UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL
RECTIFICADORES
MONOFASICOS NO
CONTROLES ELECTRICOS Y AUTOMATIZACIONEE - 621
TEMAS
Diodos semiconductores, Rectificadores monofásicos demedia onda, Rectificadores monofásicos de onda completa,Rectificadores trifásicos de media onda, Rectificadorestrifásicos de onda completa
MONOFASICOS NO
CONTROLADOS
CA / CC CC / CC
Rectificador Regulador de continua
TIPOS DE CONVERSORES DE ENERGIA ELECTRONICOS
CA / CA CC / CA
de continua
•Cicloconvertidor•Reg. alterna
Inversor
DIODOS SEMICONDUCTORES
MOMENTO DE REFLEXIÓN:A la vista de lo anterior y sin mas consideración
¿Como debería ser la característica de un diodo?
+
V
I I
FALSO-
V
V
Dos trozos de material, relativamente buen conductor, podríamos pensar que debe comportarse como una resistencia bastante pequeña (idealmente un corto).
FALSO
-
-
-
-
+
P N
+
+
+
ZONATRANSICIÓN
ÁNODO CÁTODO
Zona libre de cargas.Solo quedan los iones fijos.
DIODOS SEMICONDUCTORES
ÁNODO CÁTODO
SÍMBOLO
Fue descubierto accidentalmente el los laboratorios Bell por Russel Ohl en 1940
I
POLARIZACIÓN DIRECTA:LA CONSIDERACIÓN INTUITIVA ES BASTANTE CIERTA
Huecos (zona P) y electrones (zona N) mayoritarios se ven empujados a "invadir" la zona de transición.
La zona de transición se ve reducida drásticamente.
La corriente se debe a mayoritarios y la corriente directa puede llegar a ser importante.
P
N
DIODOS SEMICONDUCTORES
P N
+ -
La aproximación de una resistencia pequeña (idealmente un cable es razonable)
POLARIZACIÓN INVERSA:FALLA LA INTUICIÓN.
I
P
N
Huecos (zona P) y electrones (zona N) mayoritarios se ven empujados a "escapar" de la zona de transición.
La zona de transición aumenta drásticamente.
La corriente se debe a minoritarios y la corriente directa será muy pequeña (idealmente nula).
DIODOS SEMICONDUCTORES
N
P N
- +-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
La mejor aproximación es un cable roto (falla la intuición)
+
V
I
P
I
CARACTERÍSTICA DEL DIODO IDEAL (CONCLUSIONES)
Idealmente, permite corriente directa (se comporta como un cable) y bloquea o no permite la corriente inversa (se comporta como un cable roto)
¡¡ PRESENTA UN COMPORTAMIENTO NO LINEAL !!
DIODOS SEMICONDUCTORES
-
V
N V
ANÉCDOTAUn símil hidráulico podría ser una válvula anti-retorno, permite pasar el agua (corriente) en un único sentido.
p n
ánodo cátodo
A K
Símbolo
DIODO REAL
V [Volt.]
0
1
0.25-0.25
i [mA]
0.5
Ge Si
DIODOS SEMICONDUCTORES
IS = Corriente Saturación InversaK = Cte. Boltzman VD = Tensión diodoq = carga del electrónT = temperatura (ºK)ID = Corriente diodo
Silicio Germanio
−⋅= ⋅
⋅
1TK
qV
SD
D
eII
0.25-0.25 0.5
V [Volt.]0
1
0.25-0.25
i [mA]
0.5
Ge Si
0 1-4
30
i [mA]
V [Volt.]
GeSi
DIODO REAL (Distintas escalas)
Ge: mejor en conducciónSi: mejor en bloqueo
DIODOS SEMICONDUCTORES
0 0.25-0.25 0.5 0 1-4
-0.8
-0.5 0
i [µµµµA]
V [Volt.]
-10
-0.5 0
i [pA]
V [Volt.]
Ge Si
DIODO: DISTINTAS APROXIMACIONES
I
V
Solo tensión de codoGe = 0.3Si = 0.6
I
V
Tensión de codo yResistencia directa
I
V
Ideal
DIODOS SEMICONDUCTORES
I
V
Corriente de fugas conTensión de codo yResistencia directa
I
V
Curva real(simuladores, análisis gráfico)
DIODO: CARACTERISTICAS Y/O LIMITACIONES
I Corriente máxima
Límite térmico, sección del conductor
Tensión inversamáxima
Ruptura de la Uniónpor avalancha
DIODOS SEMICONDUCTORES
V
600 V/6000 A200 V /60 A
1000 V /1 A
VR = 1000V Tensión inversa máximaIOMAX (AV)= 1A Corriente directa máximaVF = 1V Caída de Tensión directa
DIODO: Parámetros facilitados por fabricantes
Vd
id
iS
VR
IOmax
DIODOS SEMICONDUCTORES
VF = 1V Caída de Tensión directaIR = 50 nA Corriente inversa
VR = 100V Tensión inversa máximaIOMAX (AV)= 150mA Corriente directa máximaVF = 1V Caída de Tensión directaIR = 25 nA Corriente inversa
VdiS
NOTA:Se sugiere con un buscador obtener las hojas de características de un diodo (p.e. 1N4007). Normalmente aparecerán varios fabricantes para el mismo componente.
Diodo Zener (Zener diode)
La ruptura no es destructiva.(Ruptura Zener).
En la zona Zener se comporta como una fuente de tensión (Tensión Zener).
Necesitamos, un límite de corriente inversa.
ITensiónZener(VZ)
DIODOS ESPECIALES
corriente inversa.
Podemos añadir al modelo lineal la resistencia Zener.
Aplicaciones en pequeñas fuentes de tensión y referencias.
V
Límite máximo
Normalmente, límite de potencia máxima
Diodo LED (LED diode)Diodo emisor de Luz = Light Emitter Diode
El semiconductor es un compuesto III-V (p.e. Ga As). Con la unión PN polarizada directamente emiten fotones (luz) de una cierta longitud de onda. (p.e. Luz roja)
A KA K
DIODOS ESPECIALES
A KA K
Fotodiodos (Photodiode)
0
i
V
Los diodos basados en compuestos III-V, presentan una corriente de fugas proporcional a la luz incidente (siendo sensibles a una determinada longitud de onda).
Estos fotodiodos se usan en el tercer cuadrante. Siendo su aplicaciones principales:
Sensores de luz (fotómetros)Comunicaciones
COMENTARIO
DIODOS ESPECIALES
0
ioptCOMENTARIOLos diodos normales presentan variaciones en la corriente de fugas proporcionales a la Temperatura y pueden ser usados como sensores térmicos
i
0
V T1
T2>T1
El modelo puede ser una fuente de corriente dependiente de la luz o de la temperatura según el caso
I = f(T)
Células solares (Solar Cell)
i
V VCA
Cuando incide luz en una unión PN, la característica del diodo se desplaza hacia el 4º cuadrante.
En este caso, el dispositivo puede usarse como generador.
Zonauso
DIODOS ESPECIALES
iCC
Paneles de células solares
uso
Diodo Varicap (Varicap , Varactor or Tuning diode)
P N
- +-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
Dieléctrico
La unión PN polarizada inversamente puede asimilarse a un condensador de placas planas (zona de transición).
Esta capacidad se llama Capacidad de Transición (CT).
Notar, que al aumentar la tensión inversa aumenta la zona de transición. Un efecto parecido al de separar las placas de un condensador (CT disminuye).
DIODOS ESPECIALES
d
Dieléctricocondensador (CT disminuye).
Tenemos pues una capacidad dependiente de la tensión inversa.
Un diodo Varicap tiene calibrada y caracterizada esta capacidad.
Uso en equipos de comunicaciones (p.e. Control automático de frecuencia en sintonizadores)
CT
VI
30 pF
10 V
Diodo Schottky (Schottky diode)
Unión Metal-semiconductor N. Produciéndose el llamado efecto schottky.
La zona N debe estar poco dopada.
Dispositivos muy rápidos (capacidades asociadas muy bajas).
DIODOS ESPECIALES
Corriente de fugas significativamente mayor.
Menores tensiones de ruptura.
Caídas directas mas bajas (tensión de codo ≅≅≅≅ 0.2 V).
Aplicaciones en Electrónica Digital y en Electrónica de Potencia
El efecto Schottky fue predicho teóricamente en 1938 por Walter H. Schottky
Diodo tunel y diodo GUNN (Gunn diode and Tunnel diode)
IDZona de resistencia negativa.Efecto Túnel
Tienen dopadas mucho las dos zonas del diodo (105
veces mayor).
Aparece un efecto nuevo conocido como efecto túnel. (Descubierto por Leo Esaki en 1958).
Un efecto parecido (GUNN) se produce en una cavidad tipo N de Ga As.
El diodo GUNN fue descubierto por Ian Gunn en
DIODOS ESPECIALES
VD
El diodo GUNN fue descubierto por Ian Gunn en 1962.
Los efectos se traducen en una zona de resistencia negativa en la característica directa del diodo.
Esta zona se aprovecha para hacer osciladores de microondas.
(El diodo GUNN aparece en el oscilador local del receptor del radar. Está presente en todos los radares marinos actuales).
Diodo GUNN
ASOCIACIÓN DE DIODOS
Diodo de alta tensión (Diodos en serie)
Puente rectificador
+
-
+
Monofásico
Trifásico
CIRCUITOS CON DIODOS
DISPLAY
+
-
Trifásico
Detectores reflexión de objeto
APLICACIONES DE DIODOS
Detectores reflexión de espejo Detectores de barrera
Sensores de luz: FotómetrosSensor de lluvia en vehículosDetectores de humoTurbidímetrosSensor de Color
APLICACIONES DE DIODOS
LED azul
LED verde
LED rojo Fotodiodo
Objetivo
LED
APLICACIONES DE DIODOS
Fuente de alimentación
Tra
nsf
orm
ado
r
Rec
tifi
cad
or
Reg
ula
do
r
El rectificador
Convierte la tensión alterna en continua
220 V 50 Hz
6 V
50 Hz
5 V
Tra
nsf
orm
ado
r
Rec
tifi
cad
or
Fil
tro
Reg
ula
do
r
c.a. (positiva y negativa)
Continua pulsante+
–
+
–
Rectificador
vE
vS
≥ 0v
S
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
D
+
Entrada Salida
+
Rectificador
– –
vE v
S =v
R
RL
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
� �
T
T
vE
t
T2
vS
t
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETATIPO PUENTE
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
TIPO PUENTE
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS
RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES TRIFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
RECTIFICADORES TRIFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
RECTIFICADORES TRIFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
RECTIFICADORES TRIFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
RECTIFICADORES TRIFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
RECTIFICADORES TRIFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
RECTIFICADORES TRIFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA