA MUETA CON SALIDA POSITIVA E i Fig. 715 V 0B Zona muera V 0A (V/m) 0 0 V 0B (V/m) V 0A Fig. 716 E i V0B CICUITO DE ZONA MUETA, CON SALIDA BIPOLA 71 71

72 ECOTADO DE PECISIÓN 2 15 V ref1 = 7.5V A V 0A Conviere el circuio de zona muera a recorador de precisión ~ E i C = C V B V ref2 = 5V V 0B (a) Añadiendo una resisencia C al circuio de zona muera de la figura 717 se obiene un recorador de presición

73 FOMAS DE ONDA EN UN ECOTADO DE PECISIÓN V 0 V 0 ecorado 10V 10V 10V 10V V ref1 V ref1 V ref2 0 E i 2.5V 0 V 0A 0 E i 10V 0 10V E i V ref1 10V 5V V0B 10V V ref2 10V Produce V o si se elimina C V ref2 10V V 0 V 0 (b) Formas de onda del recorador de presición

74 CONVETIDO DE ONDA TIANGULA A ONDA SENOIDAL D 5 D 6 2 = 2.5 k Ajuse de pico 0.7V 0 E i = 0.5 a pico de 1V 2 = 2.5 kw V 7 A 4 6 V 0 = 1V 0 15V 3 = 10 k Pendiene de cenro 5.6 k D 1 D 3 Pendiene de cruce 1 = 10 k D 2 D