rectificadores monofasicos no controlados · pdf filemomento de reflexión: a la vista...

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL

RECTIFICADORES

MONOFASICOS NO

CONTROLES ELECTRICOS Y AUTOMATIZACIONEE - 621

TEMAS

Diodos semiconductores, Rectificadores monofásicos demedia onda, Rectificadores monofásicos de onda completa,Rectificadores trifásicos de media onda, Rectificadorestrifásicos de onda completa

MONOFASICOS NO

CONTROLADOS

CA / CC CC / CC

Rectificador Regulador de continua

TIPOS DE CONVERSORES DE ENERGIA ELECTRONICOS

CA / CA CC / CA

de continua

•Cicloconvertidor•Reg. alterna

Inversor

DIODOS SEMICONDUCTORES

MOMENTO DE REFLEXIÓN:A la vista de lo anterior y sin mas consideración

¿Como debería ser la característica de un diodo?

+

V

I I

FALSO-

V

V

Dos trozos de material, relativamente buen conductor, podríamos pensar que debe comportarse como una resistencia bastante pequeña (idealmente un corto).

FALSO

-

-

-

-

+

P N

+

+

+

ZONATRANSICIÓN

ÁNODO CÁTODO

Zona libre de cargas.Solo quedan los iones fijos.

DIODOS SEMICONDUCTORES

ÁNODO CÁTODO

SÍMBOLO

Fue descubierto accidentalmente el los laboratorios Bell por Russel Ohl en 1940

I

POLARIZACIÓN DIRECTA:LA CONSIDERACIÓN INTUITIVA ES BASTANTE CIERTA

Huecos (zona P) y electrones (zona N) mayoritarios se ven empujados a "invadir" la zona de transición.

La zona de transición se ve reducida drásticamente.

La corriente se debe a mayoritarios y la corriente directa puede llegar a ser importante.

P

N

DIODOS SEMICONDUCTORES

P N

+ -

La aproximación de una resistencia pequeña (idealmente un cable es razonable)

POLARIZACIÓN INVERSA:FALLA LA INTUICIÓN.

I

P

N

Huecos (zona P) y electrones (zona N) mayoritarios se ven empujados a "escapar" de la zona de transición.

La zona de transición aumenta drásticamente.

La corriente se debe a minoritarios y la corriente directa será muy pequeña (idealmente nula).

DIODOS SEMICONDUCTORES

N

P N

- +-

-

-

-

+

+

+

+

+

+

+

+

-

-

-

-

La mejor aproximación es un cable roto (falla la intuición)

+

V

I

P

I

CARACTERÍSTICA DEL DIODO IDEAL (CONCLUSIONES)

Idealmente, permite corriente directa (se comporta como un cable) y bloquea o no permite la corriente inversa (se comporta como un cable roto)

¡¡ PRESENTA UN COMPORTAMIENTO NO LINEAL !!

DIODOS SEMICONDUCTORES

-

V

N V

ANÉCDOTAUn símil hidráulico podría ser una válvula anti-retorno, permite pasar el agua (corriente) en un único sentido.

p n

ánodo cátodo

A K

Símbolo

DIODO REAL

V [Volt.]

0

1

0.25-0.25

i [mA]

0.5

Ge Si

DIODOS SEMICONDUCTORES

IS = Corriente Saturación InversaK = Cte. Boltzman VD = Tensión diodoq = carga del electrónT = temperatura (ºK)ID = Corriente diodo

Silicio Germanio

−⋅= ⋅

⋅

1TK

qV

SD

D

eII

0.25-0.25 0.5

V [Volt.]0

1

0.25-0.25

i [mA]

0.5

Ge Si

0 1-4

30

i [mA]

V [Volt.]

GeSi

DIODO REAL (Distintas escalas)

Ge: mejor en conducciónSi: mejor en bloqueo

DIODOS SEMICONDUCTORES

0 0.25-0.25 0.5 0 1-4

-0.8

-0.5 0

i [µµµµA]

V [Volt.]

-10

-0.5 0

i [pA]

V [Volt.]

Ge Si

DIODO: DISTINTAS APROXIMACIONES

I

V

Solo tensión de codoGe = 0.3Si = 0.6

I

V

Tensión de codo yResistencia directa

I

V

Ideal

DIODOS SEMICONDUCTORES

I

V

Corriente de fugas conTensión de codo yResistencia directa

I

V

Curva real(simuladores, análisis gráfico)

DIODO: CARACTERISTICAS Y/O LIMITACIONES

I Corriente máxima

Límite térmico, sección del conductor

Tensión inversamáxima

Ruptura de la Uniónpor avalancha

DIODOS SEMICONDUCTORES

V

600 V/6000 A200 V /60 A

1000 V /1 A

VR = 1000V Tensión inversa máximaIOMAX (AV)= 1A Corriente directa máximaVF = 1V Caída de Tensión directa

DIODO: Parámetros facilitados por fabricantes

Vd

id

iS

VR

IOmax

DIODOS SEMICONDUCTORES

VF = 1V Caída de Tensión directaIR = 50 nA Corriente inversa

VR = 100V Tensión inversa máximaIOMAX (AV)= 150mA Corriente directa máximaVF = 1V Caída de Tensión directaIR = 25 nA Corriente inversa

VdiS

NOTA:Se sugiere con un buscador obtener las hojas de características de un diodo (p.e. 1N4007). Normalmente aparecerán varios fabricantes para el mismo componente.

Diodo Zener (Zener diode)

La ruptura no es destructiva.(Ruptura Zener).

En la zona Zener se comporta como una fuente de tensión (Tensión Zener).

Necesitamos, un límite de corriente inversa.

ITensiónZener(VZ)

DIODOS ESPECIALES

corriente inversa.

Podemos añadir al modelo lineal la resistencia Zener.

Aplicaciones en pequeñas fuentes de tensión y referencias.

V

Límite máximo

Normalmente, límite de potencia máxima

Diodo LED (LED diode)Diodo emisor de Luz = Light Emitter Diode

El semiconductor es un compuesto III-V (p.e. Ga As). Con la unión PN polarizada directamente emiten fotones (luz) de una cierta longitud de onda. (p.e. Luz roja)

A KA K

DIODOS ESPECIALES

A KA K

Fotodiodos (Photodiode)

0

i

V

Los diodos basados en compuestos III-V, presentan una corriente de fugas proporcional a la luz incidente (siendo sensibles a una determinada longitud de onda).

Estos fotodiodos se usan en el tercer cuadrante. Siendo su aplicaciones principales:

Sensores de luz (fotómetros)Comunicaciones

COMENTARIO

DIODOS ESPECIALES

0

ioptCOMENTARIOLos diodos normales presentan variaciones en la corriente de fugas proporcionales a la Temperatura y pueden ser usados como sensores térmicos

i

0

V T1

T2>T1

El modelo puede ser una fuente de corriente dependiente de la luz o de la temperatura según el caso

I = f(T)

Células solares (Solar Cell)

i

V VCA

Cuando incide luz en una unión PN, la característica del diodo se desplaza hacia el 4º cuadrante.

En este caso, el dispositivo puede usarse como generador.

Zonauso

DIODOS ESPECIALES

iCC

Paneles de células solares

uso

Diodo Varicap (Varicap , Varactor or Tuning diode)

P N

- +-

-

-

-

+

+

+

+

+

+

+

+

-

-

-

-

Dieléctrico

La unión PN polarizada inversamente puede asimilarse a un condensador de placas planas (zona de transición).

Esta capacidad se llama Capacidad de Transición (CT).

Notar, que al aumentar la tensión inversa aumenta la zona de transición. Un efecto parecido al de separar las placas de un condensador (CT disminuye).

DIODOS ESPECIALES

d

Dieléctricocondensador (CT disminuye).

Tenemos pues una capacidad dependiente de la tensión inversa.

Un diodo Varicap tiene calibrada y caracterizada esta capacidad.

Uso en equipos de comunicaciones (p.e. Control automático de frecuencia en sintonizadores)

CT

VI

30 pF

10 V

Diodo Schottky (Schottky diode)

Unión Metal-semiconductor N. Produciéndose el llamado efecto schottky.

La zona N debe estar poco dopada.

Dispositivos muy rápidos (capacidades asociadas muy bajas).

DIODOS ESPECIALES

Corriente de fugas significativamente mayor.

Menores tensiones de ruptura.

Caídas directas mas bajas (tensión de codo ≅≅≅≅ 0.2 V).

Aplicaciones en Electrónica Digital y en Electrónica de Potencia

El efecto Schottky fue predicho teóricamente en 1938 por Walter H. Schottky

Diodo tunel y diodo GUNN (Gunn diode and Tunnel diode)

IDZona de resistencia negativa.Efecto Túnel

Tienen dopadas mucho las dos zonas del diodo (105

veces mayor).

Aparece un efecto nuevo conocido como efecto túnel. (Descubierto por Leo Esaki en 1958).

Un efecto parecido (GUNN) se produce en una cavidad tipo N de Ga As.

El diodo GUNN fue descubierto por Ian Gunn en

DIODOS ESPECIALES

VD

El diodo GUNN fue descubierto por Ian Gunn en 1962.

Los efectos se traducen en una zona de resistencia negativa en la característica directa del diodo.

Esta zona se aprovecha para hacer osciladores de microondas.

(El diodo GUNN aparece en el oscilador local del receptor del radar. Está presente en todos los radares marinos actuales).

Diodo GUNN

ASOCIACIÓN DE DIODOS

Diodo de alta tensión (Diodos en serie)

Puente rectificador

+

-

+

Monofásico

Trifásico

CIRCUITOS CON DIODOS

DISPLAY

+

-

Trifásico

Detectores reflexión de objeto

APLICACIONES DE DIODOS

Detectores reflexión de espejo Detectores de barrera

Sensores de luz: FotómetrosSensor de lluvia en vehículosDetectores de humoTurbidímetrosSensor de Color

APLICACIONES DE DIODOS

LED azul

LED verde

LED rojo Fotodiodo

Objetivo

LED

APLICACIONES DE DIODOS

Fuente de alimentación

Tra

nsf

orm

ado

r

Rec

tifi

cad

or

Reg

ula

do

r

El rectificador

Convierte la tensión alterna en continua

220 V 50 Hz

6 V

50 Hz

5 V

Tra

nsf

orm

ado

r

Rec

tifi

cad

or

Fil

tro

Reg

ula

do

r

c.a. (positiva y negativa)

Continua pulsante+

–

+

–

Rectificador

vE

vS

≥ 0v

S

RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA

D

+

Entrada Salida

+

Rectificador

– –

vE v

S =v

R

RL

RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA

RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA

� �

T

T

vE

t

T2

vS

t

RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA

RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA

RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA

RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETATIPO PUENTE

RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA

TIPO PUENTE

RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA

RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS

RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA

RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA

RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA

RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA

RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA

RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA

RECTIFICADORES TRIFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA

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