Download VT = KT q I = Is(eVD nV T −1)

DIODOSREALES
RELACIÓN CORRIENTE-VOLTAJE DE LA JUNTURA PN
KT
VT =
q
VT =25,2 mV a 300ºK
€
I D = I s (eVD nVT −1)
€
Escalas expandidas o comprimidas
para ver mas detalles
DEPENDENCIA DE LA TEMPERATURA
MODELOEXPONENCIAL
MODELOLINEALPORSEGMENTOS
VDO=0,65V
rD=20Ω
REPRESENTACIÓNCIRCUITALDELMODELOLINEAL
PORSEGMENTOS
EJEMPLO
Enelsiguientecircuitodetermineel
voltajeylacorrienteeneldiodosiel
voltajedefuenteVDD=5VyR=1kΩ,
utilizandoelmodelolinealpor
segmentosconVDO=0,65Vy
rD=20Ω.
ELMODELODEVOLTAJECONSTANTE
ConestemodeloVD=0,7V
MODELOIDEALDELDIODO
Conestemodeloelanálisisanteriorqueda:
ELMODELODEPEQUEÑASEÑAL
Q:Puntodeoperación,
definidoporelvoltajeen
eldiodoVDylacorriente
eneldiodoID.
(ValoresenDC).
Lasvariaciones(señales
AC)vanaocurrir
alrededordelpuntode
operación,siguiendola
curva.
Comolasvariacionesson
pequeñas,puede
aproximarselacurvaa
unarecta,tangenteala
curvaenelpuntoQ.
ANÁLISISDEPEQUEÑASEÑAL
VD nVT
I
=
I
e
SoloconlafuenteDCydespreciandoeltérmino-1
D
s
Lasvariablesseescribenenmayúsculaconelsubíndiceenmayúscula.
AlaplicarsimultáneamenteunaseñalDCyunaseñalAClavariable
€
totalseescribeenminúsculaconelsubíndiceenmayúscula,yestá
formadaporlacomponenteDC(ambasletrasenmayúscula)masla
componenteAC(ambasletrasenminúscula).
ElvoltajetotalalaplicarunacomponenteACes: v D (t) = VD + v d (t)
Lacorriente: iD (t) = I S e vD nVT = I S e VD nVT e v d nVT = I D e v d nVT
€
Elvoltajevdespequeño(pequeñaseñal),porloque:
€
LaseriedeTaylorf(x)=exes:
Porlotanto,lacorrientetotales
x2 x 3
+
+ .......
f (x) = 1+ x +
3!
2!
vd
iD (t) ≈ I D (1+
) = I D + id (t)
nVT
€
DedondesededucequelacomponenteACde
pequeñaseñaldelacorrientedeldiodoid(t)es:
€
id (t) =
ID
v d (t)
nVT
Porlotantolaresistenciadinámicadeldiodoenel
vd nVT
r
=
=
puntoQ,quecorrespondealatangenteenQes:
d
id
ID
€
ElanálisiscompletodeuncircuitoconundiodoqueincluyefuentesDC
yAC(pequeñaseñal)serealizaaplicandoprimerolafuenteDCy
calculandoelpuntodeoperaciónQ(ID,VD)conalgunodelosmodelos
€
deldiodo(voltajeconstante,linealporsegmentos)utilizandolos
parámetroscorrespondientes,yluegoelaborandouncircuitosolocon
lafuenteAC,lasresistenciasexternasysustituyendoeldiodoporsu
modelodepequeñaseñal(únicamenterd).
EJEMPLO
Enelcircuito(a),R=10kΩyla
fuenteV+incluyeunvoltajeDC
de10Vsobreelquehayuna
señalde60Hzyamplitud
Vp=1V(rizado).Calculela
corrienteDCeneldiodoyla
amplituddelaseñalsinusoidal
entresusterminalessi
VD=0,7Vyn=2.
En(b)estáelcircuitoDC.ConelmodelodelafuenteDCde0,7Vse
calculaelvalordelacorrienteDCeneldiodo:
ID =
€
10V − 0, 7V
= 0, 93mA
10KΩ
Conestedatosecalculalaresistenciadinámicard:
nVT 2x25mV
rd =
=
= 53, 8Ω
0, 93mA
ID
Enelcircuitodelafigura(c),lafuentealternaeslade60Hzyamplitud
Vp=1V (rizado), la resistencia R sigue siendo 10KΩ y el diodo se
sustituyeporsuequivalenteACconstituidosoloporlaresistenciar
dde
€
53,8Ω.Aplicandodivisordevoltajeentrelosterminalesdeldiodo(esto
es,sobrerd)seobtiene:
rd
0, 0538KΩ
vd = V pico
= 1V
= 51, 05mV
rd + R
0, 0538KΩ +10KΩ
€
USODELDIODOPOLARIZADOENDIRECTO
ENREGULACIÓNDEVOLTAJE
ConVD=0,7VVo=2,1V
Variacióndevoltajepicoapico:2V
Enporcentajes:
Cuandolavariacióndelvoltajepicoenlafuenteesde1V,locual
representaun10%delvoltajeDC,lavariacióndelvoltajepicoenlos
diodosesde37.1mV/2=18.55mV,locualrepresentaun0,9%del
voltajeDCenlosdiodos.
CuandoseconectalaresistenciaRL:
SuponiendoquelosdiodosmantienenVD=0,7VyVo=2,1V
CorrienteporRLenDC:IL=2,1V/1kΩ=2,1mA
CorrienteporRenDC:I=(10V-2,1V)/1kΩ=7,9mA
CorrienteporlosdiodosenDC:7,9mA-2,1,mA=5,8mA
rd=2x25mV/5,8mA=8,62Ωr=3rd=25,86Ω
EnelcircuitodepequeñaseñalsetieneRLp=RL//r=25,21Ω
Eldivisordevoltajeparalavariaciónpicoapicodevocuandolafuente
presentaunavariaciónpicoapicode2Ves:
Δvo=2Vx25,21Ω/(1000Ω+25,21Ω)=49,18mVPorcentaje2,34%
ELSUPERDIODO:
RECTIFICADORDEPRECISIÓNDEMEDIAONDA
SiVINespositivo,lasalidadel
operacionalespositivayeldiodo
conduce,estableciendounlazode
realimentaciónnegativa,porloqueel
voltajeenlaentradapositivaesigualal
delaentradanegativayVOUT=VIN.
SiVINesnegativo,lasalidadeloperacional
esnegativayeldiodonoconduce,dejando
aloperacionalenlazoabierto.Lasalidadel
operacionalvaasaturarenelvalor
negativo.Nohaycirculacióndelacorriente
IL,porloqueVOUT=0.
ELRECTIFICADORDEPRECISIÓNDEMEDIAONDA
CONREALIMENTACIÓN
Laconfiguracióndelamplificador
esinversora,porlotantocuandola
entradaseapositivalasalidaserá
negativa.SeleccionamosR1=R2=R.
EnelciclopositivodeVinla
corrientecirculaporD2yentraen
elopam.Lasalidadelopames
negativa,D1noconduce,Vout=0.
EnelciclopositivodeVinD2no
conduce,D1conduceycomoexiste
tierravirtualsecumple
Vout/R2=-Vin/R1
ParaR1=R2Vout=-Vin
PRÁCTICA Nº 2
CARACTERISTICAS DE LOS DIODOS RECTIFICADORES
CIRCUITOS RECTIFICADORES DE MEDIA ONDA
* Familiarizar al estudiante con el uso de los manuales de los fabricantes de
diodos para entender y manejar sus especificaciones.
* Familiarizar al estudiante con la visualización de las curvas características
de dichos dispositivos utilizando el osciloscopio en la modalidad X-Y.
* Realizar un análisis detallado del rectificador de media onda con y sin
filtro capacitivo.
* Realizar un análisis del rectificador de precisión.
HOJADEDATOSDELDIODORECTIFICADOR1N400X
ValoresMáximosAbsolutos
CaracterísticasTérmicas
CaracterísticasEléctricas
CIRCUITOSPARALAPRÁCTICANº2
CARACTERÍSTICACORRIENTEVOLTAJEDELDIODO
RECTIFICADOR.
Circuito
R=510Ω
Diodo1N4004onúmerosuperior
Generador: Onda sinusoidal o
triangular de 1kHz. Puede
ajustarseparamejorarlaimagen
Preguntassobreelcircuito
Por qué es importante que durante la realización de esta práctica el
osciloscopio debe estar flotando.
Cómo va a obtener la curva característica del diodo en la pantalla del
osciloscopio. Indique si tiene que invertir alguno de los canales para
observar la gráfica con la polaridad correcta.
Qué mediciones va a realizar para determinar el voltaje de conducción, el
voltaje de avalancha, la resistencia dinámica en la región inversa y la
resistencia dinámica en la región directa, utilizando las facilidades del
osciloscopio digital.
Utilizando los valores indicados por su profesor, realice la simulación
interactiva del circuito de la Figura 1 en MULTISIM, usando el
osciloscopio Tektronix de la sección de instrumentos virtuales a fin de
observar en la pantalla la curva característica del componente.
Mediciones
Semidenelvoltajedeldiodo
cuandoempiezaaconduciryla
resistenciadinámicard,paralo
cualsedeterminalapendiente
delaformadeondaen
pantalla,seleccionandoun
rangodevoltajeymidiendoen
formaindirectael
correspondienterangode
corriente(mediantela
determinacióndelacorriente
sobrelaresistenciaR)
Se colocan las escalas del osciloscopio para tener la mejor resolución
posible.
RECTIFICADORDEMEDIAONDASINFILTROCAPACITIVO
Circuito
Voltaje a la entrada del rectificador:
15Vrmsprovenientesdelsecundario
del transformador o 15 Vrms
directamentedelVariac.
Lafrecuenciaes60Hz.
Diodo1N4004onúmerosuperior
R=470Ω;2W
ATENCIÓN:PARAÉSTEYTODOSLOSDEMÁSEXPERIMENTOSCON
VARIAC,SUBIRYBAJARELVOLTAJEDELVARIACLENTAMENTE
Preguntassobreelcircuito
Definicióndevoltajederizadoyfactorderizado.
Explicación del funcionamiento. Formas de onda en la entrada del
rectificador, el voltaje en el diodo, el voltaje en la resistencia de carga y la
corriente en el diodo, indicando los tiempos de interés.
Cálculo del valor pico de la corriente por el diodo, la potencia promedio
entregada a la carga, la potencia promedio consumida por el diodo y la
potencia aparente total manejada por el transformador.
Simulaciones.
Mediciones
*Forma de onda del voltaje de
entrada
(secundario
del
transformador o variac) y el
voltajeenlacarga.
* Forma de onda del voltaje de
entradajuntoconelvoltajeenel
diodo.
*Formadeondadelvoltajeenel
diodojuntoconlacorrienteenel
diodo (observe que la corriente por el diodo es la misma que circula
porlacarga).
*Voltajepicoyvoltajermsenlaentrada.
*Voltajepicoyvoltajermsenlacarga.
*Voltajeycorrientepicoeneldiodo.
*Tiempodeconduccióndeldiodo.
RECTIFICADORDEMEDIAONDACONFILTROCAPACITIVO
Voltaje a la entrada del
rectificador:
15
Vrms
provenientes del secundario del
transformador o 15 Vrms
directamentedelVariac.
Lafrecuenciaes60Hz.
Diodo1N4004onúmerosuperior
R=470Ω;2W
C=470µF
Resistenciaparamedircorrienteeneldiodo:10Ω
Preguntassobreelcircuito
Definicióndevoltajederizadoyfactorderizado.
Explicación del funcionamiento. Formas de onda en la entrada del
rectificador, el voltaje en el diodo, el voltaje en la resistencia de carga y la
corriente en el diodo, indicando los tiempos de interés.
Cálculo del valor pico de la corriente por el diodo, la potencia promedio
entregada a la carga, la potencia promedio consumida por el diodo y la
potencia aparente total manejada por el transformador.
Simulaciones.
Mediciones
*Formadeondadelvoltaje
de entrada (secundario del
transformador o variac) y
elvoltajeenlacarga.
*Formadeondadelvoltaje
de entrada junto con la
corrienteeneldiodo.
*Formadeondadelvoltaje
en el diodo junto con la
corriente en el diodo
(colocarunaresistenciadepocosohmiosenserieconeldiodo).
*Voltajepicoyvoltajermsenlaentrada.
*Voltajepicoyvoltajermsenlacarga.
*Voltajeycorrientepicoeneldiodo.
*Tiempodeconduccióndeldiodo.
RECTIFICADORDEMEDIAONDADEPRECISIÓN:SUPERDIODO
Se van a montar simultáneamente en
el protoboard el superdiodo y el
rectificadordemediaondasinfiltro
Operacional741
Diodo1N4004onúmerosuperior(2)
R1=R2=RL=1kΩ(senecesitancuatroresistenciasentotal)
Voltajes Vi producidos por el generador de funciones según valores
indicados en la guía. Se van a aplicar
simultáneamente al superdiodo y al
rectificadordemediaonda.
Mediciones
*Formas de onda del voltaje de entrada y salida de ambos circuitos
paralosdistintosvaloresindicadosenlaguía.
* Voltaje pico en la salida, voltaje pico en el diodo y tiempo de
conducción del diodo en el superdiodo para los distintos valores
indicadosenlaguía.