Tema2. Diodos y circuitos con diodos - Usuarios de...
Transcript of Tema2. Diodos y circuitos con diodos - Usuarios de...
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval1
INDICE
1. Características del diodo: Corriente deconducción, corriente de saturación corrientezener y corriente de avalancha
2. Análisis de circuitos con diodos: la línea decarga. Ejemplo.
3. Modelos del diodo: diodo ideal, diodo contensión de codo, diodo con resistencia.Ejemplos.
4. Circuito rectificador de media onda con y sinfiltro.
5. Circuito rectificador de onda completa con ysin filtro.
6. Circuitos conformadores de onda:recortadores y limitadores.
7. Circuitos reguladores de tensión: zener.Ejemplo.
8. Circuitos lineales equivalentes en pequeñaseñal.
9. Repaso de notación de I y V.
10. Tipos de diodos: Schottky, LED, Varicap,Fotodiodo.
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval2
CARACTERISTICAS DEL DIODO• Fabricación: se obtiene dopando un cristal de Si
con MTN por un extremo y por otro con MTP.• Posee dos terminales: ánodo (MTP) y cátodo
(MTN), su símbolo es el de la figura:
A C
• Característica I-V
iD
+ vD -
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval3
• Corriente de ruptura inversa: se usan paramantener valores fijos de tensión.
Efecto avalancha (vD<-6V): debido aportadores minoritarios generadostérmicamente, al llegar a la ZD toman energíadel E allí existente y chocan contra los átomosrompiendo enlaces covalentes --> Aumenta elnúmero de portadores que siguen rompiendootros enlaces y por tanto aumenta la corriente.
Efecto Zener (0<vD<-6V): el E de la ZDpuede dar energía a los e- que forman enlacesy romperse, tiene lugar en materiales muydopados.
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval4
ANÁLISIS DE LA LÍNEA DE CARGA• La curva del diodo no es lineal por ello
debemos apoyarnos en métodos gráficospara resolver circuitos que lo incluyan -->Línea de carga
DDssvRiv +=
• Necesitamos otra ecuación que relacione lasdos incógnitas que tenemos vD e iD.
−= 1)exp(
T
DSD nV
vIi
que gráficamente es la característica I-V deldiodo que acabamos de estudiar
• Si representamos ambas ecuacionesobtenemos la solución sin más que tomarcomo tal el punto de intersección de ambas.
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval5
Q(vD,iD)
P1(0,Vss/R)
P2 (Vss,0)
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval6
EJEMPLO DE LÍNEA DE CARGATomemos el circuito anterior con los siguientesvalores:
Vss=2V R=1K
Paso1: Localizamos los puntos extremos de lalínea de carga.
P1 (0V, 2V/1k)=(0, 2mA)P2 (2V , 0mA)
Paso2: Trazamos la característica del diodo.Paso3: Calculamos el punto de intersección yese será el punto de trabajo del diodo en esecircuito.
P2 (2V,0)
Q (0.7V, 1.3mA)
P1 (0V,2mA)
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval7
MODELOS DEL DIODO• Simplifica el análisis de circuitos con diodos• Ante señales grandes podemos despreciar los
valores de RD y vD.
1. Modelo del diodo ideal: despreciamos vD yRD.
PD à vD=0 à Circuito cerradoà
PI à iD=0 à Circuito abierto à
Análisis à Suposición inicialà Comprobaciónà Reinicio si no es correcta
A C
A C
iD
vD
ABIERTO
CERRADO
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval8
EJEMPLO DEL MODELO 1
Paso1: Supongo D1 OFF y D2 ON
Paso 2: Compruebo la suposición
iD2=3V/6K = 0.5mA OKvAC1=10V-3V=7V NO OK!!
Paso3: Repito con una suposición nueva
Paso2: Compruebo la nueva suposición
A1 C1 C2 A2
A1 C1 C2 A2
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval9
iD1=10V/(4+6)K = 1mA OKvAC2=3V-6K*1mA=-3V OK
2. Modelo de tensión de codo: despreciamosRD pero no vD.
PDà iD >0 @ vD>0.7 (Si) à
PIà iD =0 @ vD<0.7 (Si) à
EJEMPLO DEL MODELO 2
A 0.7V C
A C
iD
vD
ABIERTO
CERRADO
0.7 V
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval10
Paso1: Supongo D1 OFF y D2 ONPaso2: Compruebo la suposición
iD2= 0.7V / 2K = 0.35mA OKvAC1=12V-(-0.7)=12.7V NO OK!!
Paso3: Nueva suposición y comprobación.
iD1= 0.7V / 5K = 0.14mA OKvAC2=-12V-(-0.7)=-11.3V OK
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval11
3. Modelo de tensión de codo y resistencia:no despreciamos RD ni vD.
PDà iD >0 @ vD>0.7 (Si) à
PIà iD =0 @ vD<0.7 (Si) à A C
A 0.7V Rf C
iD
vD
ABIERTO
CERRADO
0.7 V
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval12
CIRCUITOS RECTIFICADORES• Convierten AC en CC à F.Alimentación,
Demoduladores, etc.• Tipos: RMO, ROC, ROC en puente.
CIRCUITO RECTIFICADOR DE MEDIAONDA
• vi(t) > 0 à PD à vo(t) = vi(t)• vi(t) < 0 à PI à vo(t) = 0
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval13
• Diodo real: considerar la caida de Vt.• Valores importantes:
Valor medio: valor de continuaequivalente, sin el resto de armónicos.
πω M
T T
ToMdc
VdttdtsenVT
V =
∫ ∫+=
2/
0 2/
01
Tensión Inversa de Pico:TIP = -VM
• Filtro à Valor de continua.
vi(t) >0 à D PD y C se carga a Vc=VMvi(t) <Vc à D PI y C se descarga en la cargavi(t) >Vc à D PD y C se carga a Vc=VM
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval14
La carga-descarga de C da un RIZADO :Q≅ILTQ=CV
C= ILT/Vr
La tension media de la carga será según lafigura
VL=VM-Vr/2
Al incluir el filtro debemos repasar el valor TIP
ahora será TIP = -2VM
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval15
CIRCUITO RECTIFICADOR DE ONDACOMPLETA
• Con dos diodos
Transformador à permite reducir la V de entrada
vi(t)>0 à A Conduce y B está cortado àvL(t)= vi(t)=VM sen(ωt)
vi(t)<0 à A está cortado y B conduce àvL(t)= vi(t)=VM sen(ωt)
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval16
Valor medio π
ω MT
oMdc
VtdtVT
V 2sen10
=
∫=
TIP =-2VM
• C.R.O.C con cuatro diodos
vi(t)>0 à A y B Conducen à vL(t)= vi(t)=VM sen(ωt)
vi(t)>0 à C y D Conducen à vL(t)= vi(t)=VM sen(ωt)
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval17
La representación sería igual que para dosdiodos.
Valor medio π
ω MT
oMdc
VtdtVT
V 2sen10
=
∫=
TIP =-VM
• CROC con filtro
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval18
Carga y descarga del C
Tdescarga = Tseñal entrada / 2
Q=IL* T/2Q=CVr
C=(ILT)/(2Vr)
COMPARATIVA RECTIFICADORESRMO RMO 2 RMO 4
1 diodo 2 diodos 4 diodosVdc=VM/π Vdc=2VM/π Vdc=2VM/π
Vdc-real=(VM-0.7)/π Vdc-real=2(VM-0.7)/π Vdc-real=(VM-2x0.7)/π
TIP = VM TIP = 2VM TIP = VMTIP( C ) =2 VM TIP( C ) =2 VM TIP( C ) =2 VMvi(t)=vMsenωt vi(t)=2vMsenωt vi(t)=vMsenωtTransformador Trans. Tierra Transformador
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval19
CIRCUITOS CONFORMADORES DE ONDA• Convierten una forma de onda en otra• Aplicaciones: generador de función,
transmisores, radar, etc.• Recortadores: recorta una parte de la señal
de entrada.
• vin(t) > 6V ó vin(t)<-9 àA ONB OFF à vo(t)=6V
• -9< vin(t) <6V à A OFFB OFF à vo(t)= vin(t)
La R actúa de limitadora à Grande evita ID alta à Pequeña evitacaída de tensión debido a IS
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval20
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval21
Es más adecuado sustituir las Vdc por Zener
vin(t) >6V à A = ONB = AVALANCHA à VO(t)= 6V
vin(t) <-9V à C = AVALANCHAD = ON à VO(t)= -9V
En el segundo circuito ninguno conduce sininguno está en avalancha.
vin(t) >6V à E = ONF = AVALANCHA à VO(t)= 6V
vin(t) <-9V à E = AVALANCHAF = ON à VO(t)= -9V
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval22
• Limitadores: limitan los picos positivos onegativos de la señal à Introducen DC
C grande à Descarga lentaà Z pequeña en AC
• vi(t0) = 0 à carga de C a 5V
• vi(t1) ≤ 5 à el C sigue cargándose VAC = -5 –(-5-5) = 5 PD VC = 5 + 5 - 0.7 = 9.3V
• vi(t2) < 5 à VAC = -9.3 –(-5-4) =-0.3 PI VC = 9.3V
vo (t) = -9.3V + vin (t)
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval23
CIRCUITOS REGULADORES DE TENSIÓN• Eliminan rizado• Regulación de entrada = (∆VL / ∆VSS) * 100
Ideal 0
• Regulación a Plena Carga = 100argarg xV
VV
plenacaga
aplenacasinc −
• Regulación con diodo zener:
Zener àMantiene una V fija en la cargaàImax viene dada por la P capaz de disiparàImin valor necesario para que actúeàAbsorbe más o menos I para contrarrestar Vss
DiseñoàR limita la ImaxàVz marca el valor de VLàVssmin >VL
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval24
EjemploSi R=1K y Vss varía entre 15 y 20 hallar el % deregulación de entrada.
15 + 1K*iD + vD =0PTO 1 (0, -15mA) PTO 2 (-15V, 0)
20 + 1K*iD + vD =0PTO 1 (0, -20mA) PTO 2 (-20V, 0)
Usando el método de la recta de carga determinovo
vo(15V) = -10V y vo(20V) =-10.5Reg.Entrada = (∆VL / ∆VSS) * 100 =
(0.5/5)*100=10%Si incluimos la carga RL en el circuito podríamosaplicar Thevenin en los extremos del zener paraobtener un circuito más simple y una recta decarga.
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval25
Ejemplo 3.10. (Malik)Hallar los valores máximos y mínimos de RLcuando Rs=48.7 y VBB=15V. El zener de 5V tieneuna Izmin=10mA y su disipación de potencia es de1W.
• Pmax=1W=VzIzmax Izmax=1W/5V =200mA• Is=(15-5V)/48.7 = 205mA (L.Ohm)• IL = VL/RL=• Is=Iz+IL=cte (LCK)• Si la demanda de IL es grande Iz disminuirá
para mantener Is cte.Is=Izmin+ILmax à 205mA-10mA= ILmaxà
ILmax=195mA• Si la demanda de IL baja Iz aumentará para
mantener Is cte. Is=Izmax+ILmin à 205mA-200mA= ILmaxà
ILmin=5mA• Ahora podemos determinar el rango en que
puede variar R para un correcto funcionamientodel regulador.
Rmin=Vz/Imax=5/195=25.6 ohmiosRmax=Vz/Imin=5/5=1 kohm
48.7 Is IL
5VRL
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval26
CIRCUITOS LINEALES EQUIVALENTE ENPEQUEÑA SEÑAL
Dos partes en los circuitos electrónicos:• Tensión continua de alimentaciónà Polariza• Pequeña señal de alternaàPropósito
Diodo polarizado en Q. Inyecto señal alterna.
La “recta” es la pendiente de la curva: Qd
D
dvdi
su ecuación es D
QD
D
Dv
dvdii ∆
≅∆ , el inverso de esa
pendiente en la resistencia dinámica del diodoy es el modelo lineal equivalente del diodo antepequeña señal.
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval27
*Valor de la rd
Ecuación de Shockley:
−= 1)exp(
T
d
SD nVvIi à derivo
para obtener la pendiente en Q.
nà coeficiente de emision, entre 1 y 2.VT=KT/q à tensión térmica
K=1.38x10-23 J/Kq=1.6x10-19 C
VT @ 27ºC VT = 26mV
)exp(1
T
DQ
T
S
QD
D
nVV
nVI
dvdi =
En P.D VDQ>>VT à
=
T
DQ
SDQ nVV
II exp sustituyendo
T
DQ
QD
D
nVI
dvdi =
DQ
T
d InVr =
Notación:• vD e iD à valores instantáneos en D• VQ e IDQ à I y V de continua en D en el punto Q• vd e id à pequeñas señales de corriente alterna.
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval28
Tema 2: Diodos y circuitos con diodos
Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval29
INDICE .........................................................1Análisis De La Línea De Carga..........................4Ejemplo De Línea De Carga .............................6Modelos Del Diodo..........................................7Ejemplo Del Modelo 1 .....................................8Ejemplo Del Modelo 2 .....................................9Circuitos Rectificadores................................. 12Circuito Rectificador De Media Onda ............... 12Circuito Rectificador De Onda Completa .......... 15Comparativa Rectificadores ........................... 18Circuitos Conformadores De Onda.................. 19Circuitos Reguladores De Tensión................... 23
Zener ...................................................... 23Diseño ..................................................... 23
Circuitos Lineales Equivalente En Pequeña Señal................................................................. 26