Diodos y Circuitos Rectificadores

Diodos y Circuitos rectificadores

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LECCION 1 MATERIALES SEMICONDUCTORES

Son materiales que tienen una resistencia elctrica intermedia

entre los conductores y los aislantes. Por efectos de temperatura

en estos materiales hay electrones que se desligan de sus

tomos quedando un electrn y un hueco (tomo sin electrn)

que se constituyen en portadores de carga, el movimiento de

estos portadores cuando se aplican voltajes constituye una corriente elctrica. Es un

material conductor intrnseco.

A mayor temperatura existen ms portadores de carga, las corrientes son mayores, por tanto

la resistencia es menor, se usan como elementos para medir temperaturas (termistores).

Los semiconductores ms usados son el Silicio y el Germanio. Cuando al semiconductor

intrnseco se adicionan tomos de otros elementos (impurezas) por cada tomo adicionado

se forma un portador de carga.

Al usar materiales del grupo III de la tabla qumica se forman

huecos quedando un semiconductor con ms huecos

(portadores mayoritarios) y se obtiene un semiconductor

extrnseco tipo P.

Al usar impurezas del grupo V quedan electrones libres y el

material va a tener portadores mayoritarios electrones y

portadores minoritarios huecos formando un material

semiconductor extrnseco tipo N. El dopado es una medida de

la cantidad de impurezas por unidad de volumen y determina

fuertemente la conductividad del material. El proceso de dopado se hace en hornos de vaco

a alta temperatura, los semiconductores usados en electrnica son monocristalinos, es decir,

en su estructura no aparecen lmites de grano.

LECCION 2 UNION PN

EL DIODO

Un diodo es la unin de dos zonas de material

semiconductor, una de tipo N y la otra de tipo P, entre las

dos se forma una zona llamada de agotamiento (Z.A.) donde

es mnima o nula la presencia de portadores de carga. Tanto

en la zona P como en la zona N existen portadores de carga

minoritarios del signo contrario.

A la zona P se le llama nodo (A) y a la zona N se le llama ctodo (K).



Diodo en directo: Caida de voltaje = 0.7 V

Diodo en directo: Se comporta como un interruptor cerrado.

Diodo en inverso: Se comporta como un interruptor abierto.



POLARIZACIN DE UN DIODO

Un diodo trabaja unido a un circuito elctrico el cual le aplica un voltaje. Se presentan dos

posibilidades:

POLARIZACIN DIRECTA

El voltaje positivo aplicado al nodo empuja los huecos

hacia la zona de agotamiento, lo mismo hace el voltaje

negativo sobre los electrones del ctodo. Cuando el voltaje

es pequeo y va aumentando la zona de agotamiento se va

estrechando al llegar a un valor llamado voltaje de umbral la

zona de agotamiento desaparece y los huecos y electrones se

recombinan y el circuito externo empieza a aportar huecos a

la zona P y electrones a la zona N apareciendo una corriente

elctrica a travs del diodo, se dice que el diodo est en

conduccin.

El voltaje umbral es 0.2 voltios para germanio y 0.6 voltios

para silicio. La corriente del diodo en conduccin crece



fuertemente con un crecimiento pequeo del voltaje (dcimas de voltio). Se considera

entonces para un diodo de silicio siempre que est en conduccin su voltaje es de 0.7

voltios.

Si los voltajes en el circuito son mucho mayores a 0.7v, el voltaje del diodo se considera

0 y se asimila a un interruptor cerrado.

POLARIZACIN INVERSA

El voltaje negativo aplicado al nodo atrae los huecos y el

voltaje positivo aplicado al ctodo atrae los electrones por lo

que la zona de agotamiento se ensancha, sobre los

portadores minoritarios ocurre el fenmeno contrario, stos

hacen recombinacin y forman una corriente muy pequea

(nA a A) que en el caso prctico se considera nula. Se dice

entonces que el diodo se comporta como un interruptor

abierto.

El voltaje en el diodo ser el que el circuito aplique y puede llegar a cualquier valor, en la

prctica cientos de voltios para diodos

rectificadores.

Cuando el voltaje inverso aplicado llega

a cierto valor la atraccin entre huecos y

electrones crece tanto que rompen la

resistencia de la estructura del

semiconductor y viajan a gran velocidad



recombinndose y formando una corriente que crece rpidamente, se llama fenmeno de

avalancha y a ese voltaje se llama Zener o de avalancha. En diodos rectificadores este

voltaje es de cientos de voltios y si el diodo llega a ese voltaje normalmente se daa por una

elevacin muy rpida de temperatura.

Los diodos Zener tienen un voltaje de avalancha menor a 100v y se pueden

trabajar hacindolos conducir en esa condicin hasta cierto valor lmite de

corriente. Un diodo se puede asimilar a una vlvula de flujo unidireccional

(flapper o cheque), con una diferencia de presin positiva se abre y deja

pasar flujo, con una diferencia de presin negativa se cierra y el flujo es

cero.

La grfica muestra

la variacin de la

corriente en

funcin del voltaje

aplicado al diodo

indicando el

comportamiento

tanto en

polarizacin directa

como en inversa.



PRUEBA DE UN DIODO

Con un multmetro anlogo un diodo se prueba en la escala de resistencia, colocando la

punta roja (+) al nodo y la punta negra (-) al ctodo debe marcar un valor pequeo de

resistencia (1M) en la escala ms alta (R*1k). Con un multmetro digital en directo debe marcar el voltaje de

umbral (0.5 a 0.7v para silicio) y en inverso debe marcar circuito abierto indicado en la

mayora de multmetros con una "1" a la izquierda del display.

POTENCIA DE UN DIODO

Cuando un diodo conduce igual que una resistencia disipa potencia que se convierte en

calor y eleva la temperatura del diodo, si la temperatura sube por encima de unos 300C la

estructura del semiconductor se agrieta y el diodo se daa ("quema"). La disipacin de

potencia: PD = VD*ID se debe mantener por debajo de un lmite que depende del tamao

del diodo y su estado de disipacin de calor.

En directo entonces se tiene un valor mximo de corriente:

Para diodos rectificadores en inverso el lmite est dado por el voltaje avalancha que se

llama entonces voltaje pico reverso VRP , por ser normalmente mayor a 100v la corriente

de avalancha para llegar al lmite de potencia es tan pequea que se puede decir que

instantneamente sube la temperatura y el diodo se quema.

Para diodos Zener en zona de avalancha se tendr un mximo de corriente:

ELECCIN DE UN DIODO



Los diodos vienen identificados por referencias que cambian de un fabricante a otro, pero

una referencia de un fabricante es equivalente a una referencia en cada uno de los otros

fabricantes. Los fabricantes editan manuales con diferentes niveles de informacin sobre

cada una de las referencias producidas y se tienen se tienen las guas maestras de reemplazo

que sirven para conocer las referencias equivalentes. En Colombia el mercado se gua

principalmente por Master Replacement Guide de ECG Semiconductors.

Para seleccionar un diodo se deben conocer mnimo los siguientes datos:

Corriente que va a conducir (pico o promedio), voltaje inverso a que va a estar sometido,

frecuencia de las seales; con estos valores usando las tablas del manual ECG se podr

escoger una referencia adecuada que soporte las condiciones de trabajo. En altas

frecuencias se deben escoger diodos Fast SW y en casos donde se requiere que un diodo

pase muy rpido de corte a conduccin se deben usar diodos Fast Recovery.

LECCION 3 DIODOS RECTIFICADORES

APLICACIONES DE LOS DIODOS

Los diodos rectificadores se usan principalmente en: circuitos rectificadores, circuitos

fijadores, circuitos recortadores, diodos volantes.

Los diodos Zener se usan en circuitos recortadores, reguladores de voltaje, referencias de

voltaje.

CIRCUITOS RECTIFICADORES

Son circuitos que convierten seales alternas en seales de una sola polaridad (positiva o

negativa)

Segn su configuracin son de media onda o de onda completa y segn la fuente AC usada

son monofsicos o polifsicos.

Para mirar los voltajes y corrientes en el diodo examinamos dos circuitos bsicos a

continuacin.

Como se aplica la polaridad positiva de la fuente

al nodo y negativa a travs de la resistencia al



ctodo, el diodo es polarizado en directo, entonces: VD = 0.7v

VR = VF - VD = VF - 0.7 VF I VF/R

Si VF = 100v ; R = 200VR 100v VD = 0.7 ID = I = 0.5A

Como la fuente aplica polaridad negativa al

nodo y positiva a travs de la resistencia hacia

el ctodo el diodo es polarizado en inverso,

entonces:

I = ID = 0 si I = 0 VR = RI = 0 VD = VF - VR = VF - 0 = VF (en inverso)

Al aplicar una fuente AC el diodo conduce en el ciclo positivo (1er circuito) y se abre en el

semiciclo negativo (2do circuito).

En la carga (R) aparece voltaje de una sola

polaridad positiva, es una seal llamada

rectificada media onda.

El voltaje pico en el diodo corresponde al valor

pico negativo de la fuente:

VDP = VFP

La corriente pico en el diodo se produce

cuando la fuente llega a su pico positivo y es:

Por la forma de onda la corriente promedio es:

Ejemplo: Sea VFef = 220 VRMS y R = 500

VDP = 2* VFef = 2*220v = 310VP



IM = 0.18A

Del manual ECG se puede tomar el diodo ECG 116 que soporta VPR = 600v y IMmax = 1A.

Para obtener una onda rectificada negativa se coloca el diodo en sentido contrario.

LECCION 4 CIRCUITOS RECTIFICADORES MONOFASICOS

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA



Para este caso VDP = VFD y en la resistencia: VRP = VFP:

Para una fuente de 60Hz en la resistencia la seal de voltaje tiene una frecuencia de 120Hz.

Estos circuitos se aplican en alimentacin de motores DC, pero no dan seales adecuadas

para alimentacin de circuitos electrnicos, se aade un condensador como filtro.

La seal obtenida es la siguiente:

Rectificador media onda Rectificador onda completa



El circuito como filtro se llama fuente DC o adaptador AC-DC.

CIRCUITOS CON VARIOS DIODOS

En electrnica se usan circuitos con varios diodos para realizar operaciones lgicas y para

conmutar el flujo de corriente entre varios circuitos. El anlisis se basa en determinar cual

diodo o diodos conducen en cada instante de tiempo y de ah determinar las corrientes y

voltajes del circuito. Se van a analizar dos casos elementales:



En este circuito conduce el diodo que

recibe el voltaje ms positivo; si VF2 >

VF1 conduce D2.

VR mayor entre VF1 y VF2.

Ejemplo: Si VF1 = 8v y VF2 = 5v, R =

100

Conduce el diodo D1 y VR = 7.3v 8v

Para el diodo D2: VD2 = VB - VC = 5v - 7.3v = -2.3v indica que el diodo D2 est en inverso

y no conduce.

El anlisis se puede aplicar para ms de 2 diodos con el resultado conduce el que reciba

mayor voltaje y todos los dems quedan en inverso.

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