ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA

ELECTRONICA

TRABAJO – INVESTIGACION DE LOS TIPOS DE DIODOS

DOCENTE : ING. MARTIN A. NOMBERA LOSSIO

CURSO : CIRCUITOS ELETRÓNICOS 1

ALUMNOS : CALDERON PEREZ JOSELITO

DIAZ ESQUEN CESAR ANTHONY

MARROQUIN FLOREZ JUAN

SOTERO FERNADEZ EDGAR

VIGIL ZARPAN DAVID

Lambayeque, octubre del 2015

Cuando el circuito es alimentado por el semiciclos positivo de la tensión AC del

secundario del transformador, D1 está en conducción y D2 está en corte o

“abierto”, por lo que cargará el condensador C1 hasta Vs. La polaridad de la

tensión de carga de C1 se muestra en el siguiente circuito equivalente:

Cuando le toca el turno al ciclo negativo de la onda de tensión AC, los diodos

cambian su condición en forma opuesta es decir, D1 entra en corte o en no

conducción y D2 pasa a modo de conducción. En esta fase, empieza la carga de

C2 hasta 2Vs. Veámoslo en un circuito equivalente:

A.1) DOBLADOR DE MEDIA ONDA:

En la siguiente figura, vemos un Doblador de media onda:

A) CIRCUITOS MULTIPLICADORES DE TENSIÓN:

Este circuito nos ofrece una salida rectificada de onda completa con filtro

condensador.

Aquí también entran en juego las conmutaciones entre corte y conducción de los

dos diodos. En el semiciclo positivo de la onda de tensión, el circuito se puede

representar como el siguiente:

Vemos que C1 se cargará con la polaridad mostrada a Vs. En el ciclo negativo,

el circuito será así:

Cargando C2 a Vs. Vemos que la tensión suministrada a la carga es 2Vs.

Al igual que en el doblador de media onda, aquí se requiere que la tensión

inversa pico de los diodo sea 2Vs para que no se dañen y los condensadores

deberán soportar al menos Vs.

Una cosa importante y distintiva en este circuito es que el condensador

equivalente que sirve de filtro es igual a la asociación en serie de C1 y C2.

A.2) DOBLADOR DE ONDA COMPLETA:

Ahora vamos a tomar el doblador de media onda y vamos a hacer un

multiplicador de voltaje. Veremos que con este simple circuito podremos obtener

múltiplos pares e impares de la tensión rectificada del secundario, del

condensador C1.

Podemos hacer un análisis del circuito y veremos que el comportamiento se

puede resumir como sigue:

1) Durante el semiciclo positivo de la AC, C1 se carga a Vs a través de D1.

2) Durante el semiciclo negativo de la AC, C2 se carga a 2Vs a través de D2.

3) Durante el semiciclo positivo de la AC, C3 se carga a 2Vs a través de D3

y C2.

4) Durante el semiciclo negativo de la AC, C4 se carga a 2Vs a través de D2,

D3 y C3.

5) Sucesivamente.

CIRCUITOS APLICADOS CON VALORES REALES

Un circuito multiplicador de voltaje es una configuración de Capacitores y Diodos

semiconductores conectados en secuencia que multiplica el voltaje de entrada

mientras la rectifica.

A.3) MULTIPLICADOR DE VOLTAJE:

COMPROBACION DEL CIRCUITO EN UNO REAL

2 condensadores electrolíticos de 2200uF a 25V

2 diodos rectificadores 1n4007

Medimos la salida de tensión del transformador y es de 11.7 VAC.

Soldamos el correcto circuito, que nos permita duplicar la tensión.

Lo conectamos con el transformador.

Medimos con un multímetro, el valor de tensión de cada condensador

Medimos el valor de tensión de los extremos, nos tiene que dar el doble.

B) CIRCUITO LIMITADOR O RECORTADOR CON DIODOS: Los circuitos recortadores de onda son tipos de circuitos que se encargan de recortar una porción de una señal alternante. Su función también puede ser la de limitar el valor máximo que puede tomar una señal de referencia o bien una señal de control, en cuyo caso estos circuitos son también reconocidos como circuitos limitadores.

B.1) LIMITADOR POSITIVO:

Un limitador positivo recorta o limita la parte superior de una señal, Esto significa que recorta porciones de Tensión en los semiciclos positivos.

FIGURA 1.-Limitador Positivo

La figura 1 muestra un Limitador Positivo y el circuito funciona de la siguiente manera:

El diodo es polarizado en directa durante los semiciclos positivos y en inversa durante los semiciclos negativos. Cuando el diodo esta polarizado en directa se produce un corto que ocasiona una caída de tensión en la resistencia RL que se aprecia como un recorte en el semiciclo positivo, Idealmente dicha caída debería recortar totalmente el semiciclo, en la practica el diodo no es ideal y el recorte termina en 0.7V.

B.2) LIMITADOR NEGATIVO:

Un limitador negativo recorta o limita la parte inferior de una señal, Esto

significa que recorta porciones de Tensión en los semiciclos negativos.

FIGURA 2.- Limitador Negativo

La figura 2 muestra un Limitador Negativo y el circuito funciona de la siguiente manera:

El diodo es polarizado en directa durante los semiciclos negativos y en inversa durante los semiciclos positivos. Cuando el diodo esta polarizado en directa se produce un corto que ocasiona una caída de tensión en la resistencia RL que se aprecia como un recorte en el semiciclo negativo, Idealmente dicha caída debería recortar totalmente el semiciclo, en la practica el diodo no es ideal y el recorte termina en −0.7V.

B.3) RECORTADOR SIN POLARIZAR:

Imaginemos que en un caso como en el de la figura, no nos interesa que al circuito que estamos protegiendo (en este caso el elemento que vamos a proteger es la resistencia de carga RL) le lleguen tensiones superiores a 0.7 V, tanto positivos como negativos. Montando los dos diodos y la resistencia limitadora como se ve en la figura, nosotros conseguimos que cualquier tensión que exceda de 0.7 V o disminuya de -0.7 V, se vea recortada por los diodos. Estos 0.7 V de los que hablamos son la barrera de potencial del diodo. Hay que tener en cuenta que la resistencia limitadora (Rlim) es mucho menor que la resistencia de carga (RL), de este modo la tensión que cae en la resistencia limitadora es prácticamente nula y podemos despreciarla.

Aunque la resistencia limitadora pueda parecer innecesaria, es importante entender que en realidad es parte imprescindible del limitador, ya que si no estuviera conectada, al polarizarse uno de los diodos directamente (los dos diodos no pueden estar polarizados directamente al mismo tiempo), este comenzaría a conducir la corriente eléctrica sin control y se destruiría. Como su propio nombre indica, la resistencia limitadora tiene como función limitar la corriente que atraviesa los diodos.

De este modo, si la tensión de entrada supera por cualquier motivo los 0.7 V el diodo D1 quedará polarizado directamente y recortará el exceso de tensión. De igual forma, cuando la tensión de entrada disminuya de -0.7 V, el diodo D2 quedará polarizado directamente y recortará el exceso de tensión que podría dañar nuestra carga.

B.2) RECORTADOR POLARIZADO:

Muchas veces no nos interesa que los diodos recorten las tensiones de entrada a los 0.7 V o a los -0.7 V. Por ejemplo, puede que lo que estemos buscando es que a la entrada no le lleguen tensiones superiores a los 10 V o inferiores a los -10 V (estas tensiones son aleatorias, nosotros elegimos las que más nos interesen), en ese caso no podemos usar el circuito antes mencionado, ahora necesitamos un limitador polarizado. La única diferencia respecto al anterior limitador es que en este caso vamos a polarizar los diodos con baterías, a fin de que sea necesaria una tensión de entrada mayor que 0.7 V para que los diodos se polaricen directamente.

Si lo que buscamos es que la tensión en la carga no sea mayor de 10 V ni inferior de -10 V, montaremos el siguiente circuito.

Veamos cómo funciona el circuito:

Cuando la tensión de entrada se mantiene dentro de sus límites normales, esto es, entre 10 V y -10 V, ninguno de los diodos hace nada.

En el momento en que la tensión es superior a los 10.7 V (los 10 V de la batería más los 0.7 V de la barrera de potencial del diodo), el diodo D1 queda polarizado directamente y empieza a conducir, de esta forma no permite que la tensión en la carga aumente.

Si la tensión de entrada disminuye de los -10.7 V, en este caso es el diodo D2 el que se polariza directamente y comienza a conducir, no permitiendo que la tensión en la carga disminuya hasta niveles peligrosos.

Hay que destacar que en lugar de baterías, también podrían conectarse diodos zener polarizados inversamente cuya tensión Zener fuera igual a la de las baterías que necesitamos colocar. Además las dos baterías o diodos zener no tienen por qué tener el mismo potencial, todo depende de qué niveles de tensión queramos proteger el circuito. Es muy importante tener en cuenta que, en este último caso, en el que queremos recortar de forma diferente el semiciclo positivo y el negativo, se debe tener la precaución de que la segunda fuente sea mayor que la primera. No puede ser la primera mayor que la segunda, pues, llegado el caso en el que ambos diodos se cierren, cosa que puede ocurrir si (Vi-I.Rlim)>E1 (y por ende si E1>E2, (Vi-I.Rlim)>E2), con lo que ambos diodos están en polarización directa, o cortocircuitados, y la E1 intentará llevar a E2 al potencial que ella posee, con lo que se destruirá la batería.

FORMAS DE ONDA

Ahora estudiaremos más a fondo qué es lo que hace el limitador estudiando las distintas formas de onda de la tensión en la entrada y en la carga, en el caso concreto en el que nuestra carga no soporta tensiones mayores de 10 V o menores de -10 V.

Imaginemos que alimentamos el circuito con una tensión de entrada Vi senoidal de 30 V eficaces, en el dibujo es la línea sinusoidal de color verde. Esta tensión de entrada tiene picos cuyo valor alcanza los 42 y -42 V respectivamente. El caso es que si estos valores de tensión llegaran a la carga esta quedaría dañada o se destruiría.

Para evitar que esto ocurra, conectamos la resistencia limitadora, los diodos y las baterías o diodos zener, como hemos visto antes.

Estudiemos cuando comienza a conducir el diodo D1:

La batería que está conectada al diodo D1 polariza su cátodo a 10 V, considerando el diodo ideal, comenzará a conducir cuando la tensión en su ánodo sea mayor que en su cátodo, esto ocurre sólo cuando la tensión de entrada es superior a 10 V.

Cuando Vi supera los 10 V, se convierte en una tensión peligrosa para la carga RL, no obstante en ese mismo momento la tensión en el ánodo del diodo D1 comienza a ser superior que la tensión en su cátodo, con lo que el diodo D1 queda polarizado directamente y comienza a conducir la corriente eléctrica, a partir de este momento la tensión sobrante de la tensión de entrada Vi se ve recortada y no puede llegar a la carga tal y como se ve en la figura de la derecha.

Estudiemos cuando comienza a conducir el diodo D2:

Este caso es igual al anterior. La batería polariza el ánodo de D2 a -10 V. Cuando la tensión de entrada Vi es más baja de lo que la carga puede soportar (en nuestro caso menor que -10 V), el cátodo del diodo D2 queda a un potencial menor que -10 V, con lo que el diodo se polariza directamente y recorta en este caso, las tensiones negativas de entrada que podrían resultar perjudiciales para la carga, tal y como se aprecia en la gráfica.

C) DIODOS RECTIFICADORES:

C.1) DEFINICIÓN:

Un diodo rectificador es uno de los dispositivos de la familia de los

diodos más sencillos. El nombre diodo “rectificador” procede de su

aplicación, la cual consiste en separar los ciclos positivos de una señal

de corriente alterna.

Si se aplica al diodo una tensión de corriente alterna durante los medios

ciclos positivos, se polariza en forma directa; de esta manera, permite el

paso de la corriente eléctrica.

Pero durante los medios ciclos negativos, el diodo se polariza de manera

inversa; con ello, evita el paso de la corriente en tal sentido.

Durante la fabricación de los diodos rectificadores, se consideran tres

factores: la frecuencia máxima en que realizan correctamente su

función, la corriente máxima en que pueden conducir en sentido directo

y las tensiones directa e inversa máximas que soportarán.

Una de las aplicaciones clásicas de los diodos rectificadores, es en las

fuentes de alimentación; aquí, convierten una señal de corriente alterna

en otra de corriente directa.

C.2) TIPOS:

C.2.1) RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA:

Este es el circuito más simple que puede convertir corriente alterna en corriente continua. Este rectificador lo podemos ver representado en la siguiente figura:

Las gráficas que más nos interesan son:

Durante el semiciclo positivo de la tensión del primario, el bobinado secundario tiene una media onda positiva de tensión entre sus extremos.

Este aspecto supone que el diodo se encuentra en polarización directa. Sin embargo durante el semiciclo negativo de la tensión en el primario, el arrollamiento secundario presenta una onda sinusoidal negativa.

Por tanto, el diodo se encuentra polarizado en inversa.

La onda que más interesa es VL, que es la que alimenta a RL. Pero es una tensión que no tiene partes negativas, es una "Tensión Continua Pulsante", y nosotros necesitamos una "Tensión Continua Constante". Analizaremos las diferencias de lo que tenemos con lo que queremos conseguir.

Lo que tenemos ahora es una onda periódica, y toda onda periódica se puede descomponer en "Series de Fourier".

Lo ideal sería que solo tuviésemos la componente continua, esto es, solo la primera componente de la onda que tenemos.

El valor medio de esa onda lo calcularíamos colocando un voltímetro en la RL, si lo calculamos matemáticamente sería:

Y este sería el valor medio que marcaría el voltímetro. Como hemos visto tenemos que eliminar las componentes alternas de las componentes de Fourier. En estos caso hemos usaremos la 1ª aproximación o la 2ª aproximación.

Por último diremos que este circuito es un rectificador porque "Rectifica" o corta la onda que teníamos antes, la recorta en este caso dejándonos solo con la parte positiva de la onda de entrada.

C.2.2) RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON DOS DIODOS:

La siguiente figura muestra un rectificador de onda completa con 2 diodos:

Debido a la conexión en el centro del devanado secundario, el circuito es equivalente a dos rectificadores de media onda.

El rectificador superior funciona con el semiciclo positivo de la tensión en el secundario, mientras que el rectificador inferior funciona con el semiciclo negativo de tensión en el secundario.

Es decir, D1 conduce durante el semiciclo positivo y D2 conduce durante el semiciclo negativo.

Así pues la corriente en la carga rectificada circula durante los dos semiciclos.

En este circuito la tensión de carga VL, como en el caso anterior, se medirá en la resistencia RL.

Aplicamos Fourier como antes.

Ahora la frecuencia es el doble que la de antes y el pico la mitad del anterior

caso. Así la frecuencia de la onda de salida es 2 veces la frecuencia de

entrada.

Y el valor medio sale:

C.2.3) RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA EN PUENTE:

En la figura siguiente podemos ver un rectificador de onda completa en puente:

Mediante el uso de 4 diodos en vez de 2, este diseño elimina la necesidad de la conexión intermedia del secundario del transformador. La ventaja de no usar dicha conexión es que la tensión en la carga rectificada es el doble que la que se obtendría con el rectificador de onda completa con 2 diodos.

Las gráficas tienen esta forma:

Durante el semiciclo positivo de la tensión de la red, los diodos D1 y D3 conducen, esto da lugar a un semiciclo positivo en la resistencia de carga.

Los diodos D2 y D4 conducen durante el semiciclo negativo, lo que produce otro semiciclo positivo en la resistencia de carga.

El resultado es una señal de onda completa en la resistencia de carga.

Hemos obtenido la misma onda de salida VL que en el caso anterior.

La diferencia más importante es que la tensión inversa que tienen que soportar los diodos es la mitad de la que tienen que soportar los diodos en un rectificador de onda completa con 2 diodos, con lo que se reduce el coste del circuito.

C.2.4) RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON 2 DIODOS CON FILTRO

POR CONDENSADOR:

Pero antes de empezar a hacer cálculos vamos a ver un concepto.

Primeramente vamos a ver ese circuito sin C. En este caso la forma de onda de la intensidad es igual a la tensión en la resistencia.

El objetivo del C es desviar parte de la corriente por él, para que sólo vaya por la RL la componente continua de Fourier y el resto se cortocircuite a masa a través del condensador.

Para que esto ocurra tenemos que ver la impedancia equivalente del condensador, y ver así como afectan los diferentes valores de la frecuencia a esta impedancia.

Como se ve, el valor de frecuencia más problemático es el de 50 Hz, ya que es el que más depende de la capacidad, y por lo tanto el que tiene un mayor valor de la impedancia. Si se consigue que a la frecuencia de 50 Hz tengamos un valor aceptable de la impedancia, para el resto de las frecuencias funcionará bien.

Las ondas que tendríamos con y sin C serán estas, comparadas con la onda del secundario:

Al añadir el C hay modificaciones en el comportamiento del circuito. Veamos los pasos que se dan:

Inicialmente el C es un cortocircuito, y al enchufar el circuito a la red es C se carga de 0 a VP2. Se cargará la ritmo del transformador porque el diodo es ideal, con lo que es un cortocircuito.

Cuando el C se ha cargado del todo a VP2, a partir del valor máximo, el D entra en inversa y deja de conducir (D conduce hasta VP2), con lo que empieza a disminuir el valor de la tensión de salida.

Ahora se descargará el C a través de RL.

El C se va descargando hasta igualarse al valor de VL, entonces el D pasa a ON con lo que se vuelve a cargar hasta VP2 y se repite el proceso.

Mientras el C se carga D conduce (D ON) y mientras C se descarga D no conduce (D OFF).

Ahora el D está en ON en menos tiempo que antes y las corrientes son muy grandes porque el C se carga en poco tiempo.

En poco tiempo necesita mucha energía, por lo tanto la intensidad es grandísima, y el resto del tiempo el D no conduce.

La tensión en el D se da cuando está en OFF. El valor máximo de esa tensión es:

A ese valor máximo de tensión en inversa se le llama "Tensión Inversa de Pico del Diodo".

El cálculo de IPD ("Intensidad de Pico del Diodo") es muy difícil de calcular, hay que resolverlo por iteraciones y esto es muy largo por ello lo haremos con aproximaciones.

C.3) APLICACIONES:

C.2.1) PROTECCIÓN DE POLARIDAD:

Imaginemos cualquier circuito que funcione con una pila. Si

invertimos la polaridad de la pila (aplicándole su polo negativo a

donde debería ir el positivo y viceversa) es posible que el circuito se

estropee. Todos conocemos el sistema de muelles que llevan

muchos aparatos, como despertadores y walkman, para evitar que

las pilas puedan colocarse de manera incorrecta, pero una solución

más elegante (y más recomendable para circuitos complejos) es

colocar un diodo rectificador a la entrada de la alimentación de

tensión, de forma que la corriente circule por el terminal de tensión

sólo cuando la pila esté colocada correctamente:

C.2.2) CONEXIÓN DE DOS CIRCUITOS INDEPENDIENTES:

Podemos realizar la conexión de dos circuitos aislados mediante un

diodo rectificador, teniendo en cuenta lo dicho en el apartado

anterior.

Dos circuitos independientes conectados mediante un diodo rectificador.

D) CIRCUITOS CON DIODO ZENER:

Es un diodo de cromo construido para que funcione en las zonas de ruptura, recibe ese nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin Zener. El diodo Zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura.

Son mal llamados a veces diodos de avalancha, pues presentan comportamientos similares a estos, pero los mecanismos involucrados son diferentes. Además si el voltaje de la fuente es inferior a la del diodo éste no puede hacer su regulación característica.

D.1) CARACTERÍSTICAS:

Si a un diodo Zener se le aplica una corriente eléctrica del ánodo al cátodo (polarización directa) toma las características de un diodo rectificador básico (la mayoría de casos), pero si se le suministra corriente eléctrica de cátodo a ánodo (polarización inversa), el diodo sólo dejará pasar una tensión constante. No actúa como rectificador sino como un estabilizador de tensión

En conclusión: el diodo Zener debe ser polarizado al revés para que adopte su característica de regulador de tensión. En la siguiente figura se observa su uso como regulador de tensión:

Variando la tensión V a valores mayores que la tensión de ruptura del zener, Vz se mantiene constante.

Su símbolo es como el de un diodo normal pero tiene dos terminales a los lados. Este diodo se comporta como un diodo convencional en condiciones de alta corriente porque cuando recibe demasiada corriente se quema.

D.2) APLICACIONES:

D.2.1) DIODO ZENER COMO REGULADOR DE VOLTAJE:

Nota: El circuito que debes montar para llevar a cabo cualquiera de estos 3 usos del diodo Zener es el mismo. La diferencia reside en los valores de los elementos y el funcionamiento esperado del circuito.

Al ser el diodo Zener un elemento tan preciso, su principal uso es el de regular la tensión (conseguir un voltaje muy exacto) que le llega a un determinado componente, como es una resistencia de carga (un altavoz, un foco, etc). Aunque en algunas ocasiones existe un rango relativamente grande de voltajes para los que tus dispositivos van a funcionar, a tes de veces resulta necesario que la alimentación que le aportes al elemento en cuestión sea muy precisa y ahí es donde entra el diodo Zener. Generalmente las fuentes de alimentación (ya sea una pila, un cargador de móvil o lo que se te ocurra) no suelen entregar un voltaje constante a la carga. Estos casos utilizar un diodo Zener hará que puedas eliminar dichas variaciones. Otras veces el problema reside en que tienes un circuito al que vas a conectar algo (vas a variar su resistencia de carga). Como lo que estás haciendo en estos casos es conectar una resistencia, tu circuito va a ver modificado su corriente y, a su vez, esa modificación de la corriente puede variar el voltaje. Añadir un diodo Zener en estos casos hará que, aun que varíe la corriente, el voltaje permanezca constante. Llevar a cabo el circuito es realmente sencillo (como puedes observar en la figura). Todo lo que debes hacer es asegurarte de que todos los valores estén dentro de los márgenes de funcionamiento (para que no fundas el Zener si te pasas de potencia, te quedes por debajo del voltaje de funcionamiento Vz, etc). La resistencia que puedes ver en paralelo con el diodo Zener es la que antes denominé resistencia de carga y que, en tu caso, será el elemento sobre el que quieres tener regulado el voltaje.

D.2.2) DIODO ZENER COMO ELEMENTO DE PROTECCIÓN DEL CIRCUITO:

De forma similar a lo anterior, puedes elaborar un circuito en el que te asegures que el voltaje máximo que le va a llegar a la carga nunca será superior al que hayas fijado con tu diodo Zener. La diferencia reside en que antes buscabas que el voltaje no variase. En esta ocasión dejas que el voltaje varíe pero siempre sin superar un determinado umbral.

D.2.3) DIODO ZENER COMO RECORTADOR:

Este uso del Zener no es más que un caso especial del modelo anterior. Se lleva a cabo cuando se desea conseguir que una señal alterna (AC) quede limitada, recortada, a un voltaje concreto (así, cuando la señal alterna vaya variando sus valores pongamos de -9V a 9V, puedes poner un diodo Zener que te recorte todos los que estén por encima 5V, por debajo de -5V o incluso ambos).