5. CIRCUITOS DE APLICACIÓN CON DIODOS SEMICONDUCTORES.

Rectificador de media onda

• Al colocar en serie una fuente de CA, un diodo y una resistencia, se genera un rectificador de media onda, dependiendo del sentido del diodo, este rectificara el semiciclo positivo o negativo de la onda senoidal del voltaje de CA, generándose así un tren de ondas con únicamente semiciclos positivos.

Rectificador de onda completa

• Un rectificador de onda completa, permite corriente unidireccional a través de la carga durante los 360° del ciclo de entrada, mientras que un rectificador de media onda permite corriente a través de la carga solo durante la mitad del ciclo, el resultado es un tren de ondas con valores positivos.

Fuentes de alimentación

• En la mayoría de aplicaciones de fuentes de alimentación, el voltaje de línea de CA estándar de 60hz debe ser convertido en un voltaje de CD aproximadamente constante. La salida de CD pulsante de 60hz en un rectificador de media onda o la salida pulsante de 120hz de un rectificador de onda completa deben de ser filtradas para reducir las graves variaciones de voltaje, este filtraje se realiza colocando capacitores a la salida del circuito rectificador y la pequeña variación residual se le conoce como rizo.

Voltaje de rizo

• El capacitor se carga con rapidez al inicio de un ciclo y lentamente se descarga a través de la resistencia de carga después del pico positivo del voltaje de entrada. La variación del voltaje debido a la carga y descarga se llama voltaje de rizo. El factor de rizo es una indicación de la efectividad del filtro y se define como:

Limitadores con diodos

• Un limitador positivo o también llamado recortador, se encarga, como su nombre lo indica de limitar o cortar la parte positiva del voltaje de entrada, el recortador negativo hace la misma acción pero con la otra mitad de la onda

Limitadores polarizados

• El valor al cual un voltaje de CA se limite puede ser ajustado agregando un voltaje de polarización en serie con el diodo. estos circuitos se pueden aplicar por separado o en conjunto para lograr limitar los picos positivos y negativos de una señal

Aplicación del limitador

• Muchos circuitos restringen el nivel de entrada para evitar que estos se dañen. Por ejemplo casi todos los circuitos digitales deben tener un voltaje de entrada que no supere al voltaje de la fuente de alimentación o lo podría dañar, para evitar esto se puede utilizar un circuito limitador con diodo a través de la trayectoria de la señal de entrada.

Sujetadores con diodos

• Un sujetador agrega un nivel de CD a un voltaje de CA. Los restauradores en ocasiones se conocen como restauradores de CD.

• La operación del circuito se puede entender considerando el primer semiciclo negativo de la onda de entrada. En esta parte de la onda, el diodo se polariza de forma inversa, y actúa como circuito abierto, dejando que el capacitor se cargue hasta un nivel de voltaje cercano al voltaje pico de entrada, el la parte positiva de la onda de entrada se puede considerar como una batería de CD al capacitor, por lo que la forma de onda de salida presenta una componente de directa positiva.

Sujetadores con diodos

• Si el capacitor se descarga durante el periodo positivo de la onda de entrada, la acción de sujeción se ve afectada, si la constante de tiempo RC es de 100 veces el periodo, la acción de sujeción es excelente; una constante de tiempo 10 veces el periodo de la señal, tendrá una pequeña distorsión al nivel de tierra debido a la corriente de tierra

Sujetadores con diodos

• Si se invierte la posición del diodo, un voltaje negativo de CD se suma al voltaje de entrada para producir el voltaje de salida como se muestra (con offset negativo)

Duplicador de voltaje

• Un duplicador de voltaje es un multiplicador de voltaje con factor de multiplicación de 2.

• Analizando los ciclos de carga de ambos capacitores se puede observar que el valor de la salida es 2 veces Vp

Duplicador de voltaje de onda completa

Triplicador de voltaje

Cuadruplicador de voltaje

Diodo Zener

• Una aplicación importante de los diodos zener es regular el voltaje para producir voltajes de referencia estables para usarlos en fuentes de alimentación, voltímetros y otros instrumentos.

• Un diodo zener es un dispositivo de silicio con unión PN diseñado para operar en la región de ruptura inversa. El voltaje de ruptura de un diodo zener se ajusta controlando cuidadosamente el nivel de dopado durante su fabricación.

Ruptura Zener

• Los diodos zener se diseñan para operar en condición de ruptura en inversa; en un diodo tal, los 2 tipos de ruptura en inversa son las de avalancha y zener.

• La ruptura zener ocurre en un diodo zener a voltajes en inversa bajos. Un diodo zener se dopa en exceso para reducir el voltaje de ruptura; esto crea una región de empobrecimiento muy estrecha. En consecuencia existe un campo eléctrico intenso dentro de la región de empobrecimiento. Cerca del voltaje de ruptura zener, el campo es suficientemente intenso para jalar electrones de sus bandas de valencia y crear corriente.

Características de ruptura

• Parte de operación inversa de la curva característica del diodo zener. – IZK: Corriente de inflexión del

zener.

– IZT: Corriente de prueba del zener.

– IZM: Corriente máxima del zener.

• VZ normalmente se especifica a un valor de la corriente de zener conocida como corriente de prueba.

Regulación zener

• La característica clave del diodo zener es su capacidad de mantener el voltaje en inversa esencialmente constante a través de sus terminales. Un diodo zener que opera en condición de ruptura, actúa como regulador de voltaje porque mantiene un voltaje casi constante entre sus terminales durante un intervalo especificado de valores de corriente en inversa. Se debe mantener un valor mínimo de corriente en inversa, (IZK) para mantener el diodo en condición de ruptura para regulación de voltaje.

Circuito equivalente de un diodo zener

Ideal Práctico

Equivalente práctico

• Como la curva de voltaje real no es idealmente vertical, un cambio en la corriente de zener produce un pequeño cambio en el voltaje zener, esta relación, según la ley de ohm nos arroja la impedancia de zener Zz

Regulación zener de una carga variable

• En un regulador de voltaje con diodo zener con una resistencia de carga variable a través de las terminales. El diodo zener mantiene un voltaje casi constante através de RL en tanto que la corriente del zener sea mayor que IZK y menor que IZM. Determinar el valor minimo y maximo de RL si: R=470, VENT=24v, VZT=12v, IZK=1mA e IZM=50mA

Regulación zener de una carga variable

• Determine las corrientes de carga mínima y máxima con las que el circuito mantendrá la regulación. Determine el valor mínimo de RL

que puede ser utilizado. VZ=3.3v, IZK=1mA e IZM=150mA.

Disipación y reducción de la potencia nominal del zener

• Los diodos zener se especifican para que operen en una potencia máxima llamada disipación de potencia máxima en CD o PD. La disipación de potencia en CD se determina de la siguiente manera:

• La disipación de potencia se reduce de acuerdo con un factor de reduccion nominal, el cual se expresa en mW/°C y se calcula de la siguiente manera:

Detección de fallas

• Determine si son correctos los conjuntos de voltajes al medirse en los puntos 1, 2 y 3; si no lo son, identifique la falla o fallas mas probables. Indique lo que haria para corregir el problema una vez que esté aislado. El zener tiene un valor nominal de 12v.