B 1 Diodos

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Asignatura: ELECTRONICA INDUSTRIALTitulacin: Ingeniera Tcnica Industria

Curso 2006/2007

ndice2.1.- Introduccin2.2.- Curva V-I del diodo2.3.- Caractersticas elctricas del diodo2.4.- Recta de carga y punto de trabajo2.5.- Linealizacin de la curva del diodo2.6.- Circuitos con diodos

2.6.1.- Rectificadores2.6.2.- Limitadores2.6.3.- Otros circuitos

2.7.- Tipos de diodos2.7.1.- Diodo Zener2.7.2.- LED2.7.3.- Fotodiodo

2.8.- Aplicaciones2.8.1.- Fuentes de alimentacin2.8.2.- Barreras fotoelctricas

Bibliografa bsica: P. Malvino, Principios de Electrncica, McGraw-Hill.

Bibliografa complementara: Millman y A. Grabel, Microelectrnica. Ed. Hispano-Europea.J. Floyd, Electronic Devices, Prentice-Hall.

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2.1.- INTRODUCCIN

DiodoDiodo: Dispositivo electrnico que deja circular la corriente en un sentido,pero no en el otro (Dispositivo no lineal)

Diodo = Semicondu ctor + Otros Elementos(Dispositivo Electrnico )

Smbolo elctrico

Ejemplos:

2.2.1. -Caracterstica ideal del diodo

Idealmente, permite corriente directa(se comporta como cortocircuito) ybloquea o no permite la corrienteinversa (se comporta como un circuitoabierto)

2.2.- CURVA V-I DEL DIODO

Apl icando tensin inversa no hayconducc in de corr iente

Al aplicar tensin directa en la

unin es posib le la circu lacin de

co rri ent e elct ric a

Nota record atoria:Nota recordato ria:

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2.2.2.- Caracterstica real del diodo

2.2.- CURVA V-I DEL DIODO

=

1eII TKqV

SD

D

IS = Corriente Saturacin InversaK = Cte. Boltzman

VD = Tensin diodo

q = carga del electrn

T = temperatura (K)

ID = Corriente diodo

Tensin de codo

Tensin inversa mxima

Corriente de saturacin

Zona directa:Zona directa:

2.3.- CARACTERSTICAS ELCTRICAS DE UN DIODO

Tensin de codo: Diferencia de potencial mnima

necesaria para que el diodo acte como conductor

en lugar de circuito abierto (VF)

Corriente de saturacin: Es lapequea corrienteque se establece al polarizar inversamente el diodo

Corriente mxima: Mxima corriente que soporta

el diodo sin romperse por Efecto Joule (IOmax)

Tensin inversa mxima: Diferencia de potencial

a partir de la cual se produce la ruptura de la Unin

por avalancha (VR)

600 V/6000 A200 V /60 A 1000 V /1 A

Vd

Id

IR

VR

IOmax

VF

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Ejemplos:

VR = 1000V Tensin inversa mxima

IOMAX = 1A Corriente directa mxima

VF = 1V Cada de Tensin directa

IR = 50 nA Corriente inversa

VR = 100V Tensin inversa mxima

IOMAX= 150mA Corriente directa mxima

VF = 1V Cada de Tensin directa

IR = 25 nA Corriente inversa

Vd

Id

IR

VR

IOmax

(Parmetro s facilitad os por fabri cantes )

VF


Hoja decaractersticas

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2.4.- RECTA DE CARGA Y PUNTO DE TRABAJO

+

-

ID

VDVTH

RTH

Curva VI del diodo(Dato fabric ante)

Recta de cargaVTH

RTH

+

-

ID

VD

VTH

VTH/RTH

VD

VD

ID

ID

+

-

ID

VD

Objetivo: Calcular la tensin y corriente del diodo para un determinado circuitomediante un mtodo grfico, sin usar la ecuacin del diodo

IDQ

VDQ VTH

VTH/RTH

Punto de

Trabajo

DDTHTH VIRV +=TH

DTHD

R

VVI

=

+

-

V

I I

V

FuenteTensin

I

+

-

V

V

FuenteCorriente

I

+

-

V

I I

V

Corto(R = 0)

+

-

V

I I

V

Abierto(R = )

+

-

I I

VResistencia(R)

V

+

-

I I

V

Fuente yResistencia

2.5.- LINEALIZACIN DE LA CURVA DE UN DIODO

NOTA: Curvas V-I de diferentes componentes elctricos

Objetivo: Calcular la tensin y corriente del diodo para un determinado circuito

mediante un mtodo simple, sin usar la ecuacin ni grficas del diodo

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2.5.- LINEALIZACIN DE LA CURVA DE UN DIODO

Interruptor ideal

+

Tensin de codo

+Resistencia directa

1 Aproximacin 2 Aproximacin 3 Aproximacin

Interruptor ideal+

Tensin de codo

Interruptor ideal

2.6.- CIRCUITOS CON DIODOS

2.6.1.- RECTIFICADOR DE MEDIA ONDADE MEDIA ONDA

VENTRADA VSALIDA

VE

VS

VSALIDACon Diodo Ideal Con Diodo Real

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2.6.- CIRCUITOS CON DIODOSVG

VL

Vmax

VD ON ONOFF

1

I

1 Diodo en pol. directa (ON): Cortocircuito

2 Diodo en pol. inversa (OFF): Cto.Abierto

VGVD =VL = 0I = 0

2 1

VGVL =VD = 0 I = VL/ R

(Diodo ideal)(Diodo ideal)

+

VGR

I

VL

VD

VGVL VD=

EntradaEntrada SalidaSalida


2.6.- CIRCUITOS CON DIODOSVG

VL

Vmax

VD

I

1 Diodo en pol. directa (ON):

2 Diodo en pol. inversa (OFF):

VGVD =VL = 0I = 0

VGVL = - 0,7VD = 0,7

0,7

0,7

- Vmax

- Vmax

Vmax- 0,7

I = VL/ R

+

VGR

I

VL

VD

VGVL VD=

EntradaEntrada SalidaSalida

(Diodo No ideal)(Diodo No ideal)


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VENTRADAVSALIDA

VE

VS

VSALIDA Con Diodo Ideal

Con Diodo Real

2.6.1.- RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETADE ONDA COMPLETA


RECTIFICADOR ONDA COMPLETAVG

VL

VD2,D4 ON

1 2 1

OFFVD1,D3

D1 D2

D4D3

+

VGR

I

VL

+

D2

+

VGR

I

VL

+

D4

1

Diodo D2 y D4 en pol. directa (ON): CortocircuitoDiodo D1 y D3 en pol. inversa (OFF): Cto.Abierto

- VGVD1,3 =

VGVL =VD2,4= 0

I = VL/ R

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RECTIFICADOR ONDA COMPLETA VG

VL

VD2,D4 ON ONOFF

1 2 1

OFF ON OFFVD1,D3

D1 D2

D4D3

+

VGR

I

VL

+

D1

+

VGR

I

VL

+

D3

2

Diodo D1 y D3 en pol. directa (ON): Cortocircuito

Diodo D2 y D4 en pol. inversa (OFF): Cto.Abierto

VGVD2,4 =

-VGVL =VD1,3= 0

I = VL/ R

( ) =T

0

2

Oef dttv

T

1V

Tensin media en la

Carga (o Salida):( ) =

T

0

O dttvT

1V

Tensin eficaz en la

Carga (o Salida):


PARAMETROS DE LOS RECTIFICADOR

Media Onda Onda Completa

Potencia d.c. en la carga:

Potencia a.c. en la carga:

Rendimiento:

L

dcR

VP

2

=

L

ef

acR

VP

2

=

ac

dc

P

P=

picoV

picoV2

2

picoV

=

2

2

efV

V

L

pico

R

V2

2

L

pico

R

V2

2

2

%4042

2

picoV

L

pico

R

V2

24

L

pico

R

V

2

2

%8082

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2.6.2.- LIMITADORES

Segn forma de obtener la salida:

Limi tador Serie(Vo en serie con diodo)

Limi tador Paralelo(Vo en paralelo con diodo)

Segn donde se realice la limitacin:

Limi tador posi t ivo(Elimina el semiciclo positivo completo)

Limi tador negat ivo(Elimina el semiciclo negativo completo) Limi tador polar izado posi t ivo(Elimina parte del semiciclo positivo)

Limi tador p olar izado negat ivo(Elimina parte del semiciclo negativo) Limi tador polar izado do ble(Elimina parte de los dos semiciclos)

LimitadorLimitador

SerieSerieNegativoNegativo

LimitadorLimitador

ParaleloParalelo

PositivoPositivo

Limitador Polarizado DobleLimitador Polarizado Doble

Ejemplos:Ejemplos:


2.6.3.-OTROS CIRCUITOS: CAMBIADORES DE NIVEL

Son circuitos que no modifican la forma de onda de

la seal, sino que le aaden una componente de

continua (OFFSET)

Se basan en el uso de diodos y condensadores

2.6.3.-OTROS CIRCUITOS: MULTIPLICADORES DE TENSION

Son circuitos que producen una tensitensin continuan continua igual a un mltiplo de valor de pico de la

tensin de entrada (2Vp 3Vp 4Vp etc.)

Se usan para fuentes de alimentacin de alta tensin y pequea corriente

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2.7.- DIODOS ESPECIALES

2.7.1.- DIODO ZENER

Diseados para trabajar en

Zona de ruptura.

Parte esencial de los reguladores

de carga

Segn el dopaje presentan

tensiones zener desde 0,4 V

hasta 200 V

SSmbolombolo CurvaCurva VV--II CircuitoCircuito

equivalenteequivalente

Ejemplo: Circuito regulador de carga basado en Zener


2.7.2.- DIODO LED Diodo emisor de Luz = Light Emitter Diode

Con la unin PN polarizada directamente y circulando por el una

corriente, emite fotones (luz) de una cierta longitud de onda.

El funcionamiento fsico consiste en que, un electrn pasa de la

banda de conduccin a la de valencia, perdiendo energa. Esta

energa se manifiesta en forma de un fotn emitido.

El voltaje de operacin del Diodo LED va desde 1,5 hasta 2,2

voltios aproximadamente, y la gama de intensidades que debe

circular por l va desde 10 hasta 40 mA aprox.

El color depende del material semiconductor empleado en la

construccin del diodo, pudiendo variar desde el ultravioleta,

pasando por el espectro de luz visible, hasta el infrarrojo,

recibiendo stos ltimos la denominacin de IRED (Infra-Red

Emitting Diode).

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2.7.3.- FOTODIODOS

Presentan una corriente de fugas proporcional a la luz incidente

(siendo sensibles a una determinada longitud de onda)

Aplicaciones principales: Sensores de luz (fotmetros) y comunicaciones

Estos fotodiodos se usan en el tercer cuadrante, como fuente de corriente

I = f(luz)IRD

IRL

Polarizado en directaPolarizado en directa, igual que un diodo normalPolarizaciPolarizacin inversa y en oscuridadn inversa y en oscuridad: igual que un diodo normal, presenta una

corriente inversa Ir de pequeo valor (IRD).PolarizaciPolarizacin inversa y en iluminacin inversa y en iluminacinn: Al ponerlo a radiaciones luminosas, la

energa aportada por stas provoca la ruptura de enlaces covalentes y libera

portadores, permitiendo la circulacin de corriente generada por la fuente de

polarizacin exterior (IRL).

2.8.1. - APLICACIONES: FUENTES DE ALIMENTACIN LINEALES

Fuente de alimentaciFuente de alimentacin:n: Transforma la energa de una fuente alterna (Red elctrica)

a a los valores de energa continua que demanda el equipo (Carga)

Red

Elctrica

Fuente de

AlimentacinCarga

Margen Europeo:

230V 20%, 50Hz3Hz

185VRMS275VRMS

Margen Americano:

110V20%, 60Hz3Hz

85VRMS135VRMS

Margen Universal:Margen Universal:

85VRMS275VRMS47Hz63Hz

Continua

hasta 48 V

hasta 10 W

Aplicaciones no

muy exigentes

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2.8.1.- FUENTES DE ALIMENTACIN LINEALES

Red

ElctricaRectificador Filtro Regulador CargaTransformador

Diagrama de bloques

N1:N2

V1 V2

i1 i2

Tensin MENOR

(transformador reductor)TransformadorRed

Elctrica

Transformador


1

1

22 V

N

NV =

V1 V2

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14

Transformador

n1:n2

D iR

VS

iR

n1:n2

VSVE

VE

VS

VS

Rectificador Carga


Rectificador


Filtro

Una vez obtenida la tensin

transformada y rectificada el

objetivo es obtener de la misma

un valor de continua

Su valor

medio

V

2VV =

Ejemplo de Filtro Capacitivo:

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Regulador

Tras el filtro, VE depende de: Carga, Tensin de entrada, Frecuencia, Temperatura, etc.

iR

VSR

VEREGULADOR

VSVE

Regulador mediante zener

iR

VSR

VE

RS

VZVlido para poco consumo de

corriente.

VS

depende algo de la corriente

que pasa por el zener.

Si VE es muy grande iZ muy

grande.



Reguladores comerciales: LM78XX

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Tensin U1------- --

24V LM7824C

18V LM7818C

15V LM7815C

12V LM7812C

8V LM7808C

6V LM7806C

5V LM7805C

Componentes:Componentes:

S1: conmutador

T1: Transformador 24 V 5 AmpBR1: Puente rectificador 10 Amp 50 PIV

C1: Condensador electroltico de 1000uF 25V



C4: Condensador electroltico de 0.1uF 15V

T1: Transformador de 30V mx.

U1: Depende de la tensin de salida que queramos obtener

Ejemplo prctico:

El emisor y el receptor est situados en el mismo

equipo, as la luz al chocar sobre un objeto cualquiera,

rebota y es captado de nuevo por el sensor

Barreras fotoelBarreras fotoelctricas por reflexictricas por reflexinnBarreras fotoelBarreras fotoelctricas directasctricas directas

Contador por barrera directa

Son sistemas destinados a detectar el paso de un objeto por una zona determinada.

Constan de un emisorde luz infrarroja (Diodo IRED) y un receptor(Fotodiodo) que recibe la luz

o detecta la ausencia de la misma.

2.8.2.- APLICACIONES: BARRERAS FOTOELECTRICAS

Contador co n barrera por reflexin

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Asignatura: ELECTRONICA INDUSTRIALTitulacin: Ingeniera Tcnica Industrial

Curso 2006/2007

Ejercicio:

Calcular el punto de trabajo del diodo

+

-

ID

VD

2 V

100 DDTHTH VIRV +=TH

DTHD

R

VVI

=

100

2 DD

VI

=

=

=

1e102I

1eII

0,025

V

15

D

TK

qV

SD

D

D

100

21eI TK

qV

S

D

DV=

15-0,025

V

15- 210100

2

100e210

D

=+ DV

2e210 0,025V

13-D

+ DV

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Ejemplo:


+

-

ID

VD

2 V

100DDTHTH VIRV +=

TH

DTHD

R

VVI

=

100

2 DD

VI

=

===

===

VVVISi

mAAIVSi

THDD

DD

20

20100

20

Solucin:

1.- Clculo de la recta de carga

2.- Dibujar sobre la curva del diodo

Punto de trabajo Q = ( 0,75V; 12,5mA)Curva del diodo (Datos del fabricante)

Ejemplo:


+

-

ID

VD

2 V

100DDTHTH VIRV +=

TH

DTHD

R

VVI

=

100

2 DD

VI

=

Solucin:

1.- Clculo de la recta de carga

2.- Suponemos 2 aproximacin (Vd=0,7)

Punto de trabajo Q = ( 0,7 V; 13 mA )

mAID 3,1100

7,02=

=

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