recopilacion Texto electronica

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recopilacion de ejercicios de electronica basica

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  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 1

    Ing. David Molina Muoz

    ELECTRNICA BSICA I (ETN 503)

    Objetivos

    El nfasis en el curso es el aprendizaje de conceptos bsicos de los dispositivos de estado slido de Diodos, Transistores y Circuitos Integrados que permitan desarrollar la teora y el diseo de amplificadores, tomando en cuenta las respuestas en frecuencia, mejoramientos de parmetros aplicando realimentacin, tendiente a las aplicaciones cada vez mas frecuentes de los Circuitos Integrados.

    Temas:

    I DIODO EN LOS CIRCUITOS

    II TRANSISTORES EN LOS CIRCUITOS

    III AMPLIFICADORES

    IV AMPLIFICADORES REALIMENTADOS

    V AMPLIFICADORES DE POTENCIA

    VI AMPLIFICADORES OPERACIONALES

    VII APLICACIONES CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES

    VIII FILTROS ACTIVOS CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES

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    PROGRAMA

    ELECTRNICA BSICA I (ETN 503)

    1.- DIODO EN LOS CIRCUITOS

    Introduccin a los semiconductores

    Diodos de unin, la ecuacin del diodo, polarizacin directa e inversa

    Caractersticas V-I de los diodos

    Linealizacin de las caractersticas por tramos, rectas de carga esttica y dinmica

    Circuitos con diodos, fijadores, recortadores, funciones de transferencia, etc.

    Circuitos convertidores de alterna en continua, rectificadores de media onda, onda completa, multiplicadores de tensin

    Diodo Zener, reguladores de tensin

    2.- TRANSISTORES EN LOS CIRCUITOS

    Transistores bipolares, unipolares

    Caractersticas V-I de los transistores, ecuaciones de los transistores, zonas de trabajo, condiciones de polarizacin en diferentes zonas de trabajo, topologas de utilizacin. Base Comn, Emisor Comn, Colector Comn, Compuerta Comn, Fuente Comn, Drenador Comn.

    Variacin de los parmetros y hojas tcnicas del fabricante de los transistores bipolar y unipolar

    Circuitos con transistores bipolares y unipolares, con tensiones y corrientes de continua y alterna, rectas de carga de continua y alterna, circuitos de continua y alterna, principio de superposicin

    Polarizacin del transistor bipolar, estabilizacin del punto de trabajo, polarizacin fija, polarizacin colector a base, Auto polarizacin, tcnicas de compensacin

    Polarizacin del transistor unipolar (FET, MOSFET)

    Diseo de circuitos de polarizacin

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    3.- AMPLIFICADORES

    Circuitos equivalentes de los transistores, determinacin de parmetros (hbridos, giacoleto, etc.), variacin de parmetros, ecuaciones de transformacin de parmetros en las topologas: Base Comn, Emisor Comn, Colector Comn, Compuerta Comn, Fuente Comn, Drenador Comn

    Diseo de amplificadores de una etapa

    Acoplamiento de amplificadores, de alterna, de continua

    Amplificadores con acoplamiento de alterna en las topologas: Base Comn, Emisor Comn, Colector Comn, Compuerta Comn, Fuente Comn, Drenador Comn

    Amplificadores con acoplamiento de continua, cascodo, darlington, diferencial

    Diseo de amplificadores multietapa

    4.- AMPLIFICADORES REALIMENTADOS

    Fundamentos de la Realimentacin

    Condiciones ideales de los amplificadores

    topologas de los circuitos realimentados, ecuaciones de la realimentacin en diferentes topologas

    Amplificadores realimentados, ecuaciones caractersticas, Ganancia de tensin; ganancia de corriente; impedancia de salida; impendancia de entrada, frecuencia de corte inferior, frecuencia de corte superior

    Diseo de amplificadores realimentados

    5.- AMPLIFICADORES DE POTENCIA

    Amplificadores de potencia caractersticas generales, clasificacin de los amplificadores

    Amplificadores de potencia clase A, tipos de acoplamiento, ecuaciones caractersticas, potencia de entrada, potencia de salida, potencia disipada, rendimiento, factor de mrito, seleccin del transistor

    Amplificadores de potencia clase B, tipos de acoplamiento, amplificadores de tensin (AV), Amplificadores de corriente (AI), Amplificadores de transconductancia (AG)

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    6.- AMPLIFICADORES OPERACIONALES

    El amplificador operacional (AO), especificaciones ideales del AO, circuito bsico del AO, etapas de un AO, hojas tcnicas del fabricante de los AO

    Amplificador separador, amplificador inversor, amplificador no inversor.

    Comparadores de tensin, limitadores, amplificadores con histresis.

    Amplificador sumador, restador, sumador generalizado, detector de cruce por cero con histresis, detectores de nivel de voltaje con histresis, detector de nivel de voltaje con ajuste independiente de histresis y voltaje central.

    Amplificadores integrador, derivador, integrador y derivador compensado.

    Amplificadores logartmicos, antilogartmicos, logaritmo y antilogaritmo compensado.

    Amplificador de producto, cociente, exponencial.

    Diseo de amplificadores con AO.

    7.- APLICACIONES CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES

    Amplificador bsico de puente, diferentes aplicaciones.

    Amplificador de instrumentacin.

    Amplificadores de deteccin y medicin con AO.

    Generadores de onda senoidal.

    Generadores de onda cuadrada. Multivibrador de oscilacin libre.

    Generador de onda triangular, diente de sierra.

    Convertidores de tensin a corriente con carga flotante

    Conversin de corriente a tensin

    Convertidores de temperatura a voltaje

    Desfasador, convertidor fase-amplitud

    Convertidor de impedancias negativas

    Inversor de impedancia positiva o girador

    Convertidores de impedancias positivas

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    8.- FILTROS ACTIVOS CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES

    Definiciones bsicas de filtros, ventajas de los filtros activos, limitaciones

    Filtros activos pasa bajo, pasa alto, pasa banda, rechaza banda.

    Filtros activos de primer orden, pasa bajo, pasa alto, pasa banda, rechaza banda.

    Filtros activos de segundo orden, pasa bajo, pasa alto, pasa banda, rechaza banda.

    Filtros activos de orden superior, Filtros en cascada

    BIBLIOGRAFA

    1. Electrnica integrada Millman y Halkias

    2. Circuitos electrnicos discretos e integrados Schilling Belove

    3. Ingeniera electrnica Giaccoleto

    4. Coleccin SEEC Addler, Gray, Searly, Thornton

    5. Principios de electrnica Gray, Searly

    6. Electrnica teora de circuitos Robert Boylestad,Louis Nashelsky

    7. Anlisis y diseo de circuitos electrnicos Donald A Neamen

    8. Diseo electrnico circuitos y sistemas Savant, Roden, Carpenter

    9. Circuitos con amplificadores operacionales Berlin

    10.El amplificador operacional y sus aplicaciones Marchais

    11.Operational amplifiers design and applications Huelsman

    12.Amplificadores operacionales Nacional

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    CAPTULO I

    DIODOS EN LOS CIRCUITOS

    1. INTRODUCCIN

    1.1 Elementos Slidos

    Un elemento slido , como su nombre lo indica, es simplemente un cuerpo rgido.

    Elctricamente los elementos slidos se clasifican por su resistividad, cuya expresin matemtica es:

    lAR=r

    Tambin, por su diagrama de bandas , se clasifican en conductores, semiconductores y aisladores.

    Un material c onductor es aquel que permite el paso de la corriente elctrica. Un ejemplo de este tipo de material es el cobre (Cu) con una resistividad de 10-6 [W cm].

    Un material no conductor o aislante , es aquel que no permite el paso de la corriente elctrica. Un ejemplo de este material es la mica, con una resistividad de 1012 [W cm].

    El material semiconductor ser tratado especialmente en el acpite que sigue.

    1.2 Material Semiconductor

    Un material semiconductor , es un material que conduce la corriente elctrica nicamente bajo ciertas condiciones. Ejemplos de materiales semiconductores son el Silicio (Si) con una resistividad de 50*103 [W cm] y el germanio (Ge) con una resistividad de 50 [W cm]. Estos materiales, por su estado de pureza se denominan Elementos Sem iconductores Intrnsecos .

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    1.2.1 Estructura Bsica

    Los semiconductores, esquemticamente, poseen dos bandas denominadas de valencia y de conduccin ; entre ambas bandas existe una regin llamada Banda Prohibida , existe tambin un nivel llamado nivel de Fermi , que debe ser vencido para que el material se haga conductor.

    Si se aaden elementos donadores, a travs de un dopaje, el material pasa a ser de tipo N, normalmente se aaden Arsnico, Fsforo, Antimonio; en una cantidad de 1 en 106, con esto, el nivel de Fermi se recorre hacia la banda de conduccin, 0.01 eV para el germanio y 0.05 eV para el silicio.

    Si se aaden elementos aceptores, o se quitan portadores, nace el material tipo P, para que esto ocurra, normalmente se aaden Boro, Galio, Indio; logrndose as el desplazamiento del nivel de Fermi hacia la banda de valencia.

    Estos dos tipos de materiales, tipo P y tipo N, se denominan materiales semiconductores extrnsecos , debido a que ya no son puros, sino ya presentan dopajes.

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    2. DIODOS

    2.1 Juntura PN NP

    Es la unin de dos semiconductores Tipo P y Tipo N, ya sea dicha juntura de silicio o germanio.

    En el semiconductor tipo P se tiene dos tipos de portadores: los huecos llamados portadores mayoritarios y los electrones , llamados portadores m inoritarios .

    En el semiconductor tipo N se tienen tambin portadores mayoritarios y minoritarios, slo que en este material, los portadores mayoritarios son los electrones y los portadores minoritarios son los huecos , es decir, de manera inversa al semiconductor de tipo P.

    Cuando se realiza la unin de ambos materiales se produce la juntura PN y los niveles de Fermi deben igualarse en ambos sistemas, dando origen a una corriente de recombinacin y otra de generacin que en el equilibrio deben ser cero, as mismo se crea una barrera de energa potencial en la unin.

    0IIII

    IIIIIIII

    II ra) temperatula de (depende III

    III

    grgr

    gngprnrpgnrn

    gnrp

    sggngpg

    rnrpr

    =-\=

    +=+

    ==

    \

    =+=

    +=

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    2.2 Smbolo Elctrico del Diodo

    En el diodo, el material semiconductor tipo P se denomina nodo y el material semiconductor tipo N se denomina ctodo; el smbolo elctrico del diodo es el siguiente:

    Como puede verse, el nodo es el borne positivo del componente y el ctodo es el borne negativo del componente.

    2.3 Ecuacin del Diodo

    Se puede demostrar que si Iro representa el nmero de portadores que inician el camino a travs de la unin, el nmero real de portadores que sobrepasan la barrera (Ir ) est dado por:

    qkTV

    ror

    B

    eII

    -

    =

    Donde: VB: Altura de la barrera en V en condiciones de equilibrio (Voltaje de arranque)

    q: Carga del electrn=1.602*10-19

    k: Constante de Boltzman=1.38*10-16

    T: Temperatura absoluta en oK

    Si no se aplica tensin externa a la unin , se tiene:

    qkTV

    rog

    gr

    B

    eII

    II

    -

    =\

    =

    Si se aplica cierta tensin externa, se presentan dos casos de polarizacin: la polarizacin directa y la polarizacin inversa.

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    Polarizacin Directa

    Un diodo se polariza directamente cuando el borne positivo (nodo) se conecta al terminal positivo de una fuente y el borne negativo (Ctodo) al terminal negativo de la misma fuente. En estas condiciones el diodo se comporta idealmente como un cortocircuito .

    Del circuito se tiene:

    ( )

    qkTV

    gr

    qkTV

    I

    qkTV

    ror

    qkT

    VV

    ror

    eII

    eeII

    eII

    g

    B

    B

    =

    =

    =

    -

    --

    321

    La corriente neta en la unin es

    gq

    kTV

    g

    gr

    IeII

    III

    -=

    -=

    gsq

    kTV

    s IIcon 1eII =

    -= (1)

    Si 1e qkTV

    >> se tiene:

    qkTV

    seII = (2)

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    Polarizacin inversa

    Un diodo se polariza inversamente cuando el borne positivo (nodo) se conecta al terminal negativo de una fuente y el borne negativo (Ctodo) al terminal positivo de la misma fuente. En estas condiciones el diodo se comporta idealmente como un circuito abierto .

    Del circuito se tiene:

    ( )

    qkTV

    gr

    qkTV

    I

    qkTV

    ror

    qkT

    VV

    ror

    eII

    eeII

    eII

    g

    B

    B

    -

    --

    +-

    =

    =

    =

    321

    La corriente neta en la unin es

    gq

    kTV

    g

    gr

    IeII

    III

    -=

    -=

    -

    gsq

    kTV

    s IIcon 1eII =

    -=

    -

    (3)

    Si 1e qkTV

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    2.4 Caractersticas de Tensin y Corriente

    De las ecuaciones (1) y (2) para el caso de polarizacin directa y de las ecuaciones (3) y (4) para el caso de la polarizacin inversa, se determina la siguiente curva caracterstica:

    Existen algunas diferencias entre los diodos de silicio y germanio, tales como su voltaje de arranque Vg y sus corrientes inversas de saturacin, tal como se muestra en la siguiente grfica:

    Donde:VgSi=0.6 [V] (Voltaje de arranque de un diodo de silicio)

    VgGe=0.2 [V] (Voltaje de arranque de un diodo de germanio)

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    Adems IS no es independiente de la temperatura: ( )12 TTkST1ST2 eII-=

    Tampoco es independiente la tensin sobre el diodo: VDT2=VDT1-k(T2-T1).

    En un diodo de Germanio, Ico se eleva en un 8% por cada grado centgrado, y en un diodo de silicio, este mismo parmetro se eleva en un 6% por cada grado centgrado, por la tanto se puede concluir que en cualquier diodo, Ico se eleva en un 7% por cada grado centgrado.

    De las caractersticas de tensin y corriente del diodo, se pueden ver dos zonas perfectamente definidas que dan lugar a distintas aplicaciones del diodo. Existe una relacin interesante entre la resistencia (incremental ac) de un diodo polarizado directamente y su corriente esttica:

    -= 1eII qkTV

    S

    La conductancia dinmica para un punto especfico de funcionamiento se define:

    qkTeI

    VI

    VI

    r1g

    qkTV

    S

    ff =

    @==

    De la ecuacin (2): qkTV

    SeII =

    qIkTr

    Iq

    kT

    r ff ==\

    A temperatura ambiente (T=300oK) se sabe que kT/q=26mV, entonces:

    I26mVrf =

    En condiciones de polarizacin directa, esta resistencia es muy pequea, en cambio, para polarizacin inversa, esta resistencia es muy grande dado que la corriente es del orden de los micro amperios para diodos de germanio y del orden de los nano amperios para diodos de silicio, se puede considerar que esta resistencia es infinita .

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    2.5 Variacin de las Caractersticas con la Temperatura

    Las caractersticas V/I varan con la temperatura, esto es posible de visualizar mediante la ecuacin de corrientes del diodo. Se llega a demostrar que en polarizacin directa la tensin de arranque disminuye en 2.5mV/oC por cada grado centgrado de aumento de temperatura; en la polarizacin inversa se demuestra que IS aumenta , es decir, se duplica por cada 10oC de aumento de temperatura.

    La tensin de ruptura en la polarizacin inversa, se mantiene constante para grandes variaciones de corriente por dos mecanismos:

    Por incremento de campo elctrico (Efecto Zener).

    Por ruptura por avalancha (Emisin secundaria).

    2.6 Circuito Equivalente del Diodo en Rgimen de Corriente Continua

    El diodo presenta los siguientes dos modelos tanto para polarizacin directa como inversa:

    En polarizacin directa , el diodo presenta el siguiente circuito equivalente:

    Donde: Rf es la resistencia dinmica del diodo.

    En polarizacin inversa , el diodo presente el siguiente circuito equivalente:

    Donde IS es la corriente inversa de saturacin, siendo esta la nica corriente que circula por el diodo, porque este idealmente es un circuito abierto.

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    2.6 Linealizacin de las Caractersticas por Tramos

    Muchos circuitos equivalentes tiles para diodos se obtienen aproximando las caractersticas V-I por segmentos. Esta aproximacin se conoce como mtodo de anlisis lineal por tramos .

    La curva es representada por cuatro segmentos rectilneos; las regiones I y II corresponden a las caractersticas en polarizacin directa y las regiones III y IV corresponden a las caractersticas en polarizacin inversa .

    El anlisis se lo realiza por regiones o tramos:

    Regin I: Para 1

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    Combinando los circuitos para ambas regiones se tiene:

    Regin III: Para 10

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    Ejemplo.- Hallar, utilizando circuitos lineales por tramos, la solucin simultanea de los ecuaciones:

    y=x2 0

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    2.7 Circuito Equivalente del Diodo en Rgimen de Corriente Alterna

    Cuando se hace funcionar al diodo bajo el rgimen de corriente alterna, aparecen otras caractersticas tales como el voltaje de juntura (Vj), la capacidad de difusin (CD), la capacidad de transicin (CT), el voltaje de contacto V y el factor g dado por el fabricante; adems de las caractersticas estudiadas en el rgimen de corriente continua.

    Existen tres modelos de diodo en rgimen de corriente alterna: un modelo para frecuencias medias, un modelo para frecuencias altas y un modelo general.

    Circuito equivalente para frecuencias medias

    El modelo de diodo para frecuencias medias es el siguiente:

    Circuito equivalente para frecuencias altas

    El modelo de diodo para frecuencias altas es el siguiente:

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    Circuito equivalente general

    El modelo general de diodo es el siguiente:

    Las ecuaciones que gobiernan estos modelos del diodo son:

    Si 4 = Difusin doble

    Ge 1 = Arsnico de galio

    V = Voltaje de contacto

    ( )

    ( )( )21 para

    Vg1eII 0V Para

    IrVV

    juntura de Voltaje :V

    C25T kTq

    1eII

    j

    LIrV

    S

    sj

    j

    o

    VS

    s

    j

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    Los parmetros de los circuitos de modelos del diodo, vienen dados por:

    ( ) ( )[ ]

    ( ) ( )[ ]

    fQf2qII

    f4KTgI

    f4KTrV

    121

    IIC

    12

    1IIg

    f

    22fn

    j2n

    S2

    n

    21

    2

    212

    eSjD

    21

    212

    eSjj

    =

    =

    =

    -+

    +=

    ++

    +=

    Donde: CT = Capacidad de transicin, aparece en el momento en que se cambia la polaridad.

    CD = Capacidad de Difusin, aparece cuando no se ha alcanzado el voltaje de arranque.

    CP = Capacitancia parsita, ocasionada por la juntura.

    LS = Efectos inductivos en el diodo.

    Vn = Voltaje de arranque = Vj

    RS = Resistencia dinmica.

    g = Factor dado por el fabricante.

    Lj = Resistencia de juntura.

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    Datos tcnicos de los diodos 1N4007 y AAZ15.-

    DIODO MATERIAL IS [A] h rs [W ]

    1N4007 Si 4 1.19*10-11 1.35 5.54*10-2

    AAZ15 Ge 1 4.36*10-6 1.86 1.1

    DIODO gL [1/W ] CTo [pF] V [V] g

    1N4007 3*10-10 23 - 0.45

    AAZ15 8*10-8 4.2 0.01 0.5

    Comentarios: Subminiatura; propsitos generales; gold, Bonded

    DIODO Cp [pF] tff [ns] trr [ns] Vb en IRB

    [V,mA] IF (max) PD(max)

    Rq jc [K/watt]

    1N4007 - 0.24 3.9 1000,10 - - 75

    AAZ15 0.3 - 350 75,12 0.14 0.13 450

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    Capacitncia de transicin o de difusin

    2pipif1X c =

    Cuando el diodo est polarizado inversamente, aparece la capacitancia de transicin CT o de vaciamiento.

    Cuando el diodo est polarizado directamente, aparece la capacitancia de difusin o de almacenamiento.

    Tiempo de recuperacin en sentido inverso trr

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    3. APLICACIONES DE LOS DIODOS EN LOS CIRCUITOS

    3.1 Circuitos Cortadores

    Se utiliza el diodo en dos alternativas, fijando niveles mximos y/o fijando niveles mnimos, de la seal de salida, tomando como referencia una tensin previamente fijada.

    3.1.1 Circuito Fijador a Nivel Mximo

    Ejemplo.-

    La salida del circuito se denomina Vo

    Si Vi > V D esta polarizado directamente. (D es cortocicuito). Vo=V.

    Si Vi < V D esta polarizado inversamente. (D es circuito abierto). Vo=Vi.

    Curva de transferencia:

    Seales de entrada y salida:

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    Un circuito alternativo para lograr la misma respuesta es:

    Si Vi > V D esta polarizado inversamente. (D es circuito abierto). Vo=Vi.

    Si Vi < V D esta polarizado directamente. (D es corto circuito). Vo=V.

    3.1.2 Circuito Fijador a Nivel Mnimo

    Ejemplo.-

    La salida del circuito se denomina Vo

    Si Vi > V D esta polarizado inversamente. (D ca). Vo=Vi.

    Si Vi < V D esta polarizado directamente. (D cc). Vo=V.

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    Pg. 25

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    Un circuito alternativo para obtener la misma respuesta es:

    Si Vi > V D esta polarizado directamente. (D cc). Vo=Vi.

    Si Vi < V D esta polarizado inversamente. (D ca). Vo=V.

    3.1.3 Circuitos Conformadores de Onda

    Utilizando diodos se puede implementar un circuito que en un curva caracterstica (V-I) simule una funcin matemtica.

    Por ejemplo, veamos un circuito que simule la ecuacin:

    2yx =

    Este se realiza por tramos, por ejemplo supongamos cuatro tramos; el circuito de anlisis es el siguiente:

    A B C D

    R1G =

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 26

    Ing. David Molina Muoz

    Se debe obtener la relacin entre Vi e ii.

    Cuando Vi < V D1, D2 y D3 estan polarizados inversamente. (Circuito abierto).

    \ii = GVi , esto es vlido desde Vi = 0 a Vi = V, con ii = GV (I).

    Cuando V < Vi < 2V D1 se polariza directamente (corto circuito), D2 y D3 estn polarizados inversamente. (Circuito abierto).

    En el nudo A:

    ( )

    ( )( )4 2GV3GViVV2GGVi

    (3) VV2GI(2) GVI(1) IIi

    ii

    iii

    i2

    i1

    21i

    -=-+=

    -==

    +=

    En base a la ecuacin (4) se realiza el siguiente anlisis:

    a) Si Vi = V

    ii = 3GVi 2GVi

    ii = GVi ii = GV (II)

    b) Si Vi = 2V

    ii = 3GVi 2GVi/2

    ii = 2GVi ii = 4GV (III)

    Cuando 2V < Vi < 3V D1 y D2 se polarizan directamente (Cortocircuito) y D3 se polariza inversamente (Circuito abierto).

    En el nudo B:

    ( )( )

    ( ) ( )( ) ( )

    ( ) ( )( )5 6GV5GVi

    2VV2GVV2GGVi

    4 2VV2GI3 VV2GI2 GVI1 IIIi

    ii

    iiii

    i3

    i2

    i1

    321i

    -=-+-+=

    -=-=

    =++=

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    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 27

    Ing. David Molina Muoz

    En base a la ecuacin (5) se hace el siguiente anlisis:

    a) Si Vi = 2V

    ii = 5GVi 6GVi/2

    ii = 2GVi ii = 4GV (IV)

    b) Si Vi = 3V

    ii = 5GVi 6GVi/3

    ii = 3GVi ii = 9GV (V)

    Cuando 3V < Vi D1, D2 y D3 se polarizan directamente (Cortocircuito).

    En el nudo C:

    ( )( )

    ( ) ( )( ) ( )( ) ( )

    ( ) ( ) ( )( )6 GV12GV7i

    V3V2G2VV2GVV2GGVi

    5 V3V2GI4 2VV2GI3 VV2GI2 GVI1 IIIIi

    ii

    iiiii

    i3

    i3

    i2

    i1

    4321i

    -=-+-+-+=

    -=-=-=

    =+++=

    En base a la ecuacin (6) se hace el siguiente anlisis:

    a) Si Vi = 3V

    ii = 7GVi 12GVi/3

    ii = 3GVi ii = 9GV (VI)

    b) Si Vi = 4V

    ii = 7GVi 12GVi/4

    ii = 4GVi ii = 16GV (VII)

    Tomando en cuenta las ecuaciones coincidentes en un punto para Vi :

    I II ii = GV para Vi = V

    III IV ii = 4GV para Vi = 2V

    V VI ii = 9GV para Vi = 3V

    VII ii = 16GV para Vi = 4V

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 28

    Ing. David Molina Muoz

    La ecuacin genrica es:

    2i

    i VVGVi

    =

    Graficando resulta:

    3.1.4 Fijador de Voltaje

    ( )

    \

    ==

    +=

    F

    s

    d

    sdF

    fuente la de aResistenciRdiodo del aResistenciR

    CRR

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 29

    Ing. David Molina Muoz

    Vs>0 D conduce, C Carga a Vp Vo@0

    VsVB D Conduce, C carga a Vp-VB; con VB=VB+Vg

    Vs>T/2

    dV = Voltaje de descarga VRR

    RV

    sd

    dB +

    =

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 30

    Ing. David Molina Muoz

    El voltaje carga es t=Rdc el cual es rpida.

    3.1.6 Conversin de Onda Triangular a Senoidal

    El siguiente circuito, convierte una onda triangular en una onda senoidal en siete segmentos con un error de 2% por distorsin de armnicos.

    q1 q2 q3 q4

    300 550 750 900

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

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    Pg. 31

    Ing. David Molina Muoz

    La onda senoidal a inscribirse en la triangular debe cumplir:

    1

    Tmaxo

    1sm sen

    V90V =

    Donde: VTm : Voltaje pico de la onda triangular = 15

    Vsm : Voltaje pico de la onda senoidal = 10

    La pendiente de cada segmento : ( ) oo

    iT

    ism

    RRR

    VsenV

    S+

    ==

    Ro = Resistencia paralelo de cada segmento: ( ) ismiTism

    o senVVsenV

    S1SR

    -=

    -=

    Para este ejemplo, Vo = 5V, q1 = 30o, R2 = 8.1 R, D2 conduce.

    Para el segundo tramo: D3 conduce, Vo = 8.19V, q2 = 55o, R3 = 5.85 R; R3R2=3.4R.

    D4 conduce con Vo = 9.66V, q3 = 75o, R4 = 5.57 R, el cuarto y segmento final.

    3.1.7 Discriminador de Ondas

    Donde: Vc = Tensiones de comando.

    Vs = Seal a discriminar.

    1) Si en A=+Vc

    B=-Vc

    D1, D2, D3, D4 estn polarizados directamente, el potencial de P1 es igual al potencial de P2, esto sucede durante el tiempo Tc, por lo que Vo=Vs.

    2) Si en A=-Vc

    B=+Vc

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    Pg. 32

    Ing. David Molina Muoz

    D1, D2, D3, D4 estn polarizados inversamente, los diodos son circuitos abiertos, esto sucede durante el tiempo Tn , por lo que Vo=0.

    3.2 Rectificadores

    Los diodos se pueden utilizar para la conversin de seales AC con valor medio nulo, en seales DC.

    Existen Dos clases de rectificadores: el rectificador de media onda y el rectificador de onda completa, llamados as debido a la forma de onda que se presenta en su salida.

    3.2.1 Caractersticas de los Rectificadores

    Todo rectificador, posee las siguientes caractersticas:

    a) Corriente y tensin DC. b) Potencia disipada por la carga Pcc (Salida).

    c) Potencia suministrada Pac (Entrada. Del transformador). d) Rendimiento n.

    e) Factor de ripple o rizado. f) Tensin de pico inverso. g) Regulacin.

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 33

    Ing. David Molina Muoz

    3.2.2 Rectificador de Media Onda

    Seal de entrada: seneVV mi =

    El valor medio de esta seal peridica es CERO.

    Del circuito:

    Lf

    iLfi

    Lo

    fd

    odi

    RrVi iRirV

    iRV irVcon

    VVV

    +=+=

    ==

    +=

    Reemplazando Vi :

    tsenRr

    ViLf

    m

    +=

    de la figura de ondas resulta:

    1) tsenRr

    VI t senRr

    ViLf

    mm

    Lf

    m

    +=

    += en 0 wt p

    2) i = 0 en p wt 2p

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    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 34

    Ing. David Molina Muoz

    Esto se repite en forma peridica, la tensin de Vo tiene la misma forma de onda que la corriente i.

    Por la forma de onda, la ecuacin del inciso 1) tiene valor medio distinto de cero.

    Haciendo el desarrollo de la onda segn la Serie de Fourier, se tiene:

    ---+= tcos415pi2V tcos2

    3pi2V tsen

    2piV

    piVV mmmmo

    El primer trmino es la componente de valor medio o componente de continua.

    Ahora determinaremos las caractersticas o especificaciones del rectificador de onda media:

    1 Corriente y Tensin DC

    ( )444 3444 21

    0

    2pi

    pim

    pi

    0m

    2pi

    0cc td t senI2pi

    1 td t senI2pi1 tdti

    2pi1I +==

    Donde: Lf

    mm Rr

    VI+

    =

    { {

    --=-=

    =

    -

    11

    mpi

    0

    mcc

    pi

    0mcc

    cos0cospi2piI tcos

    2piII

    tdtsenI2pi1I

    piII mcc = o ( )piRr

    VILf

    mcc +

    =

    Lm

    cc

    Lcccc

    Rpi

    IV

    RIV

    =

    =

    ( ) LLfm

    cc RRrpiVV+

    =

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    Pg. 35

    Ing. David Molina Muoz

    2 Potencia de corriente continua suministrada a la carga

    L2cccccccc RIIVP ==

    ( ) L2Lf22m

    cc RRrpiVP+

    =

    3 Potencia total de entrada al circuito

    ( )Lf2efca RrIP +=

    ( ) ==2pi

    0

    22m

    2pi

    0

    2ef tdtsenI2pi

    1 tdti2pi1I

    Pero tcos221

    21tsen 2 -= y los lmites de integracin se reducen al intervalo de 0 a p ,

    entonces:

    ( )

    {

    --=

    -=

    -=

    -=

    00

    2m

    pi

    0

    pi

    0

    2m

    ef

    pi

    0

    pi

    0

    2m

    ef

    pi

    0

    2mef

    sen041sen2pi

    41

    2pi

    2piI tsen2

    41

    2t

    2piII

    t2 tdcos241 td

    21

    2piII

    22 td tdtcos2

    21

    21I

    2pi1I

    321

    \ 2

    II mef =

    ( )( )

    ( )Lf2Lf

    2m

    caLf

    2m

    ca RrRr4IPRr

    4IP +

    +=+=

    ( )Lf

    2m

    ca Rr4VP+

    =

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 36

    Ing. David Molina Muoz

    4 Rendimiento o eficiencia de Rectificacin

    ( )

    ( )

    ( )

    ( )( ) 100%Rr

    Rpi4100%

    Rr4V

    RRrpi

    V

    Rr4VPy

    RRrpi

    VP Como

    100%PP

    100%entrada de Potenciasalida de Potencia

    Lf

    L2

    Lf

    2m

    L2Lf

    2

    2m

    Lf

    2m

    ac

    L2Lf

    2

    2m

    cc

    ac

    cc

    +

    =

    +

    +=

    +=

    +=

    ==

    \ %

    Rr1

    40.6

    L

    f+= Si RL>>rf rf / RL0; \ 40.6% =

    5 Factor de Ripple (Rizado o zumbido)

    carga laen medioValor carga laen alterna de scomponente las de eficazValor FR =

    En ambos casos se refiere a la seal de salida.

    %VV

    %II

    FRcc

    ef

    cc

    ef ==

    En la resistencia de carga RL, circula una corriente continua, superpuesta con una componente de alterna i por lo que:

    i=Icc + i

    Nos interesa el valor eficaz de i:

    i = i-Icc

    Donde: i = Corriente de alterna entregada en el secundario del transformador.

    Icc = Componente continua o valor medio de la seal.

    i = Componente de alterna de la seal en la carga.

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 37

    Ing. David Molina Muoz

    De la definicin de valor eficaz:

    ( ) ( )

    ( ) ( )

    ( ) ( )

    +-=

    -=

    =

    2pi

    0

    2cccc

    2ef

    2pi

    0

    2ccef

    2pi

    0

    2ef

    tdI2iIi2pi1I

    tdIi2pi1I

    tdi2pi1I

    De la ecuacin se ve que:

    ( )

    ( )

    1II

    III

    FR

    III

    I2III

    tid2pi1I

    tdi2pi1I

    2cc

    2ef

    cc

    2cc

    2ef

    2cc

    2efef

    2cc

    2cc

    2efef

    2pi

    0cc

    2pi

    0

    2ef

    -=-

    =\

    -=

    +-=\

    =

    =

    2II mef =

    ( ) 11.571

    4I4

    I

    FR 22m

    2m

    -=-=

    21.1=FR

    Este resultado nos indica que la componente de ALTERNA es MAYOR que la de CONTINUA.

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    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 38

    Ing. David Molina Muoz

    6 Tensin de pico inverso (VIP)

    Es la tensin que se presenta en el diodo cuando est polarizado inversamente.

    mVVIP =

    7 Regulacin

    ( ) %100carga plena aTensin

    carga plena aTensin -cargasin Tensin %Reg =

    Se refiere a valores en la salida.

    ( )

    Lf

    Lm

    Lf

    Lmm

    Lf

    Lm

    m

    RrR

    piV

    RrR

    piV

    piV

    %Reg

    RrR

    piVcarga plena aTensin

    piVcargasin Tensin

    +

    +-

    =

    +=

    =

    ( ) 100%Rr%Reg

    L

    f =

    La regulacin ptima se da cuando Reg0

    3.2.3 Rectificador de Onda Completa con Dos Diodos

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 39

    Ing. David Molina Muoz

    El transformador con derivacin central, nos proporciona dos seales de tensin desfasadas en 180o, como se aprecia en el diagrama de seales, razn por la cual, este rectificador tambin recibe el nombre de rectificador Bifsico.

    tsenRr

    VRr

    Vi

    iRirV tsenVV

    Lf

    m

    Lf

    i

    Lfi

    mi

    +=

    +=

    +==

    donde: Lf

    mm Rr

    VI+

    =

    Del diagrama de ondas resulta:

    1) pi t 0 para t senIi m =

    2) 2pi t pipara t senIi m =

    La corriente en la carga tendr la misma forma de onda que la tensin en la carga, por lo que la corriente en la carga tendr la forma de las ecuaciones 1) y 2).

    Haciendo un desarrollo en serie de Fourier de la forma de onda resulta:

    ----= tcos635pi4V tcos4

    15pi4V tcos2

    3pi4V

    pi2VV mmmm

    El primer trmino es la componente de continua y es el doble que en el caso del rectificador de media onda.

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    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 40

    Ing. David Molina Muoz

    1 Corriente y Tensin DC

    ( ) ( ) ( ) ( ) +==2pi

    pim

    pi

    0m

    2pi

    0cc td t senIpi

    1 td t senI2pi1 tdti

    2pi1I

    \ pi

    2II mcc = o ( ) LLfm

    cc RRrpi2VI

    +=

    Lm

    cc

    Lcccc

    Rpi

    2IV

    RIV

    =

    =

    ( ) LLfm

    cc RRrpi2VV

    +=

    2 Potencia de corriente continua suministrada a la carga

    Lcccccccc RIIVP2==

    ( ) L2Lf

    2m

    2cc RRrV

    pi4P

    +=

    Por lo que se ve que es cuatro veces superior que el rectificador de media onda.

    3 Potencia total de entrada al circuito

    ( )Lf2efac RrIP +=

    como ( ) ( )2

    Itdti2pi1I m

    2pi

    0

    2ef ==

    ( )Lf2m

    ac Rr2IP +=

    ( )Lf

    2m

    ac Rr2VP+

    =

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    Pg. 41

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    4 Rendimiento o eficiencia de rectificacin

    ( )

    ( )Lf

    2m

    L2Lf

    2m

    2

    ac

    cc

    Rr2V

    RRr

    Vpi4

    100%PP

    +

    +==

    %

    Rr1

    81.2

    L

    f+=

    5 Factor de Ripple (rizado o zumbido)

    1

    pi4I

    2I

    FR

    2

    2m

    2m

    -=

    0.48FR =

    6 Tensin de pico inverso (VIP)

    Del circuito se ve que: m2VVIP =

    3.2.4 Rectificador de Onda Completa Tipo Puente

    Este rectificador, es tambin monofsico y todas las ecuaciones para el clculo de sus caractersticas o especificaciones del rectificador bifsico o de dos diodos son vlidas para este, con excepcin del voltaje de pico inverso PIV que resulta ser la mitad del anterior.

    mVPIV =

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    Pg. 42

    Ing. David Molina Muoz

    3.3 Circuito Doblador de Corriente

    Existen aplicaciones de circuitos con diodos que permiten obtener tensiones mayores que las de entrada.

    tsenVV mi =

    1. Durante el semiciclo positivo:

    D1 se polariza directamente.

    D2 se polariza inversamente.

    \C1 se carga a Vm mC1 VV =

    2.- Durante el semiciclo negativo:

    D2 se polariza directamente.

    D1 de polariza inversamente.

    \C2 se carga a Vm mC2 VV =

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    Pg. 43

    Ing. David Molina Muoz

    3.- La tensin sobre la carga RL, Vdc es prcticamente la suma de los voltajes sobre los condensadores:

    mmdc

    C2C1dc

    VVVVVV

    +=+=

    mdc 2VV =

    4. FILTROS PARA RECTIFICADORES

    4.1 Filtro RC

    4.1.1 Filtro RC para Rectificador de Media Onda

    ( )

    100nVV

    RR 100RC Si

    VRCn1

    1V

    VRC j1

    1VR

    C j1

    C j1

    V

    Lnon

    Lo

    Ln2o

    on

    LnLnon

    @

    >>=

    +=

    +=

    +=

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    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 44

    Ing. David Molina Muoz

    Si la salida

    -++= tcos4

    15pi2 tcos2

    3pi2 tcos

    21

    pi1VV LmLn

    Por superposicin:

    -++= tcos4

    3000pi1 tcos2

    300pi2 tcos

    2001

    pi1VV oooLmon

    Tensin de ondulacin:

    +-+= tcos4

    3000pi1tcos2

    300pi1tcos

    2001VV oooLmr

    ( ) ( )( ) ( ) 280

    V300pi

    1200

    12

    VtdtV2pi1V Lm22

    Lm2

    12pi

    0oorref @+=

    =

    FR0.011280pi

    VV

    Ldc

    ref =@=\

    4.1.2 Filtro para Rectificador de Onda Completa

    0.0024VV

    FR

    210piVV

    sen4e2000

    1sene2001

    3pi4VV 10RC Si

    tcos415pi

    4tcos23pi4

    pi2VV

    Ldc

    ref

    Lmref

    Lmro

    ooLmL

    ==

    =

    +-==

    +-+=

    carga plena aTensin carga plena aTensin -en vacioTensin Regulacin =

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 45

    Ing. David Molina Muoz

    4.2 Filtro LR para Rectificador de Onda Completa

    Determinacin de los parmetros para onda completa.-

    ( )( )

    -+

    -=

    =1n 12n12n tcos2n

    pi4

    pi2Vv

    ( )( )

    armnica segunda la doConsideran L4R

    t2cos3pi4V

    piR2Vi

    21222 +

    -=

    carga laen ainstantane corrientei R

    L 2tg ==

    21

    2

    22

    RL41

    132rFR

    +

    ==

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    Pg. 46

    Ing. David Molina Muoz

    4.3 Filtro Capacitivo

    f 2piR

    VI

    C tIV

    dc

    =

    =

    =

    Dt = Tiempo de descarga

    DV = Voltaje de ripple, aproximadamente triangular.

    C Rpi

    VVFR

    dc

    ==

    Para media onda: 2

    Tt o= ;

    oo T

    1f = oo

    pi2f1t ==

    Para onda completa: o

    o

    4f1

    4T

    t == oo 2

    pi4f1t ==

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

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    Pg. 47

    Ing. David Molina Muoz

    5. DIODOS ZENER

    5.1 Regulador con Diodo Zener

    En SR se incluye la resistencia interna ( iR ) de la fuente y SR , este resistor se pone para limitar la corriente D.C. en el diodo, para evitar una disipacin excesiva de potencia y para estabilizar 0V frente a variaciones de iV .

    Como 0v representa la variacin de 0V , esta componente de alterna debe ser pequea y se debe obtener en funcin de SR , zr , LR ; por lo que definimos el factor de estabilizacin SK .

    iS V

    VK 0=

    Del circuito 0V :

    ++=

    +=

    LZ

    LzSii

    LZ

    Lzi

    RrRrRiV

    RrRriV0

    Por lo tanto:

    LZ

    LzS

    LZ

    Lz

    S

    LZ

    LzSi

    LZ

    Lzi

    S

    RrRrR

    RrRr

    K

    RrRrRi

    RrRri

    K+

    +

    +

    =

    ++

    +

    =

    De la ecuacin SK se deduce que 0V ser reducida si SR es grande frente a LZ

    Lz

    RrRr + , as

    mismo LZ Rr < ; por lo tanto:

    S

    ZS R

    rK =

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    Pg. 48

    Ing. David Molina Muoz

    Para tener un buen factor de estabilizacin, se debe seleccionar un SR con valor grande y zr con valor pequeo.

    En el circuito de a.c. se deduce la impedancia de salida 0Z como el cociente entre 0V e ii resultando:

    zS

    ZS

    i rRrR

    ivZ

    +== 00

    Por lo tanto: ZrZ @0

    5.2 Diseo de regulador con diodo Zener

    El problema se reduce a establecer una cierta tensin de salida y mantenerla dentro de ciertos lmites, no obstante la variacin de la tensin de lnea (a.c.) y la carga LR , los datos de los que se parte son:

    * Vi min = V - V im

    * Vi max = V + V im

    Las exigencias de la corriente de carga:

    I L min

    I L max

    Y las tensiones de salida:

    V o min

    V o max

    El problema consiste en especificar Y z , V z Y la disipacin de potencia P z y determinar R s .

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    Pg. 49

    Ing. David Molina Muoz

    Las peores condiciones en el regulador se dan en los siguientes circuitos:

    Del circuito A resulta:

    Vi min = I Rs + V o min

    Como

    I = Iz min + I Lmax

    Resulta:

    Vi min = (Iz min + I Lmax) Rs + V o min 1

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    Pg. 50

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    Del circuito

    Iz min = V o min - Vz

    rz

    De la ecuacin uno

    V o min = Vi min - (Iz min + I Lmax) Rs

    V o min = Vi min - (V o min - Vz + I Lmax) Rs

    rz

    V o min rz = Vi min rz - V o min Rs + Vz Rs - I Lmax rz Rs

    V o min (rz + Rs) = Vi min rz + Vz Rs - I Lmax rz Rs

    Rs + rz

    Rs

    V o min = Vi min + rz (Vz - I Lmax rz ) A

    1 + Rs

    rz

    Realizamos las mismas operaciones en el circuito B obteniendoce:

    Rs

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    Pg. 51

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    V o max = Vi max + rz (Vz - I Lmin rz ) B

    1 + Rs

    rz

    Restando la ecuacin A de B resulta:

    V o max - V o min = Vi max - Vi min + Rs(I Lmax - I Lmin ) C

    1 + Rs

    rz

    En la ecuacin C se obtiene dos incognitas Rs y rz para resolver de la ecuacin 1 despejamos Rs resultando:

    Rs = V i min - V o min D

    I Zmin + I Lmax

    En esta ecuacin se adopta I Zmin = 1 m A o el 10% de I Lmax la que sea mayor por lo que con la ecuacin D se puede calcular el valor de Rs, luego de la ecuacin C se despeja rz resultando:

    Rz = Rs .

    Vi max - Vi min + Rs(I Lmax - I Lmin ) - 1 E

    V o max - V o min

    Con la ecuacin E se calcula rz

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    Pg. 52

    Ing. David Molina Muoz

    Con la ecuacin I Zmin del circuito A se calcula V z

    V o min = I Zmin rz + V z

    V z = V o min - I Zmin rz F

    La mxima disipacin en el Zener ocurrir si se elimina la carga e IL = 0

    Pzmax =Izmax2 z+ Izmax Vz

    Para calcular Izmax se hace en el circuito B RL =

    Izmax = Vimax Vz

    Rs + rz

    Por lo tanto :

    Pzmax = Vimax Vz (Vimax Vz rz + Vz)

    Rs + rz Rs + rz

    Regulador bsico

    Dz = 1 N 4733 o similar

    I Lmin + Izmax = ILmax + I zmin = I = cte

    V imin = Vz + R min (ILmax + I zmin)

    V imax = Vz + R max (ILmin + I zmax)

    Normalmente I zmax = 2 a 3 veces ILmax; I zmin = 10 % ILmax

    Definanse K1 = V imin K2 = V imax

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    Pg. 53

    Ing. David Molina Muoz

    Vi Vi

    Por lo tanto V in = Vz( ILmin + I zmax) - (ILmax + I zmin) .

    K1(ILmin + I zmax) - K2(ILmax + I zmin)

    Variacin 10 % K1 = 0.9 K2 = 1.1

    R min= K1 V i - Vz

    (ILmax + I zmin)

    R max= K2 V i - Vz

    (ILmin + I zmax)

    P zmax = I zmax2 Vz

    PARAMETROS BSICOS DEL FOTO DETECTOR

    Se divide en :

    1.- Detector trmico; la radiacin es absorbida y transformada en calor.

    2.- Detectores cunticos, que responden a los fotones incidentes

    a) Fotocuantivo cuando los fotones liberan electrones del espn

    b) Fotoconductivos es la conductividad del fotosensor que basa en la luz incidente

    i) Fotoconductores intrnsecos fotoreceptores

    ii) Fotoconductores dopados fotodiodos

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    Pg. 54

    Ing. David Molina Muoz

    c) Fotovoltaicos que generan una tensin al incidir la luz ejm: clulas solares

    Fotoconductores de una pieza

    Para liberar un fotn se requiere de 0.2 a 3 ev dependiendo del material.

    Una radiacin de 4000 a 60000 amstrogns

    ejm: foto conductores C.d.s

    Fotodetectores

    Materiales

    Nombre Simbolo Interna de energia

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    Pg. 55

    Ing. David Molina Muoz

    A 300 K en ev

    Sulfuro de cadmio Cds 2.4

    Arseniuro de galio GaAs 1.4

    Silicio Si 1.1

    Germanio Ge 0.7

    Arseniuro de indio InAs 0.43

    En el caso del aire n1 = 1 entonces Sen qC = 1/ n2

    Ejm: diodo led GaAs n = 3 .4 Para q > 17 no sale la luz del cristal receptor

    Io = Int. De luz incidente

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    Pg. 56

    Ing. David Molina Muoz

    A = Coeficiente de abstraccin critico

    X = Distorcin reconocido en el material

    DIODOS EN SERIE

    Determinar Vo e Io del siguiente circuito en serie:

    Si rf1 + rf2

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    Pg. 57

    Ing. David Molina Muoz

    rf = 26 mv.

    ID

    DIODOS EN PARALELO

    Determinar Vo, Ii, ID e IDZ de la configuracin paralelo

    Vo =0.7 V I = ID1 + ID2

    I = 10 - 0.7 = 28.18 mA

    0.33 K

    Si D1 = D2 ID1 = ID2 = I/2 = 14.09mA

    Determine la forma de onda de salida para la red de la figura y calcule :

    a) Tensin dc de salida.

    b) Corriente dc de salida.

    c) Potencia de entrada al circuito.

    d) Potencia de salida del circuito.

    e) Rendimiento.

    f) Voltaje de Riple eficaz de salida.

    g) Tensin inversa de cresta de cada diodo.

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    Pg. 58

    Ing. David Molina Muoz

    Si D1 conduce, entonces D2 no conduce.

    a) Vdc = 2Vm = 10 = 3.18 V ; Vom = 5 V

    b) IDC = Vdc = 3.18 mA

    2 K 2

    c) Vin = 10; Vef = 10

    2

    Pac = Vef 2 / R R = 4 K // 2K

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    Pg. 59

    Ing. David Molina Muoz

    d) Po = V dc * I DC = (3.18)2 mW

    2

    = P dc x 100%

    P ac

    f) V ref = Vo

    2

    h)PIV = Vom = 5 V.

    EJEMPLO

    a) Determinar el rango de Rc e Ic para que V RC sea constante e igual a 10 v.

    b) Determinar la potencia mxima del diodo como regulador

    a) RLmin = Rs Vz = 10 K = 250

    Vi Vz 50-10

    I Lmax = Vz/ RLmin = 40 mA ( considerando que Izmin = 0 )

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    Pg. 60

    Ing. David Molina Muoz

    VRS = 50 10 = 40 I R = 40 mA

    Izmin + IL min = IR I Lmin = 40 32 = 8 mA

    R Lmax = Vz / ILmin = 1.25 K

    c) Pzn = Vz Izm = 320 mW

    DIODO ZENER

    1N961

    voltaje zener corriente de impedancia corriente voltaje de corriente de

    Vz nominal prueba Izt dinmica inversa prueba regulador

    (V) ( mA) (mA) (A) ( VR) (mA)

    10 12.5 700 10 7.2 32

    Vz = 10 +- 20 % = 8 a 12 V diodo al 20%

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    Pg. 61

    Ing. David Molina Muoz

    Tc = Vz % /C

    Vz ( T1 T0)

    Ejemplo : Determinar el voltaje nominal del diodo Zener 1N961 a T = 100C

    Vz = (0.072)(10)(100-25) = 0.54 V

    100

    Vz = VZT + Vz = 10.54 V

    APLICACIONES DIODO ZENER

    Vi fijo RL variable

    VL = Vz = Vi Rs RL min = Rs Vz

    Rs + RL Vi Vz

    Esto es D Izmin RL ILmax D casi conduce ILmax = Vz

    RL

    Cuando D Izmax RL ILmin D conduce

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    Pg. 62

    Ing. David Molina Muoz

    VRs = Vi Vz Irs = VRs/ Rs Iz = IR - IL

    ILmax = IR - I zmin

    RLmax = Vz / ILmin

    RL fijo , Vi variable

    Si D, I zmin

    VL = Vz = RL Vi Vimin = ( RL + Rs ) Vz

    RL + Rs RL

    Vi es max si I zmin ; D conduce :

    Izmin = I R IL IRmax = Izmin + IL

    Vimax = VRsmax + Vz = IRmax Rs + Vz

    Ejemplo : Determine el margen de valores de Vi que mantiene en estado de conduccin el diodo zener

    Vimin = (1.2 + 0.22 ) 20 = 23.67 V

    1.2 K

    IL = 20 = 16.67 mA

    1.2 K

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    Pg. 63

    Ing. David Molina Muoz

    IR max = Izmin + IL = 76.67 mA

    Vimax = 0.22 K x 76.67m + 20 = 36.87 V

    DIODO CONECTADO ESPALDA ESPALDA

    VZ1 = VZ2 = 10 V

    Ciclo positivo DZ1 conduce polarizacin directa

    DZ2 conduce polarizacin inversa (avalancha)

    Ciclo negativo DZ1 conduce polarizacin inversa (avalancha)

    DZ2 conduce polarizacin directa

    DIODOS VARACTORES (VARICAP)

    CT = f (voltaje inverso aplicado a la juntura p-n)

    Wd = Ancho regin de raciamiento

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    Pg. 64

    Ing. David Molina Muoz

    CT = A = permitividad

    Wd A = rea de la unin p-n

    CT = K r = Cte. del semiconductor

    (VT + Vr)n VT = Potencial de contacto.

    Vr = Voltaje de polarizacin aplicada.

    = 1/2 diodos unin de aleacin

    = 1/3 diodos unin de difusin

    diodos BB 19 Varactor VHF/FM

    Smbolo caracteristicas MIN TIPO MAX unidad Condicin de prueba

    VR Voltaje de ruptura 30 V IR = 100A

    IR corriente inversa 10 80 nA VR = 28 V

    0.1 0.5 A VR = 28 V TA=60C

    C Capacitancia 4.3 29 6.0 pf VR=25 V; f = 1M

    C3/C25 Razn de capac. 5.0 5.7 6.5 pf VR=3/25 V; f = 1M

    Q Factor de merito 150 VR=3 V; f = 1M

    Rs Resistencia serie 0.35 C= 10 pF ; f=600M

    Ls Inductancia serie 2.5 nH 1.5 mm

    fo Frecuencia de 1.4 GHz VR=25 V resonancia

    FOTODIODOS

    Unin polarizada inversamente

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    Pg. 65

    Ing. David Molina Muoz

    = c/f c = 3 x 108 m/s

    = (mts)

    f = (Hz)

    Diodo Emisor de Luz = LED

    Es una unin por polarizacin directamente.

    Se generan fotones enriquesidos las uniones con otros materiales

    TERMISTOR

    Resistencia con coeficiente negativo no es un diodo de unin y se construye de SiGe con mezcla de oxidos de cobalto o niquel.

    CIRCUITO DE POLARIZACIN DIRECTA

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    Pg. 66

    Ing. David Molina Muoz

    I = Is (e V/KT/q 1)

    I = Is e V/KT/q = gf

    V KT/q

    rf = V = KT / q tambin I = Is e V/KT/q Para T = 300K

    I I rf = 25 mV

    I

    CIRCUITO DE POLARIZACIN INVERSA

    Perforacin del diodo denominado roptura por avalancha

    CAPACIDAD DE TRANSMICIN DE LA UNIN

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    Pg. 67

    Ing. David Molina Muoz

    R1 sube para limitar la corriente por el diodo D.

    R1 alto para zener alto Q.

    La regin vaca es un aislador perfecto ya que esta hace de portador de carga, por lo cual puede considerarse sin dielectrico de un condensador. Las regiones que limitan la regin vaca tienen buena conductancia debido a la presencia de portadores de carga, por lo que pueden ser comparadas a las placas de un condensador; luego el ancho de la regin vaca con el voltaje inverso por lo tanto se tiene un capacitor que se vaca con la tensin.

    Lp = 2( 0 V) q NA ( 1+ NA)

    ND

    Ln = 2( 0 V) q ND ( 1+ NA)

    ND

    L = - 2 ( 0 V)

    o

    ancho de la carga espacial

    l = 2( 0 V) ( 1 + 1 ) ND NA

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 68

    Ing. David Molina Muoz

    Cj = - d Q = - d Q - dl

    dV dl dv

    dl = - [ 2 ( o V)( 1 + 1 )]-1/2 2 ( 1 + 1 )

    dv q ND NA q ND NA

    Q = q NAlP por lo tanto Q = q l NAND

    NA + ND

    Entonces:

    dQ = q NAND

    d l NA + ND

    por lo tanto

    Cj = =

    2 (o V) ( 1 + 1 ) l

    q ND NA

    V = Potencia aplicada

    o= Potencia de contacto

    Diodo varactor

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 69

    Ing. David Molina Muoz

    Cj 1 3 < Cj< 100 pF diodos tipo aleacin

    V1/2 Cj< 1 pF puntas de contacto

    Capacidad de difusin

    Supongamos que en un diodo se tiene el material p mas dopado que el n si polarizamos directamente los huecos se difunden hacia el material n antes de recombinarse con los electrones, por lo tanto ahora se polariza inversamente.

    Se ve que I no cae directamente a Is si no que debe existir un intercambio comprensible para llegar a Is..

    En el instante en que se aplica polarizacin inversa la regin n es rica en agujeros inyectados por la regin p, los cuales deben ser arrastrados retrocediendo para difundirse a travs de la unin antes que I llegue a Is por lo tanto la regin n momentaneamente aparece como un depsito de huecos por lo que este efecto puede ser considerado un condensador llamado capacidad de difusin.

    Circuito equivalente del diodo:

    Rf KTq = resistencia de difusin o directa.

    I

    RL = Resistencia de perdida

    En polarizacin directa Cd >> Cj : RL >> rf

    En polarizacin inversa Cj >> Cd en inversa RL

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 70

    Ing. David Molina Muoz

    Polarizacin directa polarizacin inversa

    rB = rD + rN

    APLICACIN A ELECTRNICA LINEAL (RECTIFICACIN)

    Caractersticas de los rectificadores

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 71

    Ing. David Molina Muoz

    CIRCUITOS RECTIFICADORES

    A) Circuito rectificador de media onda.

    Por Fuorier:

    Vo(t) = a0/2 + an cos(nt) + bnsen(nt) ao = 2/T Vo(t)dt an = 1/T Vo(t) cos(nt)dt bn = 1/T Vo(t) sen(nt)dt

    por lo tanto:

    Vo = Vm [1/n + sent 2/pi cos2nt ]

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 72

    Ing. David Molina Muoz

    (2n+1)(2n-1)

    Valor medio = Vo(t) = 1/T Vo(t) dt = a0/2

    Por lo tanto

    Mximo valor dc. = Vo(t) = Vdc = Vm/pi

    Factor de forma F = VoRms = Vm/2

    VDC

    Por lo tanto: F = pi/2

    Eficiencia del rectificador:

    r = Pdc Pdc = Vdc2/RL Pac = Virms2/RL

    Pac

    r = Vdc2 = Vm2/pi2 = 4

    Virms2 (Vm2/2)2 pi 2

    r = 40.5 %

    Ejemplos

    1)

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 73

    Ing. David Molina Muoz

    Ei = Avpp; f = 1 KHz

    Potencial de contacto V 21 = VT Ln NAND

    Ni2

    Para si i = 1.5 x 1010cm -3

    NA=ND = 5 x 1015cm -3 VT = KT = 25.9 mV

    qc

    Vo = 659 mV T = 300K

    VDsi (0.5 a 0.75)V

    Par Ge: i = 2.5 x 1010cm -3

    NA=ND = 4.4 x 1015cm -3

    Vo = 268 mV T = 300K

    Vo Ge(0.2 a 0.3)V

    Polarizacin directa I = Is(e V/KT/q 1) Is nA Si

    VT = KT/q = 25.9 mV A Ge

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 74

    Ing. David Molina Muoz

    Si Is = 10 nA

    Rf = V KT/q = 25mV T = 300K

    I I I I = 5 mA

    por lo tanto

    rf = 5 Vd = 0.7 V

    eo= ei = 1 Vpp

    2) Si la seal alterna ei = 0.1 cos ot

    a) Hallar el punto de reposo del diodo y la corriente del diodo.

    b) Continuar la recta de carga de corriente alterna,

    c) Determinar la resistencia dinmica del diodo

    d) Calcular VL

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    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 75

    Ing. David Molina Muoz

    IDQ = 1.5 mA VDQ = 1V iD = 2x 10-2 VD2 VD 0

    rf = 2.5 0 VD < 0

    1.5

    VL = 0 cos 0t 150 .

    150 +100

    PROBLEMA FIJADOR DE TENSIN

    t = 0 C descargado D conduce

    Vo =10 Rf = 5 V

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    Pg. 76

    Ing. David Molina Muoz

    Rf + Rs

    Rf = Rs

    T= 0 C carga c = ( Rs + Rf) = 200seg T = 200 seg

    e i = 5 ( 1 e T/2) = 4 V

    por lo tanto Vo = 5eT/2 = 3 V t = T/2 ei = 0 D no conduce

    por lo tanto R>>Rs Vo = - 4V

    = C(R + Rs) = 10000 seg > T/2 t = T ei = 10V D conduce

    Vc = 4V Vo = 3V

    Vo = 3 e T/2 = 1.8V

    Por lo tanto Vc = -6.4 V

    Circuito bsico de un diodo capacitivo

    Receptor sintonizado por medio de un diodo varactor

    Una variacin de lo anterior

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    Pg. 77

    Ing. David Molina Muoz

    FIJADOR DE TENSION

    Determinar Vo para la entrada indicada:

    Sol. t1 = 0.5 ms. t2 = 1ms.

    Se analiza en t1 < t < t2 donde Vi = -20 v. Por lo tanto D conduce

    -20 + Vc 5 = 0 entonces Vc = 25 v. Entonces Vo = 5v.

    En t2 < t < t3 Vi = 10 v. Entonces D no conduce Vo = 35 v.

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    Pg. 78

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    t = Rc = 10 ms.

    Tiempo de descarga total = 50 ms. = 5t >> T/2 entonces la salida permanece identica

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    Pg. 79

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    PROBLEMA.- en un circuito rectificador de onda completa con filtro RC se usa para suministrar una tensin DC; Edc a una resistencia RL; con un filtro de capacitancia C

    Calcular:

    a) La corriente ac en el diodo.

    b) La tensin de salida sobre e C.

    c) El valor Edc en la salida del filtro

    d) La variacin de la tensin de rizado.

    e) Factor de rizado

    f) La I b max en el diodo.

    Sol.-

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    Pg. 80

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    Si conducen D1 o D2 1 t 2

    ib = iR + iC iR = ec/RL ic = C d ec

    ec = Em sen t d t

    ib = Em sen t + Em c cos t

    RL

    Pero si tg = RLC sen = C cos = 1/RL

    Ib = RC [ Em cos t + E m sen t] (RC)2 + 1

    R C (RC)2 + 1

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    Pg. 81

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    Ib = E m ( RLC)2 +1 sen ( t + )

    RL

    = tg-1 RL C 1 t 2

    En 2 t 1 + pi > ic = - iR

    C dec + ec = 0

    dt R

    sol.-

    ec = Ae-t/RC

    si t = 2 ec = Em sen 2 con lo cual

    ec = Em sen2 e-(t 2)/WRC 2 t pi+1

    en t = pi + 1 D2

    Em sen2 e-( t 2)/RC = Em sen 1

    Sen 1 = sen 2 e-( t 2)/RC

    Pero = tg -1 RC = pi tg-1(-RC) = pi 2

    ib = Em ( RC)2+1 sen (2 t ) 1 t 2

    R

    E dc = 1/pi Em sen t d t + 1/pi Emsen 2 e (t - 2) d t

    RC

    Edc = Em (RC)2 + 1 ( 1 cos (1 2)

    Pero si RC >> 1 1 2 0

    ib max = Em ( RC)2 +1 Em C

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    Pg. 82

    Ing. David Molina Muoz

    R

    d ec = ER = 1 dq ; dq = Idc

    dt 1 + pi 2 C dt dt

    ER = ( pi + 1 2) Idc

    C

    valor eficaz de la onda triangular

    Eac = ER = ( pi + 1 2) Idc

    2 3 2 3 C

    F.R. = Eac = - pi + 1 2

    Edc 2 3 C

    Ejemplo .- Determinar Edc. PIV, Ibmax, FR para

    R = 100 K; C = 100f f= 50 Hz

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    Pg. 83

    Ing. David Molina Muoz

    RC = 3140 > Edc = Em = 2 200 = 280 V

    PIV = 560 V

    FR = pi

    2 3 RC

    FR = 29 x 10 -3

    Eef = 280 x 29 x 10 -3

    Eef = 81 mV = ER

    2 3

    ER = 280.26 mVpp rizada

    ibmax = EmRC

    R

    ibmax = 8.7 A

    ejemplo .- Hallar Edc , PIV, Ibmax , F.R.

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    Pg. 84

    Ing. David Molina Muoz

    RC = 324.7

    E1 max = 2 x50 = 70.5

    E2max = 2 x 200 = 280

    = RC = 1.035 seg

    Ecdesc = 280 e t/1.035 = 280 e -10-2/1035

    = 70.5 V no conduce D1

    Edc = Emax = 280

    PIV D! = 250 2 = 560

    Ibmax D2 = RC Em = 280 x 324 mA

    R 22

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    Pg. 85

    Ing. David Molina Muoz

    I max D1 = 0

    F.R. = Eef = pi = 0.0056

    Edc 2 3 (324.7)

    Ejemplo.-

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    Pg. 86

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    Ejemplo ,. Determinar la tensin de salida eo para los siguientes circuitos, como vara eo si carga RL.

    a)

    eo = 2 Em doblador de tensin

    b)

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    Pg. 87

    Ing. David Molina Muoz

    eo = 2Em doblador de tensin

    c) multiplicardor de tensin

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    Pg. 88

    Ing. David Molina Muoz

    Tema N 2 FUENTES DE ALIMENTACIN

    2.1 INTRODUCCIN

    Electricidad control reles

    Electrnica dispositivos electrnicos

    2.2 DIAGRAMA EM BLOQUES DE UNA FUENTE DE ALIMENTACIN

    Rectificador filtro regulador carga

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    Pg. 89

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    FURNTE DE ALIMENTACIN no regulada

    Transformador

    Rect. m. o. R.T.P.

    o. c.

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    Pg. 90

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    Idc = 0.827 Vm/R Vdc = 0.827 Vm =1.117 Vef

    Vdc = 1.117 Vrms Ief = 0.838 Em/R

    Vrms= Vm/ 3 3 I ef rms = Idc

    PIV = 3 Em

    Filtro FR = pi Filtro RC media onda

    RC

    Filtro LR

    FR = R

    3L 2

    doblador

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    Pg. 91

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    Reguladores

    C. FILTRO CON CAPACITOR

    v = Vm (1 e t/)

    v Vdc t = RC

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    Pg. 92

    Ing. David Molina Muoz

    v = Vdc = t

    R C

    v = Idc t Idc = Vdc

    C C

    t = tiempo de escoya

    t = T = 1/f = 2pi/ (media onda)

    Por lo tanto v = vdc * 2pi

    R C

    FR = v = 2pi

    Vdc RC

    t = T/2 = 1/ 2f = pi / ( onda completa )

    Por lo tanto

    FR = pi

    RC

    D. FILTRO CON CONDUCTANCIA

    v = Vm [ 2/pi 4/ pi cos 2n t sen L

    (2n+1)(2n-1)

    considerando solo el segundo armnico) ZL si f

    i = 2Vm - 4 Vm cos (2 t )

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    Pg. 93

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    piR 3pi (R2 + 4 2L2)1/2

    i = valor instantneo de la corriente en la carga A

    FACTOR DE RIZADO FR

    FR = vac rms

    vdc

    Vorms = Vac rms2 + Vac2 por lo tanto Vac rms2 = Vorms2 Vdc2

    FR = Vo rms2 + Vac2 = (Vorms)2 - 1

    Vdc Vdc

    FR = F2 1 = (pi /2)2 -1

    FR = 1.21

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    Pg. 94

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    B. RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA

    PIV = 2 Em

    vot = Vm [ 2/pi 4/ pi cos 2nt ]

    (2n+1)(2n-1)

    PIV = Em

    r =Vdc2 = (Vm/pi )2 = 8/pi2 = 0.81

    Vrms2 (Vm/ 2)2

    F = Vo rms = Vm/ 2 = pi/2 2 =1.11

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    Pg. 95

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    Vdc 2Vm/pi

    FR = F2 -1 = 48%

    RECTIFICACIN DE POTENCIA

    Aplicaciones:

    Instalaciones electroqumicas, regulacin de velde motores de CC, equipos de soldadura, equipos de calentamiento inductivo y capacitivo, equipos para carga de batera.

    Rectificacin monofsico, bifsico, trifsico, etc.

    Rectificador n fsico de media onda.

    M = n de fase : Vm = valor medio de la tensin de carga.

    Vfm = valor mximo de la tensin de fase.

    Vf = valor instantneo de la face.

    Rectificador trifsico de media onda

    Rectificador hexafsico de media onda.

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    Pg. 96

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    Rectificador trifsico de onda completa puente trifsico.

    ANALISIS DE LOS CIRCUITOS CON DIODOS

    1.0 introduccin a los diodos: El diodo es el mas sencillo de los dispositivos no lineales, producindose en una amplia variedad, utilizado en varias ramas de la tecnologa. Los cuales incluyen diodos el vaco, a gas, diodos rectificadores metlicos, semiconductores, tunel , etc.

    Estudiando el diodo de unin

    Se estudiar sus caractersticas, tcnicas grficas, para proporcionar una visin del funcionamiento del circuito. Las tcnicas grficas incluye anlisis con cc y ca.

    1.1 Propiedades no lineales el diodo ideal

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    Pg. 97

    Ing. David Molina Muoz

    Para un diodo ideal se caracterstica es:

    Vo > 0 io Vo = 0

    Vo < 0 i0 Vo = Vi

    EJEMPLO 1.1 1rectificador de media onda. Una de las principales aplicaciones del diodo es la produccin de una tensin continua a partir de una fuente de alimentacin de corriente alterna, proceso llamado rectificacin. Un subproducto a veces til de la rectificacin, consiste es sealar de frecuencias que son mltiples integrales de la frecuencia de alimentacin.

    Ri = 1

    RL= 9

    a) La tensin se la fuente es senoidal Vi = Vin cos ot donde Vin = 10 V

    Hallar y dibujar la forma de onda de la tensin de carga.

    Hallar su valor medio (cc.)

    b) repetir (a) si vi = -5 +10 cos ot

    sol) a) Vi = id ri + VD +iDRL

    iD = ri VD = Vin cos ot Vi > 0

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    Pg. 98

    Ing. David Molina Muoz

    ri +RL ri + RL

    0 Vi< 0

    VL = RL iD RL Vin cos ot Vi > 0

    ri +RL

    0 Vi< 0

    VLdc = 1/T Vi d ( ot) = VLm = 9/pi = 2.86 V

    VL(t)= VLm ( 1/pi + cos ot + 2/3pi cos2 ot - 2/15pi cos 4 ot + ...)

    O sea el diodo a generado lo continuo mas una serie de armnicos, luego pasa a eliminar estas se requiere un filtro.

    En el circuito un filtro RC pasa bajos si se ajusta tal que RC = 100/o y si R>>RL entonces la amplitud de la tensin de salida Vo a la frecuencia no

    Von= VLm = VLm n> 1

    1+ (n oRc)2 100 n

    para VL2 = 2 VLm = Vo = VL Xc

    3pi Xc + R

    utilizando el principio de superposicin, la tensin de salida ser:

    Vr = VLm ( 1/200sen ot + 2/300pi sen2 ot + ...)

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    Pg. 99

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    La relacin entre el valor eficaz de la tensin de ondulacin y la tensin continua es una medida de al eficacia del filtro en la separacin de la tensin atena de los armnicos. Par el filtro RC del ejemplo.

    (vr)rs = [ 1/2pi [ Vr( ot)]2d(ot)]1/2

    = VLm/ 2 1/(200)2 + 1/ (300pi)2+ ..... VLm/280

    (vr)rms pi/280 0.011

    VLdc

    b) Si Vi = 0

    - 5 + 10 cos ot = 0 cos ot1 = 0.5

    ot1 =+- pi/3

    Ejemplo 1.1-2

    Rectificador de onda completa. La tensin de ondulaciones en el rectificador de media onda se debe principalmente a la componente de la seal de frecuencia fundamental o . El rectificador de onda completa de una tensin en la carga que tiene una modulacin cuya frecuencia menor es 2 o y adems la componente de cc es el doble. Este tipo de circuito, es el mas eficiente para la produccin de tensin continua con pequea ondulacin.

    6.- Cuanto marcar un voltmetro de dc conectado a travs de los terminales de salida

    7.- Dibujar un circuito lineal equivalente por tramos para el diodo de las figura.

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    Pg. 100

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    2.4 Anlisis de los circuitos simples con diodos

    Recta de carga de corriente continua

    Circuito rectificador de media onda con diodo real.

    El mtodo se base en:

    1.- El comportamiento del diodo esta completamente determinado a bajas frecuencias por su caracterstica de r que generalmente existe en forma grfica en las especificaciones de los fabricantes.

    2.- Los otros elementos del circuito, siendo lineales pueden ser reemplazados por el equivalente Thevening unidos en los terminales del diodo.

    Elemento no lineal iD = f(vD)

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    Pg. 101

    Ing. David Molina Muoz

    Equivalente de Thevening. VD = vt- iD RT

    Solucin grfica

    Ejemplo VT = 1.5 V RT = 50

    VD = 0.7 V iD = 15mA (Q1) id = 40 mA

    Si VT = 2 con Rt cte

    Si VT = Vm sen t

    VTm = 1.5 v

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    Pg. 102

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    2.5 ANLISIS DE SEAL DEBIL CONCEPTO DE RESISTENCIA DINMICA

    La variacin total cresta a cresta (excursin) de la seal de corriente alterna es a menudo en una pequea fraccin de la corriente continua, de de aqu el nombre de seal dbil, utilizandose mtodos grficos.

    Del ejemplo

    VT = Vdc +Vi > VDC + Vi sen t

    Donde Vin

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    Pg. 103

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    Resistencia dinmica rd = vD

    iD

    Calculo de rd

    iD = Io (evD/26mv/C - 1 )

    rd = vD = ( Io e vD/26mV)-1 = 26 mV ()

    iD 26 mV Io eVD/26mV

    Ejemplo.-Hllese utilizando circuitos lineales por tramos la solucin simultanea de las ecuaciones.

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    Pg. 104

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    Y = X2 0

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    Pg. 105

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    a) La recta de carga continua

    m = -1/(ri +R2)

    b) Recta de carga de alterna

    m = - 1/(ri + R1| R L)

    P(IQ,VQ)

    Por lo tanto I - IQ = m

    V - VQ

    a) mcc = - 1/100 = - 10 -2

    recta de carga cc Vdc = Idc (ri +R1) + VD

    vd = 1.5 V si idc = 0

    id = 15 mA si vd = 0

    b) mac = - 0.016

    I - IQ = m si I = 0 V =1.215

    V - VQ

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    Pg. 106

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    Anlisis de seal intensa - distorsin y desplazamiento del punto Q

    iD = 0 VD < 0

    VD 0

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    Pg. 107

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    1.- Para calcular el valor medio de la distorsin Id

    a) Suponer Id1 = IdQ (atenuacin de distorsin)

    b) Hallar la forma de onda iD1 a partir de la caracterstica de Vi

    c) Para calcular el valor medio de la distorsin Id

    Id 2 = 1/T iD(t)dt = 1.88/2 = 0.94 A

    Si Id2 Id1 Id = id2

    Pero si Id2 Id1

    2.43 Un diodo zener tiene una cada de tensin fija de 18 V mientras iZ se mantenga entre 200 mA y 2 A.

    a) Hallar ri de modo que VL se mantenga en el valor de 18 V mientras Vdc puede variar de 25 a 28 V.

    b) Hallar la potencia mxima disipada por el diodo

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    Pg. 108

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    2.44 Para regular la tensin aplicada a un resistor de carga variable se utiliza un diodo zener de 10v. La tensin de entrada Vi vara entre 10 y 85 mA. La corriente mnima de el zener es de 15mA

    a) Calcular el valor mximo de Vi

    b) Calcular la potencia mxima disipada por el diodo zener utilizando este valor de vi

    2.45 La tensin de una fuente de alimentacin no regulada vara entre 20 y 25 V y la impedancia interna de la fuente es de 10 un diodo zener de 10 V debe regular esta tensin para su utilizacin en un magnetfono. El magnetfono absorve 30mA mientras graba y 50mA mientras reproduce

    El diodo zener tiene una resistencia de 10 para una corriente zener de 30 mA. El codo de la caracterstica zener se representa a 10mA.

    El diodo puede disipar una potencia mxima de 800 mw.

    a) Hallar ri de modo que el diodo regule continuamente.

    b) Hallar el valor de cresta mxima de la modulacin de salida.

    Circuito rectificador

    Vdc = Vm/pi Idc = 2Vm/piRL Idc = Vm/piRL

    Idc = Vm/piRL

    Filtrado

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    Pg. 109

    Ing. David Molina Muoz

    Vi = Vm sen t

    v = Vm(1- e-T/RLC)

    v = Vm T

    RLC

    Ejemplo.-

    f= 60 Hz; Vo = 12 V con carga que consume 10mA rizado pico a pico inferior al 0.1% de tensin continua de salida, es decir que sea menor a 12 mV valor del filtro.

    RL = 12/10mA = 1200

    F = 2pi / = 1/f =16.7 mseg.

    Rizado relativo

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    Pg. 110

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    FUENTES DE ALIMENTACIN

    Tipos bsicos de reguladores

    Si RL IL Eo IL Eo

    Rv Eo compenzacin Rv IRv I1

    Rv usese un TR IRS = cte Ein ERS = cte

    Si Rs IL Eo Rv utiliza diodo zener

    Rv IL E o

    Estudio y diseo de fuente de alimentacin con semiconductor estabilizado mediante diodo zener

    Circuito con diodo zener

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    Pg. 111

    Ing. David Molina Muoz

    Anlisis en ac.

    K = Factor de regulacin = eo/ei =RL| r z/ RL| r z + Rs

    RL >> rz K = rz /Rs

    K = Rs rz buena estabilizacin

    Anlisis en dc

    IL Eo a travs de Zo que ve IL

    Zo = - eo/IL = - Rsrz/Rs + rz

    Rz

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    Pg. 112

    Ing. David Molina Muoz

    Aplicando Thevening en X-Y

    Eo = 8 + (12-8 ) 10 = 8.19 V

    10+200

    corriente zener esttica es:

    Iz = 8.19 - 8 = 19mA

    10

    Potencia disipada del zener es Pz = IzVBD + Iz2rz = 156mW

    ILmax = Ein - VBD = 46.5 mA = 36 -8

    Rs 0.6 K cuando el zener se apaga entrega una tensin = VBD ; Iz = 0

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 113

    Ing. David Molina Muoz

    Corriente de carga permisible < 46.5 mA

    Rizado es: eo = rz ein = 0.033 V = 33 mV

    Rz + Rs

    Zo = rz = 10

    Diodo zener disipa mxima potencia si t < = 0

    Izmax = 36 8 = 46mA Pz max = VBDIzmax+ Iz2maxrz

    600+10

    Pzmax = 8(46mA)+ (46mA)210 = 387 mW

    Problema estimar el rizado de:

    rz1 = rz2 = 10

    Rs1 = rs2 =500 solucin 400 V rizado

    Diseo de reguladores

    v

    1.- suponer Izmin = 10%ILmax Pmin = Einmax Eo max

    Izmax + ILmin

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 114

    Ing. David Molina Muoz

    2.- Rs = Ein min Eo min Eomax = Ein max +(Rs/rz)(VBD Ilminrz)

    Izmin+ IL max 1+ Rs/rz

    3.- rz = Rs

    Ein max - Einmin + Rs (ILmax ILmin) - 1

    Eomax - Eomin

    4.- VBD = Eomin Izminrz Eomin = Eimin + RS/rz (VBD ILmax Vz)

    1 + Rs/rz

    5.- Pzmax = I2zmax rz + Izmax VBD

    6.- Izmax = Einmax VBD (Einmax VBD rz + VBD)

    RS+rz Rs + rz

    Ejemplo una fuente dc sin regulador con 9 de resistencia interna produce una salida (incluyendo el rizado) que esta entre 20 y 30V se desea utilizar esta alimentacin es unin de un regulador zener de modo que la salida regulada se mantenga entre 8 y 8.4 V no obstante variacin en la carga entre o y 100mA y fluctuaciones en la entrada. Determinar las elementos del circuito y especificar las caractersticas del zener.

    Solucin

    Ein max = 30 Eo max =8.4 ILmax = 0.1

    Ein min = 20 Eo min = 8 ILmin = 0

    Izmin = 10% ILmax = 0.01 A

    Rs = 109 rz = 2.13

    VBD = 8 V Pz max = 1.6 W

    Iz max = 0.19 A

    Rsmin = 30 8.4

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 115

    Ing. David Molina Muoz

    Izmax + 0

    Rsmax = 20 8 = 109

    0.1 + 0.01

    Vz = 2.13

    VBD = 8 V

    Iz = 0.19 A

    Pz = 1.6 W

    Problema 17

    Tipos bsicos de reguladores

    Regulador de tipo serie Regulador de tipo paralelo

    IL debido RL Eo pero IL Eo

    Si Rv eRV tendencia Eo pero Rv se deriva corriente

    compensara el Eo por Rv IRp = cte es decir

    RV ( se simula usando un transistor) IRlmin = IRLmin + IRVmax

    E in - IRi Ri = Eo seria cte

    Rv ( se simula con un TR o un diodo)

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 116

    Ing. David Molina Muoz

    Regulador bsico con zener

    Aproximacin por tramos

    v

    El circuito en que incremental total es

    Ri + Rs = Rs limitar corriente por el diodo dc estabilizar Eo debido a variaciones en Ein

    es = rizado Ks = factor de estabilizacin = eo / ein = rz| RL

    Rs + rz | RL

    eo / ei < 1 si Rs > rz Ks = rz/ Rs

    circuito para analizar Eo para IL

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 117

    Ing. David Molina Muoz

    Zo = eo/ iL = - Rsrz

    Rs + rz

    rz 0 eT> 0 para T>0 eT V z

    Tc < 0 T < 0 e T < 0 Vz

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 118

    Ing. David Molina Muoz

    Ejemplo.- dado el circuito de la figura, calcular la mxima variacin de tensin sobre la carga y la potencia que debe disipar el diodo en la peor condicin de los casos que se detallan a continuacin tensin de entrada nominal y variacin de la misma del 10% es mas y menor y cargado con RL, 2RL y RL. Indicar si todos los casos son posibles y si no lo son justificarlos.

    DATOS

    Ep = 15 +- 10% V RL = 18 E2 = 5 V

    Pdz= 0.5 Watt R = 30 rz = 10

    SOL.-

    Clculo de la tensin dc de salida

    Aplicando Thevenin en a-b

    Vab = RL 15 V = 5.624 V ; RL = 18 Zab = 11.25

    RL + 30 8.18182 V ; RL = 36 Zab = 16.3636

    1.95652 V ; 1/4RL = 4.5 Zab = 3.91304

    Zab = RL| 30 = RL 30

  • Texto de Electrnica I (ETN 503)

    Ingeniera Electrnica U.M.S.A.

    Pg. 119

    Ing. David Molina Muoz

    30 + RL

    Eo = 5 + ( Vab Vz) rz = 5.29412 ; RL = 18