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ObjetivoRecordar el funcionamiento de diodos, transistores,
derivaciones y aplicaciones.
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Contenido
Introduccin a Rectificadores.
Semiconductores. Unin PN. Diodo Zener.
Rectificadores: Diodos Zener Rectificador de Media Onda.
Rectificador con Derivacin Central. Rectificador de Onda Completa
tipo Puente.
Introduccin a Transistores.
Transistores: Tipos de Polarizacin. Aplicaciones.
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Introduccin a Rectificadores.
Por medio de un circuito rectificador podemos obtener tensin
continua partiendo de una tensin alternada. Su uso prctico es muy
extenso dada la gran cantidad de aparatos electrnicos (la mayor
parte de estos) que funcionan con corriente continua.
El elemento bsico para la construccin de rectificadores es el
diodo.
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Introduccin a Rectificadores.
MATERIALES SEMICONDUCTORES
Son materiales que tienen una resistencia elctrica intermedia
entre los conductores y los aislantes. En estos materiales hay
electrones que se desligan de sus tomos quedando un electrn y un
hueco (tomo sin electrn) que se constituyen en portadores de carga,
el movimiento de estos portadores cuando se aplican voltajes
constituye una corriente elctrica. Es un material conductor
intrnseco.
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Introduccin a Rectificadores.
MATERIALES SEMICONDUCTORES.
A mayor temperatura existen ms portadores de carga, las
corrientes son mayores, por tanto la resistencia es menor, se usan
como elementos para medir temperaturas (termistores). Los
semiconductores ms usados son el Silicio y el Germanio. Cuando al
semiconductor intrnseco se adicionan tomos de otros elementos
(impurezas) por cada tomo adicionado se forma un portador de
carga.
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Introduccin a Rectificadores.
MATERIALES SEMICONDUCTORES
Un diodo es la unin de dos zonas de material semiconductor, una
de tipo N y la otra de tipo P, entre las dos se forma una zona
llamada de agotamiento (Z.A.) donde es mnima o nula la presencia de
portadores de carga. Tanto en la zona P como en la zona N existen
portadores de carga minoritarios del signo contrario. A la zona P
se le llama nodo (A) y a la zona N se le llama ctodo (K).
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El DiodoComponentes semiconductores En un conductor la corriente
es debida al movimiento de las cargas negativas (electrones). En
los semiconductores se producen corrientes producidas tanto por el
movimiento de electrones como de las cargas positivas (huecos). Los
semiconductores son aquellos elementos pertenecientes al grupo IV
de la Tabla Peridica (Silicio, Germanio, etc.). Generalmente a
estos se le introducen tomos de otros elementos, denominados
impurezas, de forma que la corriente se deba primordialmente a los
electrones o a los huecos, dependiendo de la impureza
introducida.
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El DiodoLa corriente en un diodo presenta un sentido de
circulacin de cargas positivas que van desde el nodo al ctodo, no
permitiendo la circulacin de la corriente en el sentido opuesto, lo
cual nos permite la RECTIFICACION. Esto ocurre porque por el diodo
solamente podr circular corriente cuando el nodo sea ms positivo
que el ctodo.Estn compuestos por dos regiones de material
semiconductor que se llama unin P-N que es la base de todo
componente electrnico de tipo activo. Entre las dos partes de la
unin P-N, y en la zona de contacto entre ambas, se produce una
regin denominada de transicin, donde se genera una pequea
diferencia de potencial, dado que se conforma una recombinacin de
electrones, quedando la zona N a mayor tensin que la zona P.
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El DiodoCuando se le aplica una tensin al diodo con la terminal
positiva conectada a la zona P y el negativo a la N se producir una
circulacin de corriente entre ambas debido a que una pequea parte
de esta tensin nivelar la diferencia de potencial entre zonas,
llamada tensin umbral, quedando stas niveladas en tensin, y el
resto de la tensin aplicada producir una circulacin de electrones
de la zona N a la P.Si esa tensin externa se aplica con los bornes
intercambiados, es decir la terminal positiva de la fuente
conectada a la zona N y el negativo a la regin P, no habr
circulacin de corriente por el diodo, debido a que por efecto de la
tensin aplicada se aumentar la diferencia de potencial existente
entre las zonas P y N, impidiendo as la circulacin de corriente a
travs del mismo
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El DiodoCon la figura podemostener una idea algo mas exacta de
lo que sucede en el diodo cuando le aplicamos una tensin, en
cualquiera de los dos sentidos (polarizacin directa e inversa).El
cuadrante superior derecho corresponde a la polarizacin directa, en
el mismo podemos apreciar que existe una tensin (VU) a partir de la
cual el diodo comienza a conducir, dicha tensin es la tensin umbral
y vara segn sea el material semiconductor empleado en la fabricacin
del diodo, siendo de 0,7 V para el silicio y 0,3 V para el
germanio.
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El DiodoEl cuadrante inferior izquierdo corresponde a una
polarizacin inversa. En ella se ve que la corriente que lo
atraviesa (conocida como corriente inversa) es prcticamente nula.
Note que los valores menores que cero en el eje de la corriente
estn graduados en uA.Nte tambin que para polarizacin inversa mayor
a VR la corriente inversa crece indefinidamente. Una tensin inversa
de este valor o mayor a l daa al diodo en forma irreversible y se
la conoce como tensin de ruptura o zner.
Entre las diversas clases de diodos que se encuentran en el
mercado, podemos citar las siguientes: diodos rectificadores (en
montaje individual o puente rectificador), diodos de seal, diodos
de conmutacin, diodos de alta frecuencia, diodos estabilizadores de
tensin, diodos especiales
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Rectificadores.
Diodo en directo: Se comporta como un interruptor cerrado.
Diodo en inverso: Se comporta como un interruptor abierto.
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Rectificadores.
Diodo Zener:
El voltaje en el diodo ser el que el circuito aplique y puede
llegar a cualquier valor, en la prctica cientos de voltios para
diodos rectificadores. Cuando el voltaje inverso aplicado llega a
cierto valor la atraccin entre huecos y electrones crece tanto que
rompen la resistencia de la estructura del semiconductor y viajan a
gran velocidad recombinndose y formando una corriente que crece
rpidamente, se llama fenmeno de avalancha y a ese voltaje se llama
Zener o de avalancha. En diodos rectificadores este voltaje es de
cientos de voltios y si el diodo llega a ese voltaje normalmente se
daa por una elevacin muy rpida de temperatura.
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Rectificadores.
Diodo Zener:
Los diodos Zener tienen un voltaje de avalancha menor a 100v y
se pueden trabajar hacindolos conducir en esa condicin hasta cierto
valor lmite de corriente. Un diodo se puede asimilar a una vlvula
de flujo unidireccional (flapper o cheque), con una diferencia de
presin positiva se abre y deja pasar flujo, con una diferencia de
presin negativa se cierra y el flujo es cero.
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Rectificadores.
Rectificador de media onda:
El rectificador ms simple de realizar es el de media onda, el
cual puede observarse en la siguiente figura:
Analizaremos que es lo que sucede en cada uno de los intervalos
del 1 al 4.
En el primer intervalo (1), la tensin Vs est en el semiciclo
positivo, de esta forma podemos suponer que es positiva en A y
negativa en B, recibiendo el diodo polarizacin directa (+ nodo y -
ctodo), permitiendo que la corriente circule a travs de l. Si
medimos la tensin en la resistencia, sta ser prcticamente igual a
la tensin alterna de entrada Vs obtenindose el semiciclo positivo
indicado con 1 en Vcc.
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Rectificadores.
En el intervalo 2 la polaridad de la tensin Vs se ha invertido,
de esta forma es negativa en A y positiva en B, polarizando al
diodo en sentido inverso con lo cual el mismo no conducir y
provocar una tensin prcticamente nula en bornes de la resistencia,
obtenendose as el semiciclo nulo indicado con 2 en Vcc.Prosiguiendo
con el mismo anlisis en los intervalos 3 y 4 se obtiene el diagrama
completo para Vcc.De esta forma hemos obtenido la tensin Vcc, que
es Vs rectificada cada media onda, dejando pasar solamente el
semiciclo positivo de sta.Esta forma de rectificado no es la mas
conveniente dado que se est desperdiciando un semiciclo de la seal
de alterna y si se desea un posterior rectificado para obtener una
contnua pura ser muy difcil de lograrlo dada la gran asimetra de
esta.
Rectificador de media onda:
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Rectificadores.
CIRCUITO RECTIFICADOR CON TRANSFORMADOR DE TAB CENTRAL
(Rectificador de media onda bifsico)
En este circuito se han utilizado dos diodos rectificadores
conectados con un transformador con toma intermedia, la cual es
conectada a masa.La forma en que este rectificador trabaja es muy
similar a la anterior, y las tensiones en las distintas partes del
mismo son las que se muestran en la figura:
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Rectificadores.
CIRCUITO RECTIFICADOR CON TRANSFORMADOR DE TAB CENTRAL
(Rectificador de media onda bifsico)
Como se ve, al diodo D1 se le aplica la tensin V12 y de la forma
ya vista en el rectificador anterior nos d una tensin de salida Vs
como se ve en la grfica de Vs1.Al diodo D2 se le aplica la tensin
V32 y entonces tenemos a la salida la tensin graficada Vs2.La
tensin de salida Vs es la suma de ambas y se ve en la grfica de
Vs.Pero ste sigue siendo un mtodo poco utilizado ya que se debe
disponer de un transformador con toma intermedia.
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Rectificadores.
RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA
A este tipo de rectificadores se lo denomina rectificador tipo
puente.
Ya hemos visto el principio del funcionamiento de los
rectificadores, ahora veremos de que forma a la seal rectificada se
la filtra para obtener una contnua pura.
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Rectificadores.
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Introduccin a Transistores.
Definicin de Transistor.
La palabra Transistor viene de Transfer Resistor o resistencia
de transferencia, es un elemento que se comporta como una
resistencia variable que depende de una seal elctrica de control,
entonces al cambiar el valor de la seal de control cambia la
cantidad de corriente que pasa por el transistor.
Hay dos clases principales de transistores: Bipolares (BJT) y de
efecto de campo (FET).
En los transistores BJT la seal de control es una corriente y en
los FET es un voltaje.
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Introduccin a Transistores.Clases de Transistores:
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Transistores.
Transistor Tipo BJT.El transistor es un dispositivo de tres
terminales, que consiste en un material de tipo p y uno de tipo n.
Su composicin puede ser en dos formas:Dos materiales de tipo n
separados por un material de tipo p (transistor npn). Dos
materiales p separados por un material n (transistor pnp). Las tres
capas o secciones diferentes se identifican como emisor, base y
colector. El emisor, capa diseada para emitir o inyectar
electrones, est bastante contaminado. La base, con una contaminacin
media, es una capa delgada diseada para pasar electrones. El
colector, capa grande diseada para colectar electrones, est poco
contaminado.
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Transistores.
Transistor Tipo BJT.El transistor se puede concebir como dos
uniones pn colocadas "espalda contra espalda", stas se denominan
transistores bipolares de unin (BJT, bipolar funcin
transistor).Estn constituidos por tres capas de semiconductor que
se llaman emisor (E), base (B) y colector (C), en el transistor NPN
la base es semiconductor P, el emisor y el colector de
semiconductor N, en el transistor PNP es lo contrario.
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Transistores.
Transistor Tipo BJT.
Para que un transistor bipolar funcione se debe "polarizar" que
consiste en colocar fuentes de voltaje y resistencia que coloquen
el diodo base emisor en directo (|VBE|=0.7) y que el diodo base
colector est en inverso.
Hay varias formas de polarizar un transistor, los ms usados son
fija, divisor de voltaje, realimentacin por colector, realimentacin
por emisor, seguidor emisor, etc.,
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Transistores.
Transistor Tipo BJT.
El comportamiento fundamental del transistor es que genera una
corriente en el colector que es proporcional a la corriente que
entra (PNP) o sale (NPN) por la base, la constante de
proporcionalidad se llama la ganancia de corriente y se indica por
o hFE.
= IC / IBConceptualmente se dice que el transistor se comporta
como una fuente de corriente controlada por corriente, es decir,
una fuente de corriente que no es de valor fijo, vara produciendo
ms o menos corriente en la medida que hay ms o menos corriente en
la base.Como en el transistor no se acumula carga toda la corriente
que entra a l debe salir, entonces:IE = IC + IB = ( +1) IB Si
>> 1 IE IC
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Transistores.Configuraciones de un Transistor Tipo BJT.
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Transistores.Configuraciones de un Transistor Tipo BJT. Modelo
Hibrido {H} de un transistor Bipolar.
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Transistores.Transistor Tipo BJT. Modelo Hibrido {H} de un
transistor Bipolar.
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Transistores.Configuraciones de un Transistor Tipo BJT. Modelo
Hibrido {H} de un transistor Bipolar.
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Transistores.Configuracin Base Comn.Para la configuracin de base
comn con transistores pnp y npn. La terminologa de la base comn se
deriva del hecho de que la base es comn tanto a la entrada como a
la salida de la configuracin. Por lo regular la base es la terminal
ms cercana a, o que se encuentra en, el potencial de tierra. Para
el transistor la flecha en el smbolo grfico define la direccin de
la corriente del emisor (flujo convencional) a travs del
dispositivo.
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Transistores.Configuracin Base Comn.
Para describir en su totalidad el comportamiento de un
dispositivo de tres terminales, como los amplificadores de base
comn se requiere de dos conjuntos de caractersticas, uno para el
punto de excitacin o parmetros de entrada y el otro para el lado de
la salida. El conjunto de entrada para el amplificador de base comn
relacionar la corriente de entrada (IE). el conjunto de
caractersticas de la salida o colector tiene tres regiones bsicas
de inters: la regiones activa, de corte y de saturacin. La regin
activa es la que suele utilizarse para los amplificadores lineales
(sin distorsin). En particular:
En la regin activa la unin base - colector se polariza
inversamente, mientras que la unin emisor - base se polariza
directamente.
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Transistores.Configuracion Base Emisor.
La configuracin de transistor que se encuentra ms a menudo
aparece en la figura 2.20 para los transistores pnp y npn. Se le
denomina configuracin de emisor comn debido a que el emisor es comn
o hace referencia a las terminales tanto de entrada como de salida
(en este caso, es comn tanto a la terminal de base como a la de
colector). Una vez ms, se necesitan dos conjuntos de caractersticas
para describir por completo el comportamiento de la configuracin de
emisor comn: uno para el circuito de entrada o base-emisor y otro
para el circuito de salida o colector-emisor.
En la regin activa de un amplificador de base comn la unin del
colector-base se encuentra polarizada inversamente, mientras que la
unin base-emisor se encuentra polarizada directamente. Para
propsitos de amplificacin lineal (la menor distorsin), el corte
para la configuracin de emisor comn se definir mediante IC =
ICEO.
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Transistores.Configuracin Colector Comn.La configuracin de
colector comn se utiliza para propsitos de acoplamiento de
impedancia, debido a que tiene una alta impedancia de entrada y una
baja impedancia de salida, contrariamente a alas de las
configuraciones de base comn y de un emisor comn. La figura muestra
una configuracin de circuito de colector comn con la resistencia de
carga conectada del emisor a la tierra. Obsrvese que el colector se
encuentra conectado a la tierra aunque el transistor est conectado
de manera similar a la configuracin del emisor comn. Desde un punto
de vista de diseo, no se requiere de un conjunto de caractersticas
de colector comn para elegir los parmetros del circuito de la
figura 2.21. puede disearse utilizando las caractersticas de salida
para la configuracin de colector comn son la mismas que para la
configuracin de emisor comn.
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Transistores.Transistores de Efecto de
Campo.TerminologaComponente = dispositivo, cuando se agregaActivo =
AmplificaPasivo = R,L,CJFET = FET = TECJunction Field Effect
Transistor.
MOST = MOSFET = IGFETMetal Oxide Semi= INSULATEDConductor
transistor Gate FieldEffect Transistor.
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Transistores.Transistores de Efecto de Campo.Cmo trabaja ?Entre
la compuerta G y Fuente S se conforma un diodo PN para el cual el
canal N y undiodo NP para el canal P.La tensin VGS se debe
polarizar en forma inversa y en directa siempre y cuando enforma no
se sobrepase la tensin de arranque V (= 0,6V, Si). AL sobrepasar
0,6 V eldiodo conduce y se destruye, porque est fabricado para baja
corriente directa.En sntesis, es una barra de Si, con impurezas
controladas, N si el canal es N, eimpurezas P para el de canal P,
que tiene cierta resistenciaR canal = r L r = resistividadSAl
polarizar al diodo Gs, en forma inversa, fundamenta la baja
corriente de entradaaprox. 10 nA ( en definitiva es la polarizacin
inversa de un diodo cumn).
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Transistores.Transistores de Efecto de Campo. La interpretacin
de la caracterstica de salida, tiene 3 zonas: VDS (aumenta)1- Zona
lineal. Ley de Ohm ID= VDSRcanal (cte.)2- Zona alineal o de codo.3-
Zona de saturacin, es la utilizacin como amplificador
Aqui ID = cte. Es interesante ver que las variaciones de
VDS no afectan a ID :ID = VDS si VDS Rcanal Rcanal en igual
proporcin (esta es la llamativa )
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Transistores.Transistores de Efecto de Campo.
TRANSISTOR MOSTLa gran diferencia fundamental con el JFET, es
que entre compuerta G y Fuente S hayun material aislante (Si O2),
que contiene una constante dielctrica relativa (Rr),
bajaperoestable.Podemos decir sin dudas, que entre G y S hay un
dielctrico por lo tanto es unCAPACITOR.Las corrientes de entradas
IG = pA ( 1 pA= 10-12 A )1000 veces o mas menores al JFET.La rgs
oscila 1010 a 1015 W.Hay dos tipos de MOST: Acumulacin y
Deplexin.
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Transistores.Transistores de Efecto de Campo.
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Conclusiones
El nacimiento del diodo surge a partir de la necesidad de
transformacin de corrientes alternas en continua.Otra caracterstica
que los diferencia a los semiconductores se refiere a su
resistividad, estando sta comprendida entre la de los metales y la
de los aislantes.El transistor es un componente de gran relevancia
para la industria electrnica, puede funcionar como interruptor,
amplificador etc.Conceptualmente se dice que el transistor se
comporta como una fuente de corriente controlada por corriente
