Presentación Circuitos con Diodos

DIODOS
CIRCUITOS CON DIODOS
SEMICONDUCTORES
Modelo Ideal :
Usaremos el diodo como un simple indicador on/off.
¿Conduce o no el diodo?
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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.
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Ejemplo; ¿Conduce o no el diodo de la figura?
Asumimos inicialmente que el diodo no
conduce.
El Voltaje a través de R2(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.
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Verifiquemos asumiendo que el diodo
conduce.
Como el diodo actúa como cortocircuito,
v1 y v2 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.
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La corriente
circuito será:
circulante
por
el
Siendo la conexión en serie, la
corriente a ambos lados del
circuito es igual por lo que:
Es decir v1 > 0. Recuerde el
esquema general.
El voltaje en la unión pn sería
Opuesto al voltaje en v1. 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.
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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.
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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 Vγ.
El voltaje en el diodo será:
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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:
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Determinar el valor de v1 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.
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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.
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:
Durante el semiciclo positivo,
circula en la carga una
corriente:
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El Rectificador de Puente:
Esta es la versión en
diodos del Puente de
Wheatstone, formado
anteriormente por
resistencias.
Durante el medio ciclo positivo de vs, D1 y D3 están conectados directamente
y
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Durante el medio ciclo negativo de vs, D2 y D4 están conectados directamente y
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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.
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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.
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.
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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 -VZ
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.
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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 vs > VZ, entonces el diodo se halla en régimen de ruptura reversa,
por lo que mantendrá un voltaje permanente.
LECTURAS RELACIONADAS:
RELACIONADAS
COGDELL, J.R., FUNDAMENTOS
DE ELECTRONICA, PP 68 – 88
SEDRA, SMITH, CIRCUITOS
MICROELECTRONICOS, PP 122 191
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