enciclopedia de electronica basica - tomo 6.pdf

Precio en:Precio en: Argentina: $8,90Argentina: $8,90Mxico $20 M.N.Mxico $20 M.N.

VVenezuela: $10,000.00enezuela: $10,000.00Colombia: $14,000.00Colombia: $14,000.00

Otros Pases: U$S6Otros Pases: U$S6

ISBN: 987-1116-10-1

Coordinado por: Ing. Horacio D. Vallejo

Sobre Bibliografa de Editorial Quark yCurso de Electrnica Bsica en Internet, Autor: Andrs Aranzabal Olea, Director de proyecto: Carmelo Alonso

Gonzlez, e-mail de contacto: [email protected] COMPLETO EN: http://scsx01.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/default.htm

PRESENTA

TOMO 6

SSAABBEERR

EELLEECCTTRROONNIICCAAEDICION ARGENTINA

Editado por: EDITORIAL QUARK S.R.L.Herrera 761/63 (1295) Buenos Aires, ArgentinaTel./fax: (0054-11) 4301-8804

Director: Horacio D. Vallejo

Impresin: New Press Grupo Impresor S.A., Bs. As., Argentina - enero 2003.

Distribucin en Argentina: Capital: Distribuidora Cancellaro e Hijo SH, Gutenberg 3258, Buenos Aires - Interior:Distribuidora Bertrn S.A.C., Av. Vlez Sarsfield 1950, Buenos Aires Distribucin en Uruguay: Rodesol, Ciudadela 1416, Montevideo.Distribucin en Mxico: Saber Internacional SA de CV, Cda. Moctezuma N 2, Esq. Av. de los Maestros, Col. SantaAgueda, Ecatepec de Morelos, Ed. Mxico, Mxico, (0155) 5787-8140 Distribucin en Colombia, Venezuela, Ecuador, Per, Paraguay, Chile y Centroamrica: Solicitar direccin del distribui-dor al (005411)4301-8804 o por Internet a:

www.webelectronica.com.ar(Los compradores de esta edicin tienen acceso a informacin adicional con el password: encic6)

La editorial no se responsabiliza por el contenido del material firmado. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efec-tos de prestar un servicio al lector, y no entraan responsabilidad de nuestra parte. Est prohibida la reproduccin total o parcial delmaterial contenido en esta publicacin, as como la industrializacin y/o comercializacin de los circuitos o ideas que aparecen en losmencionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorizacin por escrito de la editorial.

ISBN Obra Completa: 987-1116-10-1

Prlogo

La Enciclopedia de Electrnica Bsica, es una obra de6 tomos acompaada de CDs MULTIMEDIA y bibliografaadicional que se puede bajar gratuitamente desde In-ternet con las claves dadas en diferentes prrafos decada tomo y de los CDs.

La Enciclopedia tiene como objeto mostrar las bases,leyes y postulados de la electricidad y la electrnicaadems de introducir al lector en esta disciplina queabarca varias ramas ya sea en la electrnica analgicacomo en la digital.

Esta enciclopedia posee temas que se desarrollan tam-bin en el CD Enciclopedia Visual de la Electrnica yen Teora Servicio y Montajes. Esto es as porque lospostulados de la electrnica son siempre los mismos yempleamos igual bibliografa para cada caso. Sin em-bargo, en la medida que avanza la obra, notar que laque est leyendo en estos momentos est dirigida aque Ud. aprenda electrnica mientras que Teora,Servicio y Montajes est orientada a los tcnicos repa-radores. Por otra parte, en los CDs de esta Enciclopediaencontrar abundante material prctico que no poseela Enciclopedia Visual. Por lo dicho, aclaramos queson tres productos creados con diferentes objetivosaunque algunos de los temas tratados sean los mis-mos.

Sobre Este TomoEn el presente tomo se describen dos temas simult-neos. Mientras que en la columna destinada a realizarun resumen del texto describimos cmo se llega a for-mar un diodo semiconductor, en la seccin principalse detallan los bloques que constituyen a una fuente dealimentacin: transformador, rectificador y filtro.

22 Curso de Electrnica Bsica de Saber Electrnica

Indice y Prlogo

INDICE

EL DIODO COMO RECTIFICADOR ............................3Introduccin...................................................................3El Transformador de Salida ..........................................4Rectificador de Media Onda .........................................7Rectificador de Onda Completa con 2 Diodos .............8Rectificador de Onda Completa con Puente de Diodos....................................................................10

FUENTES DE ALIMENTACION .................................11 Introduccin.................................................................11Filtro por Capacitor .....................................................12Puente con Rectificador de Media Onda y Filtro a Capacitor..................................................................14Fuente con Rectificador de Onda Completa y Filtro a Capacitor.........................................................18Puente con Rectificador de Onda Completa enPuente y Filtro a Capacitor .........................................20La Corriente Inicial en un Rectificador........................22

CONTENIDO DEL CD N 6 ........................................24a) Un archivo LEAMEb) Programas ACROBAT READER y WINDOWS MEDIA PLAYER..........................................................24c) Video Presentacin.................................................24d) Enciclopedia Visual, Parte 6...................................24e) Curso de Electrnica con Prcticas, Parte 6..........24f) Video: Manejo del Osciloscopio, Parte 3 ..............24g) Manuales Didcticos...............................................24g.1) Funcionamiento de un Receptor de TVg.2) La TV por Satliteg.3) Introduccin a la Programacing.4) Introduccin a los Microprocesadoresh) 15 Diagramas Completos de Equipos Elect.i) Utilitarios ..................................................................24j) Programa PCB Wizard DEMO.................................24

EL DIODO COMO RECTIFICADOR

Introduccin

Un diodo rectificador, idealmente hablando, es un interruptor cerrado cuan-do se polariza en directa y un interruptor abierto cuando se polariza en in-versa. Por ello, es muy til para convertir corriente alterna en continua. Eneste tema analizaremos los tres circuitos rectificadores bsicos.Una vez estudiado el tema, debera ser capaz de:

* Saber cul es la funcin del transformador de entrada en las fuentes dealimentacin.* Ser capaz de dibujar el esquema de un circuito rectificador de media on-da y explicar su funcionamiento.* Saber dibujar el esquema de un circuito rectificador de onda completa yexplicar su funcionamiento.* Dibujar el esquema de un puente rectificador y explicar su funcionamien-to.* Saber cmo funciona y para qu sirve un condensador de entrada comofiltro dentro de la fuente de corriente.* Encontrar las tres caractersticas principales de un diodo rectificador enuna hoja de especificaciones de un catlogo.

Qu ocurre cuando se quiere alimentar un aparato cualquiera, simboliza-da en el grfico como RL ?

VL tiene que ser continua en la mayora de los casos, por eso se alimentaen continua, un circuito tpico transistorizado sera algo as:

En medio del circuito tenemos transistores para amplificar y componentesasociados y por ello se tiene que alimentar en continua.

Curso de Electrnica Bsica de Saber Electrnica 33

El Diodo Como Rectificador

Un conductor es un material que,en mayor o menor medida, condu-

ce el calor y la electricidad. Sonbuenos conductores los metales ymalos, el vidrio, la madera, la lana

y el aire.

Lo que define a un buen conductores el hecho de tener un solo elec-

trn en la rbita de valencia (va-lencia 1).

Si tenemos un campo elctricoaplicado, los electrones libres se

mueven en todas direcciones. Co-mo el movimiento es al azar, es po-

sible que muchos electrones pa-sen por unidad de rea en una de-

terminada direccin y a la vez en ladireccin opuesta. Por lo tanto la

corriente media es cero.

Lo ms fcil sera alimentar con pilas, pero esto es caro por esa razn hayque construir algo que nos de energa ms barata, esto es, una Fuente deAlimentacin que toma 220V 110V del enchufe y transforma la alterna encontinua para alimentar a un circuito.

Tenemos que disear la Fuente de Alimentacin. Partimos de una senoi-dal de la red elctrica (enchufe).

El periodo T, si tenemos 220 V y 50 Hz ser:

Primero tenemos que reducir la tensin de pico de 311V a 12V y luego con-vertirla en continua, esto es, primero necesitamos un transformador que re-duzca la tensin.

El Transformador de Salida

La tensin de la red es dema-siado elevada para la mayorparte de los dispositivos em-pleados en circuitos electrni-cos, por ello generalmente seusa un transformador en casitodos circuitos electrnicos.Este transformador reduce latensin a niveles inferiores,ms adecuados para su usoen dispositivos como diodos ytransistores.



El electrn tiene una carga negati-va (-1,619-19 culombios) y por tantoel convenio tomado para definirla corriente (contrario al movi-miento de las cargas negativas)nos indica que la corriente toma elsentido de positivo a negativo (co-rriente convencional).

Elementos para semiconducto-res son aquellos, como el germa-nio y el silicio, que a bajas tempe-raturas son aislantes. Pero a medi-da que se eleva la temperatura obien por la adiccin de determina-das impurezas resulta posible suconduccin. Su importancia enelectrnica es inmensa en la fabri-cacin de transistores, circuitosintegrados, etc...

Los semiconductores tienen va-lencia 4, esto es 4 electrones enrbita exterior de valencia.

Los conductores tienen 1 electrnde valencia, los semiconductores4 y los aislantes 8 electrones devalencia.

Un transformador es un conjunto de chapas de hierro muy juntas que tie-nen dos arrollamientos, uno a cada lado del conglomerado de chapas dehierro, llamado ncleo (o uno sobre el otro).Nosotros para trabajar sobre el papel usaremos esta simbologa:

La bobina izquierda se llama "Arrollamiento Primario" y la derecha se llama"Arrollamiento Secundario". El nmero de vueltas en el arrollamiento prima-rio es N1 y el del arrollamiento secundario N2. Las rayas verticales entre losarrollamientos primario y secundario indican que el conductor est enrrolla-do alrededor de un ncleo de hierro.La relacin entre el nmero de vueltas de los bobinados (arrollamientos) yla tensin es:

Transformador ElevadorCuando el arrollamiento secundario tiene ms vueltas que el arrollamientoprimario (N2 > N1), la tensin del secundario es superior a la del primario(V2>V1), es decir, N2 : N1 es mayor que 1 (N2 : N1 > 1). Por lo tanto si N2tiene el triple de vueltas que N1, la tensin en el secundario ser el tripleque la tensin en el primario.

A la vez que el elevador de tensin est transformado es "Reductor de Co-rriente".

Transformador reductorCuando el arrollamiento secundario tiene menos vueltas que el arrolla-miento primario (N2 < N1), se induce una tensin menor en el secunda-rio de la que hay en el primario. En este caso N2 : N1 sera menor que 1(N2 : N1 < 1).


El Transformador de Salida

Al combinarse los tomos de Sili-cio para formar un slido, lo hacen

formando una estructura ordenadallamada cristal. Esto se debe a los"Enlaces Covalentes", que son lasuniones entre tomos que se ha-

cen compartiendo electrones ad-yacentes de tal forma que se creaun equilibrio de fuerzas que man-

tiene unidos los tomos de Silicio.

Cada tomo de silicio compartesus 4 electrones de valencia con

los tomos vecinos, de tal maneraque tiene 8 electrones en la rbita

de valencia, como se ve en la figura.

La fuerza del enlace covalente estan grande porque son 8 los elec-trones que quedan (aunque sean

compartidos) con cada tomo, gra-cias a esta caracterstica los enla-

ces covalentes son de una gran so-lidez.

Ejemplo:

Por cada 9 espiras en N1 hay 1 espira en N2.

Esta frmula se cumple para V1 y V2 eficaces. Como se ha visto, ha habi-do una reduccin muy grande.

A este tipo de transformador se le llama "Transformador Reductor" (de ten-sin se entiende). A la vez que reductor es elevador de corriente tambin.

Efecto sobre la corriente En la figura siguiente se puede ver una resistencia de carga conectada alarrollamiento secundario, esto es, el transformador en carga:

A causa de la tensin inducida en el arrollamiento secundario, a travs dela carga circula una corriente. Si el transformador es ideal (K = 1 y no hayprdidas de potencia en el arrollamiento y en el ncleo), la potencia de en-trada es igual a la potencia de salida:



El aumento de la temperatura haceque los tomos en un cristal de si-licio vibren dentro de l, a mayortemperatura mayor ser la vibra-cin. Con lo que un electrn sepuede liberar de su rbita, lo quedeja un hueco, que a su vez atraerotro electrn, etc.

A 0 K, todos los electrones son li-gados. A 300 K (grados Kelvin) oms, aparecen electrones libres.

La unin de un electrn libre y unhueco se llama "recombinacin", yel tiempo entre la creacin y desa-paricin de un electrn libre se de-nomina "tiempo de vida".

Segn un convenio ampliamenteaceptado tomaremos la direccinde la corriente como contraria a ladireccin de los electrones libres,tal como ya hemos definido.

Si aplicamos esta ecuacin:

Por lo tanto nos quedara:

Y al final tenemos esta ecuacin:

Rectificador de Media Onda

Este es el circuito ms simple que puede convertir corriente alterna en co-rriente continua. Este rectificador lo podemos ver representado en la si-guiente figura:

Las grficas que ms nos interesan son lasque se dan a la derecha.Durante el semiciclo positivo de la tensindel primario, el bobinado secundario tieneuna media onda positiva de tensin entresus extremos. Este aspecto supone que el diodo se en-cuentra en polarizacin directa. Sin embar-go, durante el semiciclo negativo de la ten-sin en el primario, el arrollamiento secun-dario presenta una onda sinusoidal negati-va. Por tanto, el diodo se encuentra polariza-do en inversa y no conduce.La onda que ms interesa es VL, que es laque alimenta a RL. Pero es una tensin queno tiene partes negativas, es una "TensinContinua Pulsante", y nosotros necesitamos


Rectificador de Media Onda

Semiconductores:: conducen loselectrones (electrones libres) y los

huecos (electrones ligados).

Conductores:: conducen los elec-trones libres.

Dentro de un cristal en todo mo-mento ocurre esto:

* Por la energa trmica se estncreando electrones libres y hue-

cos.* Se recombinan otros electrones

libres y huecos.* Quedan algunos electrones libresy huecos en un estado intermedio,en el que han sido creados y toda-

va no se han recombinado.

Un semiconductor intrnseco es unmaterial que hemos convenido en

llamar semiconductor puro. A tem-peratura ambiente se comporta

como un aislante porque solo tie-ne unos pocos electrones libres y

huecos debidos a la energa trmi-ca.

una "Tensin Continua Constante". Analizaremos las diferencias de lo quetenemos con lo que queremos conseguir.Lo que tenemos ahora es una onda peridica, y toda onda peridica se pue-de descomponer en "Series de Fourier".

Lo ideal sera que slo tuvisemos la componente continua, esto es, solo laprimera componente de la onda que tenemos.El valor medio de esa onda lo calcularamos colocando un voltmetro en laRL. Por ltimo diremos que este circuito es un rectificador porque "Rectifi-ca" o corta la onda que tenamos antes, la recorta en este caso dejndonossolo con la parte positiva de la onda de entrada.

Rectificador de Onda Completa con 2 Diodos

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



En un semiconductor intrnsecotambin hay flujos de electrones yhuecos, aunque la corriente totalresultante sea cero. Esto se debe aque por accin de la energa trmi-ca se producen los electrones li-bres y los huecos por pares, poreso hay tantos electrones librescomo huecos con lo que la corrien-te total es cero.

Si un semiconductor est en uncircuito elctrico, cuando los elec-trones libres llegan al extremo delcristal, entran al conductor exter-no (normalmente un cable de co-bre) y circulan hacia el terminalpositivo de la batera. Por otro lado,los electrones libres en el terminalnegativo de la batera fluiran ha-cia el extremo izquierdo del cristal.As entran en el cristal y se recom-binan con los huecos que llegan alextremo izquierdo del cristal. Seproduce un flujo estable de elec-trones libres y huecos dentro delsemiconductor.

Debido a la conexin en el centro del devanado secundario, el circuito esequivalente a dos rectificadores de media onda.El rectificador superior funciona con el semiciclo positivo de la tensin en elsecundario, mientras que el rectificador inferior funciona con el semiciclonegativo de tensin en el secundario.

Es decir, D1 conduce durante el semiciclo positivo y D2 conduce durante elsemiciclo negativo.As pues la corriente en la carga rectificada circula durante los dos semici-clos.En este circuito la tensin de carga VL, como en el caso anterior, se medi-r en la resistencia RL.Ahora la frecuencia es el doble que la de antes y el pico la mitad del ante-rior caso. As la frecuencia de la onda de salida es 2 veces la frecuencia deentrada.

Y el valor medio sale:

Pero sta no es la nica manera de conseguir una rectificacin de ondacompleta, veamos otro circuito:


Rectificador de Onda Completa con 2 Diodos

Para aumentar la conductividad(que sea ms conductor) de un SC

(Semiconductor), se le suele doparo aadir tomos de impurezas a un

SC intrnseco, un SC dopado es unSC extrnseco.

Se pueden poner a un semiconduc-tor intrnseco, impurezas de valen-

cia 5 (Arsnico, Antimonio, Fsfo-ro). Los tomos de valencia 5 tie-

nen un electrn de ms, as conuna temperatura no muy elevada

(a temperatura ambiente por ejem-plo), el 5 electrn se hace elec-trn libre. Esto es, como solo se

pueden tener 8 electrones en la r-bita de valencia, el tomo pentava-

lente suelta un electrn que serlibre.

Si metemos 1000 tomos de impu-rezas tendremos 1000 electrones

ms los que se hagan libres porgeneracin trmica (muy pocos).

A estas impurezas se les llama"Impurezas Donadoras". El nmero

de electrones libres se llama n(electrones libres/m3).

Rectificador de Onda Completa con Puente de Diodos

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

Mediante el uso de 4 diodos en vez de 2, este diseo elimina la necesidadde la conexin intermedia del secundario del transformador. La ventaja deno usar dicha conexin es que la tensin en la carga rectificada es el dobleque la que se obtendra con el rectificador de onda completa con 2 diodos,es decir, se aprovecha todo el transformador, antes mientras un arrolla-miento del secundario trabajaba el otro descansaba y biceversa.

Ahora, durante el semiciclo positivo de la tensin de la red, los diodos D1y D3 conducen, esto da lugar a un semiciclo positivo en la resistencia decarga. Los diodos D2 y D4 conducen durante el semiciclo negativo, lo queproduce otro semiciclo positivo en la resistencia de carga. Mientras D1 y D2 estn bien polarizados, D2 y D4 quedan en inversa(abiertos). Este estado se revierte para el otro semiciclo de la seal de en-trada.El resultado es una seal de onda completa en la resistencia de carga perorectificada, es decir, ahora todos los semiciclos tienen la misma polaridad.Como podremos apreciar en las formas de onda de la siguiente figuras, he-mos obtenido la misma onda de salida VL que en el caso anterior (rectifi-cador con punto medio).La diferencia ms importante es que la tensin inversa que tienen que so-portar los diodos es la mitad de la que tienen que soportar los diodos en unrectificador de onda completa con 2 diodos, con lo que se reduce el costodel circuito.



Podemos dopar a un semicon-ductor intrnseco con impurezasde valencia 3 (Aluminio, Boro, Ga-lio). Los tomos de valencia 3 tie-nen un electrn de menos, enton-ces como nos falta un electrn te-nemos un hueco. Esto es, ese to-mo trivalente tiene 7 electrones enla rbita de valencia. Al tomo devalencia 3 se le llama "tomo triva-lente" o "Aceptor".

A estas impurezas se les llama"Impurezas Aceptoras". Hay tantoshuecos como impurezas de valen-cia 3 y sigue habiendo huecos degeneracin trmica (muy pocos). Elnmero de huecos se llama p (hue-cos/m3).

Se llaman semiconductores ex-trnsecos a los semiconductoresque estn dopados, esto es que tie-nen impurezas. Hay 2 tipos depen-diendo de que tipo de impurezastengan: tipo n y tipo p.

Las grficas correspondientes al rectificador de onda completa con puentede diodos son las siguientes:

Ahora bien, con los s que colocar ahora algo que nos permita obtener unatensin constante.

FUENTES DE ALIMENTACIN

Introduccin

Una fuente de alimentacin es aquella que entrega una tensin de corrien-te continua constante a partir de la tensin de la red elctrica.Las fuentes de alimentacin poseen siempre un circuito rectificador queconvierte la tensin alterna en continua y un filtro que hace que la corrien-te variable se convierta en una corriente constante.Adems, las fuentes de alimentacin pueden ser

* No reguladas* Reguladas


Rectificador de Onda Completa con Puente de Diodos

Un semiconductor tipo n es el queest impurificado con impurezas"Donadoras", que son impurezas

pentavalentes. Como los electro-nes superan a los huecos en un se-

miconductor tipo n, reciben elnombre de "portadores mayorita-

rios", mientras que a los huecos seles denomina "portadores minori-

tarios".

Al aplicar una tensin al semicon-ductor tipo n, los electrones libresdentro del semiconductor se mue-ven hacia la izquierda y los huecoslo hacen hacia la derecha. Cuandoun hueco llega al extremo del cris-

tal, uno de los electrones del cir-cuito externo entra al semiconduc-

tor y se recombina con el hueco.

Los electrones libres circulan ha-cia el otro extremo del cristal, don-de entran al conductor y fluyen ha-

cia el positivo de la batera.

Las fuentes reguladas entregan siempre una tensin constante por msque vare la carga, la tensin de red o algn otro parmetro.A su vez, las fuentes pueden ser conmutadas con el objeto de obtener unmayor rendimientto y obviar el transformador reductor, que suele ser pesa-do y costoso.En este tomo nos encargaremos de explicar el funcionamiento de las fuen-tes reguladas con filtros pasivos.

Filtro por Capacitor

La misin de los rectificadores es transformar la tensin alterna en tensincontinua, pero solamente con los rectificadores no obtenemos la tensincontinua constante deseada. En este instante entra en juego el filtro porcondensador.Conociendo las caractersticas de un capacitor, y viendo su capacidad dealmacenamiento de energa, lo podemos utilizar como filtro para alisar la se-al que obtenemos en la salida.

CapacitorComo se ha dicho, el condensador es un elemento que almacena energa.Este elemento se opone a las variaciones bruscas de la tensin que se leaplica. Se representa con la letra C y su unidad es el Farad o Faradio (F).

Una capacidad (o condensador) pura adelanta la intensidad 90 con respec-to a la tensin aplicada entre sus bornes.

Cuando la tensin aplicada entre los bornes del condensador aumenta, en elcondensador se crea una diferencia de potencial de signo contrario a la aplica-da entre los bornes oponindose as a la variacin brusca de la tensin.

Carga de un condensador a travs de una resistencia Cuando un capacitor se carga a travs de una resistencia, el tiempo de car-ga depender del valor de los componentes, el circuito y las ecuaciones re-sultantes de l son stas:


Fuentes de Alimentacin

Un semiconductor tipo P es el queest impurificado con impurezas"Aceptoras", que son impurezas tri-valentes. Como el nmero de hue-cos supera el nmero de electro-nes libres, los huecos son los por-tadores mayoritarios y los electro-nes libres son los minoritarios.

Al aplicarse una tensin, los elec-trones libres se mueven hacia laizquierda y los huecos lo hacen ha-cia la derecha. En un circuito, loshuecos que llegan a un extremodel cristal se recombinan con loselectrones libres del circuito ex-terno.

En el circuito hay tambin un flujode portadores minoritarios. Loselectrones libres dentro del semi-conductor circulan de positivo anegativo de la batera del circuito.Como hay muy pocos portadoresminoritarios, su efecto es casi des-preciable en este circuito.

La constante de tiempo es el tiempo necesario para que el condensadorse cargue aproximadamente al 63% de la tensin de la fuente. A efectosprcticos, el condensador se supone cargado al cabo de 5. Las grficasson las siguientes:

Descarga de un condensador a travs de una resistencia El circuito con sus ecuaciones son:


Filtro a Capacitor

Los semiconductores tipo p y tipon separados no tienen mucha utili-

dad, pero si un cristal se dopa detal forma que una mitad sea tipo ny la otra mitad de tipo p, esa unin

pn tiene unas propiedades muytiles y entre otras cosas forman

los "Diodos".

El tomo pentavalente en un cristalde silicio (Si) produce un electrn

libre y se puede representar comoun signo "+" encerrado en un cr-

culo y con un punto relleno (quesera el electrn) al lado.

El tomo trivalente sera un signo"-" encerrado en un crculo y conun punto sin rellenar al lado (que

simbolizara un hueco).

Las grficas que sealizan la descarga de un capacitor a travs de una re-sistencia son las siguientes:

Nuestro objetivo es convertir la onda que tenemos ahora (continua pulsan-te) en una onda continua constante. Para esa conversin pondremos uncondensador en los rectificadores analizados anteriormente.

Fuente con Rectificador de Media Onda y Filtro a Capacitor

El circuito de un rectificador con filtro de este tipo es el siguiente:

Antes de empezar a hacer clculos vamos a ver un concepto.Primeramente vamos a ver qu ocurre en ese circuito sin capacitor. En es-te caso la forma de onda de la intensidad es igual a la tensin en la resis-tencia.

El objetivo del C es desviar parte de la corriente por l, para que slo vayapor la RL la componente continua de Fourier y el resto se cortocircuite a ma-sa a travs del condensador. Dicho de otra forma, que el capacitor se car-gue cuandohay tensindesde el diodoy que proveatensin cuan-do la tensinde pico dismi-nuya.Para que estoocurra tene-mos que ver lai m p e d a n c i aequ i va len tedel condensa-



La representacin de unSemiconductor tipo n sera:

La representacin de unSemiconductor tipo p sera:

La unin de las regiones p y n ser:

dor, y ver as como afectan los diferentes valores de la frecuencia a esta im-pedancia.

Como se ve, el valor de frecuencia ms problemtico es el de 50Hz, ya quees el que ms depende de la capacidad, y por lo tanto el que tiene un ma-yor valor de la impedancia. Si se consigue que a la frecuencia de 50Hz ten-gamos un valor aceptable de la impedancia, para el resto de las frecuenciasfuncionar bien (lo dicho tambin es valido para pases con 60Hz de fre-cuencia de red, ya que se es un valor bajo de frecuencia).Las ondas que tendramos con y sin C sern estas, comparadas con la on-da del secundario:

Al aadir el C hay modificaciones en el comportamiento del circuito. Vea-mos los pasos que se dan:

* Inicialmente el C es un cortocircuito, y al conectar el circuito a la red C secarga a la tensin de pico VP2. Se cargar al ritmo del transformador por-que el diodo es ideal, con lo que es un cortocircuito.* Cuando el C se ha cargado del todo a VP2, a partir del valor mximo, elD entra en inversa y deja de conducir (D conduce hasta VP2), con lo queempieza a disminuir el valor de la tensin de salida.



Al juntar las regiones tipo p y tipo nse crea un "Diodo de unin" o

"Unin pn".

Al haber una repulsin mutua, loselectrones libres en el lado n se

dispersan en cualquier direccin.Algunos electrones libres se difun-

den y atraviesan la unin, cuandoun electrn libre entra en la regin

p se convierte en un portador mi-noritario y el electrn cae en unhueco, el hueco desaparece y el

electrn libre se convierte en elec-trn de valencia. Cuando un elec-

trn se difunde a travs de la unincrea un par de iones, en el lado n

con carga positiva y en el p concarga negativa.

Las parejas de iones positivo y ne-gativo se llaman dipolos, al au-

mentar los dipolos la regin cercade la unin se vaca de portadores

y se crea la llamada "Zona de de-plexin".

Una vez cargado C, y al tener ms tensin que la que entrega el diodo, aho-ra se descargar el C a travs de RL.

El C se va descargando hasta igualar-se al valor de VL, entonces el D pasaa ON con lo que se vuelve a cargarhasta VP2 y se repite el proceso.

Mientras el C se carga, D conduce (Dest en ON) y mientras C se descar-ga D tiene una tensin menor queVP2 y hasta no conduce (D enOFF).Ahora el D est en ON en menostiempo que antes y las corrientes sonmuy grandes porque el C se carga enpoco tiempo.En poco tiempo necesita mucha ener-ga, por lo tanto la intensidad es gran-dsima, y el resto del tiempo el D noconduce.

La tensin mxima entre extremos deldiodo se d cuando no conduce, esdecir, cuando est en inversa. En eseinstante, la tensin ser:

A ese valor mximo de tensin en inversa se le llama "Tensin Inversa dePico del Diodo".El clculo de IPD ("Intensidad de Pico del Diodo") es muy difcil de calcular,hay que resolverlo por iteraciones y esto es muy largo por ello lo haremoscon aproximaciones.

Aproximaciones* 1 Aproximacin (diodo ideal)Sea la grfica de carga y descarga de la siguiente figura:



Los dipolos en un diodo tienen uncampo elctrico entre los ionespositivo y negativo, y al entrar loselectrones libres en la zona de de-plexin, el campo elctrico tratade devolverlos a la zona n. La inten-sidad del campo elctrico aumen-ta con cada electrn que cruzahasta llegar al equilibrio.

El campo elctrico entre los ioneses equivalente a una diferencia depotencial llamada "Barrera de Po-tencial" que a 25 C vale:

* 0.3 V para diodos de Ge.* 0.7 V para diodos de Si.

Polarizar:: Poner una pila.

No polarizado:: No tiene pila, circui-to abierto o en vaco.

z.c.e.:: Zona de Carga Espacial o zo-na de deplexin (W).

Como se ve en el dibujo la primera aproximacin consiste en asimilarlo arectas y as lo convertimos en lineal.Para calcular el valor del rizado, vemos la descarga del condensador quees un exponencial hasta t1 (ese valor de t1 lo hemos calculado anteriormen-te por iteraciones), y al final despus de hacer integrales tomando la inten-sidad constante se llega a un valor del rizado de:

Debemos recordar que:

* 2 Aproximacin

* 3 Aproximacin

Normalmente usaremos la 1 aproximacin (ideal) o la 2 aproximacin.

Qu nos conviene, capacidades grandes o pequeas ?Si la C (capacidad) es muy grande el condensador se descarga ms lenta-mente y tenemos menos tiempo para cargar el condensador, por lo tanto laintensidad de pico del diodo es muy grande y si es pequeo el ripple o riza-do es grande.

Conclusin: Lo mejor es un C grande pero hay que tener cuidado con el Dporque tiene que sufrir valores de pico mayores.Esto significa que para obtener una buena fuente de alimentacin no escuestin de colocar el capacitor lo ms grande que encontremos dado quepodramos perjudicar al diodo.



Si el terminal positivo de la fuenteest conectado al material tipo p y

el terminal negativo de la fuenteest conectado al material tipo n,

diremos que estamos en "Polariza-cin Directa".

Un diodo polarizado en sentido di-recto tiene la siguiente forma:

En este caso tenemos una corrien-te que circula con facilidad, debido

a que la fuente obliga a que loselectrones libres y huecos fluyan

hacia la unin. Al moverse los elec-trones libres hacia la unin, se

crean iones positivos en el extre-mo derecho de la unin que atrae-rn a los electrones hacia el cris-

tal desde el circuito externo.

Resumiendo:

Intensidades

En la grfica del diodo se ve que el rea de arriba y el de abajo son igua-les, por lo tanto. el valor medio de la intensidad es cero, entonces:

ICCD = ICCL

Con esto el pico de intensidad que tiene que aguantar el diodo es grandsi-mo, el diodo sufre mucho

Fuente con Rectificador de Onda Completa y Filtro a Capacitor

En esta fuente, el diodo D1 conduce en el semiciclo positivo de la seal deentrada y permite la carga el C. El D2 conduce en el semiciclo negativo ytambin carga el C. Esto significa que ahora el capacitor tiene ms energa de carga con locual va a poder entregar a la carga una tensin continua constante sin ne-



As los electrones libres puedenabandonar el terminal negativo dela fuente y fluir hacia el extremoderecho del cristal. El sentido de lacorriente lo tomaremos siemprecontrario al del electrn:

Lo que le sucede al electrn: Trasabandonar el terminal negativo dela fuente entra por el extremo de-recho del cristal. Se desplaza a tra-vs de la zona n como electrn li-bre.

En la unin se recombina con unhueco y se convierte en electrnde valencia. Se desplaza a travsde la zona p como electrn de va-lencia. Tras abandonar el extremoizquierdo del cristal fluye al termi-nal positivo de la fuente.

cesidad de que tenga un gran valor y as tampoco ser muy grande la in-tensidad de pico que circula por los diodos.

Para obtener la frmula (VCCL) procedemos de la misma forma que antes,aproximamos a una seal triangular, y sale la misma frmula.Las conclusiones de lo que nos conviene son las mismas de antes:

Intensidades


Fuente con Rectificador de Onda Completa y Filtro a Capacitor

Si se invierte la polaridad de lafuente de continua, el diodo se po-lariza en inversa, el terminal nega-

tivo de la batera conectado al ladop y el positivo al n, esta conexin

se denomina "Polarizacin Inversa".

En la siguiente figura se muestrauna conexin en inversa:

El terminal negativo de la bateraatrae a los huecos y el terminal po-sitivo atrae a los electrones libres,

as los huecos y los electrones li-bres se alejan de la unin y la z.c.e.

se ensancha.

A mayor ancho de la z.c.e. mayor di-ferencia de potencial, la zona de

deplexin deja de aumentar cuan-do su diferencia de potencial es

igual a la tensin inversa aplicada(V), entonces los electrones y hue-

cos dejan de alejarse de la unin.

Como en el caso anterior la intensidad media por el condensador es cero:

ICCA = ICCL

Como hemos dicho, en este caso la intensidad que tienen que aguantarlos diodos es la mitad que en el caso anterior.

Fuente con Rectificador de Onda Completa en Puente y Filtro a Capacitor

Tenga en cuenta que en las tres configuraciones, el capacitor se colocasiempre en paralelo con la RL. El circuito y las grficas son las siguientes:

Es parecido al anterior,conducen D1 y D3 en elsemiciclo positivo y con-ducen D2 y D4 en el se-miciclo negativo. En eltransformador el mismobobinado es recorridosiempre por corriente,entonces tiene que so-portar toda la intensidad,pero a veces hacia arribay otras hacia abajo. Hayque disear el bobinadosecundario para queaguante esos picos po-sitivos y negativos.En cuanto al capacitor,aplica lo visto en el ejem-plo anterior para fuentecon dos diodos.

La nica diferencia esten la iT y la VIP (tensin



En un diodo con polarizacin inver-sa existe una pequea corrienteen polarizacin inversa, porque laenerga trmica crea continua-mente pares electrn-hueco, loque hace que haya pequeas con-centraciones de portadores mino-ritarios a ambos lados, la mayorparte se recombina con los mayo-ritarios pero los que estn en laz.c.e. pueden vivir lo suficiente pa-ra cruzar la unin y tenemos asuna pequea corriente.

La zona de deplexin empuja a loselectrones hacia la derecha y elhueco a la izquierda, se crea asuna "Corriente Inversa de Satura-cin"(IS) que depende de la tempe-ratura.

Adems hay otra corriente "Co-rriente Superficial de Fugas" cau-sada por las impurezas del cristaly las imperfecciones en su estruc-tura interna. Esta corriente depen-de de la tensin de la pila (V VP).

inversa de pico), tal como se puede apreciar en el diagrama de seales dela pgina anterior.La tensin inversa de pico (VIP) solo tiene que aguantar VP2 y no el doblede este valor como en el caso anterior.

Ejemplo:

Calculamos todo lo que hemos visto en la teora:

Debemos tener en cuenta que las leyes de Kirchoff se cumplen para valo-res medios, con valores eficaces no se cumple (con ondas senoidales).

El valor medio de la corriente en la carga ser:

El valor del ripple o rizado es:


Fuente con Rectificador de Onda Completa en Puente y Filtro a Capacitor

Los diodos admiten unos valoresmximos en las tensiones

que se les aplican, existe un lmitepara la tensin mxima en inversacon que se puede polarizar un dio-

do sin correr el riesgo de destruirlo denominado tensin de

ruptura (IR).

A la tensin en la que la IR aumen-ta de repente, se le llama "Tensinde Ruptura" (VRuptura). A partir de

este valor IR es muy grande y eldiodo se estropea. En el diodo haocurrido el "Efecto Avalancha" o

"Ruptura por Avalancha".

Justo en el lmite antes de llegar aRuptura, la pila va acelerando a los

electrones. Y estos electronespueden chocar con la red cristali-

na, con los enlaces covalentes.Choca el electrn y rebota, pero a

VRuptura la velocidad es muygrande y por ello la Ec es tan gran-

de que al chocar cede energa alelectrn ligado y lo convierte en li-bre. El electrn incidente sale con

menos velocidad que antes delchoque. O sea, de un electrn libreobtenemos dos electrones libres.

Estos 2 electrones se aceleran otravez, pueden chocar contra otro

electrn de un enlace covalente,ceden su energa... y se repite el

proceso y se crea una Multiplica-cin por Avalancha.

El condensador se descargar hasta ese valor mnimo.

El valor medio del diodo es:

La Corriente Inicial en un Rectificador

En el instante en que se conecta el circuito a la red, el condensador del fil-tro, que inicialmente est descargado, acta como un cortocircuito; por lotanto, la corriente inicial de carga del condensador puede llegar a ser muygrande. A esta corriente se le llama "Corriente Inicial".Si tenemos la onda senoidal de la red:

Al conectar el circuito a la red puede tomarse cualquier valor de la onda se-noidal, no se sabe, porque al ser senoidal va variando de valores continua-mente. En todo los casos en que se tomen tiene que funcionar bien, siendolos peores casos los valores mximos y mnimos. Si por ejemplo se toma elvalor mximo que es 311V en-tonces en VP2 = 18V (311V /17,28) y es como si tuviramosuna pila en el secundario de18V. Conducen D1 y D3.Es como una pila que est cor-tocircuitada, as hay una inten-sidad muy grande que podra



CONTENIDO DEL CD N 6

Programas ACROBAT READER y WIN-DOWS MEDIA PLAYEREstos programas son indispensables para explorarel CD, ver los archivos de texto que contiene y vi-sualizar los videos. Si no estn instalados en suPC hgalo cuando el CD se lo pregunte.

Video PresentacinEn este video el Ing. Horacio Vallejo, realizador dela obra, lo gua paso a paso para que pueda explo-rar el CD de la forma ms rpida y efectiva. Le su-gerimos ver este video para obtener el mayor pro-vecho posible.

Enciclopedia Visual Parte 6Se dan los fascculos 21 a 24 de la ENCICLOPEDIAVISUAL DE LA ELECTRONICA, obra complemen-taria que ensea con mayor profundidad los con-ceptos vertidos en cada tomo escrito de la obra.

Curso de Electrnica con Prcticas,Mdulo 6Este Curso de Electrnica es el primer sistema deenseanza a distancia con seguimiento personal atravs de Internet. El curso se compone de 14 lec-ciones, 5 series de prcticas y 6 evaluaciones. Losexmenes son la parte del curso (quiz la ms te-diosa para muchos) en la que el alumno deber res-ponder y si lo desea, enviar a las direcciones que semencionan en el CD para su correccin. Sin embar-go, Ud. posee la respuesta a cada examen en Inter-net. En cualquier momento puede realizar consultaspor medio de los formularios que hemos habilitadoen Internet para tal fin.Cabe aclarar que en este CD se encuentran las lec-ciones 13 y 14 y Examen N 6. Con esta entrega seculmina el curso.

CONTINUA

quemar el cable, pero no es as, ahora hay que ver cosas que hemos des-preciado anteriormente como las resistencias internas de los diodos rB(para el 1N4001: rB = 0.23). Adems el alambre de cobre del bobinado delsecundario del transformador posee resistencia que hay que considerartambin. Al final habr una intensidad de pico transitoria de valor:

Esta es una intensidad muy grande. Debemos recordar que antes haba unvalor medio de intensidad que era:

Ahora el pico es 1000 veces mayor que antes, se puede quemar el hilo decobre, los diodos, etc... Para que estono ocurra hay que hacer algo, vamos aanalizarlo:Anteriormente se haba visto que en undiodo lo normal es que saliese esta for-ma de onda:

Tenamos que el valor deVL estaba entre 16,6 y16,4. Inicialmente est acero. El C poco a poco seir cargando, medianteuna exponencial, y al ca-bo de un tiempo cuandoentra en zona de ripple orizado se dice que est en "Rgimen Permanente", y cuando se est car-gando el C primeramente se lo llama "Rgimen Transitorio". El transitorio escomplicado de analizar. La capacidad (C) del condensador influye mucho

* C grande: El intervalo de tiempo que dura el transitorio es grande, tardaen cargarse.* C pequea: Se carga rpida-mente.

En el rgimen permanente lospicos tienen la misma altura.En el transitorio los picos sonde intensidad son variables.


La Corriente Inicial en un Rectificador


Video Manejo del Osciloscopio 3Este es un video de unos 30 minutos de duracinque muestra los siguientes temas:

Descripcin del osciloscopio Hameg, de ancho debanda de 40MHZ doble trazo modelo HM404-2Caractersticas y diferencias con respecto al mo-delo explicado en la parte anterior, dicha parte seencuentra en le CD 2 de la enciclopedia.Descripcin de controles y funciones. Como funcinespecial se destaca que este osciloscopio permitealmacenar los datos en la PC.Mediciones de corriente continua con el oscilosco-pioMediciones de corriente alterna con el osciloscopio.Mediciones de frecuencia con el osciloscopio.

Es continuacin del video mostrado en el CD N 3de esta obra.

Manuales Didcticos:Estos manuales han sido pensados para brindarconocimientos adicionales sobre temas especficoscomo ser:Funcionamiento de un Receptor de TVLa TV por SatliteIntroduccin a la ProgramacinIntroduccin a los Microprocesadores

UtilitariosGran cantidad de utilitarios para probar y optimizarcomputadoras. Lea el archivo apropiado para sabercmo emplearlos.

Programa PCB Wizard DEMOPrograma Generador de Circuitos Impresos espe-cial para lectores de Saber Electrnica en su ver-sin de evaluacin.

CONTINUA

Para C < 1000F le da tiempo a cargarse al diodo con el primer pico. Concapacidades pequeas en los primeros 20 mseg se ha cargado el C.Para capacidades mayores: C > 1000F no le da tiempo a cargarse del to-do al condensador en el primer pico, ni en el segundo, sino uno tercero oposterior. La constante de tiempo del circuito que est cargando al conden-sador es:

Al llegar a t = 5 mseg se ha cargado casi todo (96%), y suponemos que seha cargado completamente para simplificar. En la hoja de caractersticas tenemos IFSM (oleada de corriente de pico norepetitiva, Forward surge maximum).

Ejemplo: 1N4001 IFSM = 30 A

Si el condensador se carga en 1 ciclo de red (C < 1000 F) la corriente m-xima que resistir ser de 30 A. Si tardo 2 ciclos en cargarse resistir comomucho 24 A en el primer ciclo. Si necesita 4 ciclos para cargarse necesita18 A como mucho.

CONTENIDO DEL CD N 6La obra est dirigida a todo el pblico en general interesado en aprender electrni-ca bsica y saber cmo se manejan los instrumentos (multmetro, osciloscopio, ge-nerador de funciones, inyector de seales, analizador dinmico, fuente de alimen-tacin, etc.) pero sobre todo est orientado a estudiantes, aficionados y docentes,dado que cada tema se explica desde el comienzo, presumiendo que el lector noposee conocimientos previos de la especialidad. La Enciclopedia se complementacon CDs (ste es uno de ellos) y bibliografa adicional a la que puede acceder porInternet dirigindose a:

www.webelectronica.com.ar

Debe hacer click en el cono PASSWORD y luego ingresar las claves que se danen los CDs. El contenido del CD que acompaa a este tomo es el siguiente:

a) Un Archivo LEAME: Indispensable leer de comienzo a fin de explorar el CD conxitob) Programas ACROBAT READER y WINDOWS MEDIA PLAYERc) Video Presentacind) Enciclopedia Visual, Parte 6e) Curso de Electrnica con Prcticas Parte 6f) Video: Manejo del Osciloscopio, Parte 3g) Manuales Didcticos:

g.1) Funcionamiento de un Receptor de TVg.2) La Tv por Satliteg.3) Introduccin a la Programacing.4) Introduccin a los Microprocesadores

h) 15 Diagramas Completos de Equipos ElectrnicosI) Utilitarios para PCJ) Programa PCB Wizard DEMO


Contenido del CD N 5


15 Diagramas deEquipos ElectrnicosDiagramas elctricos de equipos electrnicos enformato pdf que se pueden imprimir en tamao gi-gante. El listado de planos includos en este CD esel siguiente:

Monitor IBM 650VCR Samsung SV120BMonitor AKAI 2107TV Hitachi 1408RXMonitor SONY CPD-L133TV GOLDSTAR MC-51ATV AIWA A145/A205TV GOLDSTAR CF-20A80VTV AIWAC201TV HITACHI Mod. 1420Monitor IBM 8513TV AIWA A-207Monitor BRIDGE BM15D Video PHILIPS VR6470TV LG CF14B

Documents

enciclopedia de electronica basica - tomo 6.pdf