Cap VII 2 - Circuito de diodos

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TECNOLOGÍA ELÉCTRICA 2
Circuitos de diodos
Ingeniería Industrial y de Sistemas
Facultad de Ingeniería
Prof: Ing. Paul Villar Yacila
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Diodo Zener
Diodo especial!
Este componente es capaz de trabajar en polarización inversa. En polarización directa se comporta como diodo normal.
Trabajando en inversa no se destruye salvo que se alcance la corriente máxima de zener (Imáx) indicada por el fabricante.
Como todos los diodos en inversa, su corriente de saturación permanece relativamente constante mientras aumentamos la tensión inversa hasta que alcance VZ (tensión Zener) para la cual el diodo entra en la región de colapso. La corriente empieza a incrementarse rápidamente por el efecto avalancha.
Diodo Zener – Aplicaciones
Regulador de voltaje
Tensión de referencia
Diodo Zener – Aplicaciones
Elemento de protección
Circuitos electrónicos  muy sensibles, cualquier variación de tensión puede ocasionar problemas.
El diodo Zener procurará que la tensión que le llegue a la carga sea constante.
Fotodiodo
Semiconductor construido con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. 
Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producirá una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la luz.
Cuando un haz de luz de suficiente energía incide en el diodo, excita un electrón dándole movimiento y crea un hueco. 
Si la absorción ocurre en la zona de agotamiento de la unión, o a una distancia de difusión de él, estos portadores son retirados de la unión por el campo de la zona de agotamiento, produciendo una fotocorriente.
Rectificador de media onda
Circuito empleado para eliminar la parte negativa o positiva de una señal de corriente alterna. 
Polarización directa: Diodo permite el paso de la corriente sin restricción. Los voltajes de salida y de entrada son ‘iguales’, la corriente puede calcularse mediante la ley de ohm.
Polarización inversa: En este caso, el diodo no conduce (circuito abierto). No existe corriente por el circuito, y en la resistencia de carga RL no hay caída de tensión, esto supone que toda la tensión de entrada estará en los extremos del diodo.
Rectificador de media onda con transformador
Al arrollamiento primario del transformador se aplica la tensión de red (mediante enchufe). Por lo general, el enchufe tiene una tercera conexión para llevar a tierra el equipo. Considerando la relación de espiras, la tensión de pico en el arrollamiento secundario es:
Durante el semiciclo positivo de la tensión en el primario, el bobinado secundario tiene una media onda positiva de tensión entre sus extremos. Este aspecto supone que el diodo se encuentra en polarización directa. Durante el semiciclo negativo de la tensión en el primario, el arrollamiento secundario presenta una media onda sinusoidal negativa (diodo polarizado en inversa  no conduce)
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Rectificador de media onda con transformador
Rectificador de onda completa con transformador
Debido a la conexión central, el circuito equivale a dos rectificadores de media onda. El rectificador superior funciona con el semiciclo positivo de tensión en el secundario, mientras que el rectificador inferior funciona con el semiciclo negativo. 
 conduce en el semiciclo (+) y conduce en el semiciclo (-). 
La corriente en la carga rectificada circula durante dos semiciclos. Además, esta corriente en la carga circula solamente en una dirección.
Rectificador de onda completa en puente
Mediante el uso de cuatro diodos en lugar de dos, este diseño elimina la conexión intermedia del secundario del transformador. La ventaja de no usar dicha conexión es que la tensión en la carga rectificada es el doble de la que se obtendría con el rectificador de onda completa.
Durante el semiciclo positivo de la tensión de red, los diodos y conducen, esto produce un semiciclo positivo en la resistencia de carga. 
Los diodos y conducen durante el semiciclo negativo, lo que produce otro semiciclo positivo en la resistencia de carga. El resultado es una señal de onda completa en la resistencia de carga. 
Rectificador de onda completa en puente
La caída de tensión adicional en el segundo diodo es una de las pocas desventajas del puente rectificador. 
Ventajas: salida de onda completa, una tensión de pico ideal igual a la tensión de pico de secundario, y la ausencia de una conexión intermedia en el arrollamiento secundario. 
Estas ventajas han hecho que el puente rectificador sea el rectificador más popular. 
En la mayor parte de los circuitos se emplea un puente rectificador para convertir la tensión alterna de la red en tensión continua adecuada para ser usada con dispositivos semiconductores.
Rectificador de media onda con filtro
La tensión de carga que se obtiene de un rectificador es en forma de pulsos  NO es la tensión continua que precisan la mayor parte de los circuitos, tensión debe ser constante (batería). 
Para tener este tipo de tensión rectificada en la carga es necesario emplear un filtro.
El filtro más común es el filtro con condensador. 
Inicialmente, se ha insertado un condensador en paralelo con la resistencia de carga. 
Antes de encender el circuito, el condensador está descargado, por lo tanto, la tensión en la carga es cero. Durante el primer cuarto de ciclo de la tensión en el secundario, el diodo tiene polarización directa (conduce). 
De forma ideal, es como un interruptor cerrado. Como el diodo conecta el arrollamiento secundario directamente al condensador, éste se carga a la tensión de pico 
Una vez rebasado el pico positivo, el diodo deja de conducir, lo cual significa que el interruptor se abre. Debido a que el condensador tiene una tensión entre sus extremos. 
Como la tensión en el secundario es un poco menor que , el diodo se polariza en inversa. 
Con el diodo abierto el condensador se descarga a través de la resistencia de carga  idea clave de filtro con condensador.
Mediante un diseño adecuado, la constante de tiempo (RC) de descarga es mucho mayor que el periodo T de la señal de entrada. Por ello, el condensador perderá solo una pequeña parte de su carga durante el tiempo que el diodo permanezca ‘abierto’.
Rectificador de media onda con filtro 
Voltaje de rizado
Rectificador de onda completa con filtro 
Otra forma de reducir el rizado consiste en emplear un rectificador de onda completa o un puente rectificador; en tal caso, la frecuencia de rizado es de 120 Hz en vez de 60 Hz, por lo que el condensador se carga el doble de veces en el mismo intervalo de tiempo, teniendo así solamente la mitad del tiempo de descarga. En consecuencia el rizado es menor y la tensión de salida de c.c. más cercana a la tensión pico.
Voltaje de rizado
Condensador
Donde:
 tensión de rizado, pico a pico
 corriente continua en la carga
 frecuencia de la tensión de rizado
 capacidad
Rectificador con filtro de onda completa
Limitadores
Circuito compuesto de resistencias y diodos. Permite eliminar tensiones que no nos interesa que lleguen a un determinado punto del circuito. 
Mediante un limitador podemos conseguir que a un determinado circuito le lleguen únicamente tensiones positivas o solamente negativas, no obstante, esto también puede hacerse con un sólo diodo formando un rectificador de media onda.
Nos centraremos en un tipo de limitador que no permite que a un circuito lleguen tensiones que podrían ser perjudiciales para el mismo.
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Limitador positivo
Circuito que elimina las partes positivas de la señal. La tensión de salida tiene recortados todos los semiciclos positivos. 
Funcionamiento: durante el semiciclo positivo de la señal de entrada el diodo conduce. Idealmente la tensión debe ser cero; con la segunda aproximación es de unos +0.7 V.
Durante el semiciclo negativo, el diodo tiene polarización inversa y está abierto. En muchos limitadores, la resistencia de carga es por lo menos 100 veces mayor a la resistencia en serie Por esta razón, la fuente es fija y el semiciclo negativo aparece a la salida.
Limitador positivo - polarizadoCuando la tensión de entrada es mayor que Vp+0.7, el diodo conduce y la salida se mantiene en Vp+0.7. 
Si la tensión de entrada es menor que Vp+0.7, el diodo se abre y el circuito funciona como un divisor de tensión. 
Como dicho anteriormente, la resistencia de carga debe ser mucho mayor que la resistencia en serie; en este caso la fuente es fija y toda la tensión de entrada llega a la salida.
Recortadores
Tienen la habilidad de recortar una porción de la señal de entrada sin distorsionar la parte restante de la forma de onda senoidal. 
El rectificador de media onda es el ejemplo más simple del recortador de diodo (una resistencia y un diodo). Dependiendo de la orientación del diodo, la región positiva o negativa de la señal de entrada es “recortada”.
Existen dos categorías generales de recortadores: en serie y en paralelo. La configuración en serie el diodo está en serie con la carga, mientras que la variedad en paralelo tiene el diodo en una rama paralela a la carga.
Recortadores en serie
Aunque primero se introdujo como rectificador de media onda, para señales de onda senoidales, no hay límite en el tipo de señales que se pueden aplicar al recortador. La adición de una fuente dc, puede tener un gran efecto sobre la salida de un recortador.
La dirección del diodo sugiere que la señal sea mayor que V volts para encender el diodo. 
La región negativa de la señal de entrada está “presionando” al diodo hacia el estado de “apagado”, apoyado además por la fuente dc. En general, se puede estar seguro que el diodo es un circuito abierto por la región negativa de la señal de entrada.
Recortadores en paralelo
La red es la más simple de las configuraciones de diodos en paralelo. 
El análisis de las configuraciones en este caso es muy similar a las aplicadas a las configuraciones en serie.
Cambiador de nivel
Es una variación del limitador. 
Añade una tensión continua a la señal. Por ejemplo, si la señal de entrada fluctúa entre -10 a +10 V, un cambiador de nivel de continua positivo producirá una salida que, de forma ideal, fluctuaría entre 0 y +20 V.
Idealmente funciona de la siguiente manera: en el primer semiciclo negativo de la tensión de entrada del diodo conduce. En el pico negativo, el condensador debe cargarse a con la polaridad indicada.
Cambiador de nivel positivo:
Cambiador de nivel
Cambiador de nivel negativo:
La polaridad de la tensión del condensador se invierte y el circuito se convierte en un cambiador de nivel de continua negativo. Ambos cambiadores de nivel, el positivo y el negativo, son frecuentemente utilizados. En los receptores de televisión, por ejemplo, se usa un cambiador de nivel de continua para añadir una tensión continua a la señal de video.
Si el diodo apunta hacia arriba, se tiene un cambiador de nivel de continua positivo. Si el diodo apunta hacia abajo, el circuito es un cambiador de nivel de continua negativo.
Multiplicadores de tensión
Consiste en dos o más rectificadores.
Produce una tensión continua igual a un múltiplo de la tensión de entrada de pico. 
Son conocidas como ‘fuentes de alimentación’ y se utilizan para dispositivos de alta tensión (relativa) y corriente pequeña.
En el pico del semiperiodo negativo, tiene polarización directa y polarización inversa. se carga a la tensión de pico, (ideal).
Puede obtenerse el doble de la tensión de salida de la que se obtiene de un rectificador estándar. 
Doblador de tensión de media onda:
Tal logro es útil cuando se trata de producir altas tensiones. Debido a que las tensiones secundarias más elevadas dan por resultados transformadores más voluminosos.
Multiplicadores de tensión
Doblador de tensión de onda completa:
Cada uno de los condensadores de salida se cargan durante cada semiciclo: el rizado de salida es de 120 Hz. 
Esta frecuencia de rizado (120 Hz) es una ventaja al ser más fácil de filtrar. Otra ventaja: limitación inversa máxima de los diodos sólo requiere ser mayor que .
La desventaja de un doblador de onda completa es que no hay una tierra común entre entrada y salida. Es decir, si se lleva a tierra el extremo inferior de la resistencia de carga, la fuente queda flotante, es una ventaja.
En el doblador de media onda, al llevar la resistencia de carga ‘a masa’, también se lleva ‘a masa’ la fuente.
Multiplicadores de tensión
Triplicador de tensión
Los dos primeros rectificadores de picos actúan como un duplicador. 
En el pico del semiciclo negativo, tiene polarización directa. Esto carga a . 
La salida del triplicador aparece en y . La resistencia de carga se conecta a la salida del triplicador. Mientras la constante de tiempo se eleva, la tensión de salida será aproximadamente igual a .
Multiplicadores de tensión
Cuatriplicador de tensión:
El primer condensador se carga a los demás se cargan a . La salida del cuadriplicador aparece en la conexión en serie de y . Como de costumbre se requiere una resistencia de carga elevada para tener una salida aproximada de .
FIN