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CURSO DE ELECTRONICA BASICA Dirigido para electricistas de la División Noroeste.

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1 CURSO DE ELECTRONICA BASICA Dirigido para electricistas de la División Noroeste.

2 Diodos 1.1 La unión P-N 1.2 El diodo Zener 1.3 Circuitos formadores de onda 1.4 Características V-I 1.5 Luz y Diodos 1.6 El Diodo Varactor

3 Rectificadores El rectificador de media onda El rectificador de onda completa El rectificador puente El filtro capacitivo

4 INTRODUCCIÓN Una fuente de poder convierte voltaje alterno a un voltaje directo. Su utilidad se basa en su capacidad de sustituir el voltaje dc producido por una fuente portátil, tal como una batería que su vida útil no es muy larga y contamina el ambiente. El tipo de fuente más económico es algún tipo de rectificador, pero esto no es suficiente para producir una señal netamente directa. Otro tipo de uso que se le da es, dado un voltaje de entrada, el voltaje de salida es proporcional al valor original. La característica fundamental de estas fuentes es que su señal de salida no es completamente directa, la cual posee una pequeña fluctuación de su valor,alrededor de su valor deseado.

5 CONFIGURACIÓN DE UNA FUENTE DE PODER NO REGULADA Las fuentes de poder deben tener ciertas características, las cuales son: 1.La tensión o tensiones de carga continua 2.La fuente de poder debe ser capaz de suministrar los máximos requisitos de la corriente de carga. 3.La variación de la tensión de salida mínima con cambio en la carga 4.Mínimas variaciones en la tensión de salida, que resultan con un filtrado imperfecto Por lo tanto, para cumplir estas especificaciones la topología general consta de varias partes las cuales son: Filtros, Transformador y rectificador Figura :Diagrama de bloques de una fuente no regulada

6 TRANSFORMADOR DE POTENCIA. Se necesita un transformador para reducir el nivel de voltaje de entrada (normalmente 110 Vrms). Los voltajes en los transformadores siempre vienen dados en términos RMS. Se pueden utilizar con derivaciones de núcleo o no, así se pueden utilizar diferentes niveles de voltaje para diferentes aplicaciones. Otra utilidad que posee el transformador de entrada es el aislamiento eléctrico entre la fuente y el circuito posterior, si se escoge el valor apropiado de los parámetros del mismo (Voltaje, potencia en volt-amperios, frecuencia, y dimensiones) protegerá al sistema de sobrecargas eléctricas. Figura 1: circuito equivalente sencillo del transformador de entrada

7 EL RECTIFICADOR Esta sección de la topología se basa en producir en la onda una forma tal que, al pasar por la última etapa (que será vista después) se formará un valor de voltaje directo lo más estable posible. rectificador de media onda Figura #2: rectificador de media onda, Éste deja pasar únicamente un semiciclo de la onda de entrada, por lo tanto transmite un voltaje dc pulsante a una frecuencia de 60 Hz. Figura#3: Onda de salida de un rectificador de media onda

8 Rectificador de onda completa Aunque los rectificadores de media onda tienen algunas aplicaciones, el rectificador de onda completa es el más usado en fuentes de poder dc. La diferencia entre el rectificador de media onda y el de onda completa, es que el de onda completa permite corriente unidireccional a la carga durante los 360 grados del ciclo de entrada, y el rectificador de media onda solo durante medio ciclo. El resultado de una rectificación de onda completa es un voltaje de salida con una frecuencia doble de la que tiene la entrada. Hay que notar que para este tipo de rectificador, la corriente dc especificada para los diodos es la mitad de la corriente dc para la carga, debido a que cada semiciclo es rectificado por distintos diodos alternadamente. Rectificador de onda completa con transformador de tap central Este rectificador utiliza dos diodos conectados al secundario de un transformador con tap central. La mitad del voltaje total secundario aparece entre el tap central y cada terminal del secundario. Los diodos conducen alternadamente según el semiciclo de entrada. Figura#4: Rectificador de onda completa.

9 Figura #5: Forma de la onda de voltaje de salida del rectificador de onda completa.

10 Rectificador de onda completa con puente de diodos Figura#6: Otro rectificador de onda completa. En este rectificador siempre habrá dos diodos conduciendo alternadamente.

11 FILTROS Esta es la última fase de las fuentes no reguladas, aquí se trata de filtrar los cambios de voltaje a altas frecuencias y lograr una señal lo suficientemente estable para conectarle alguna etapa de cualquier aplicación que necesite entrada voltaje directo, para lograr una salida óptima se necesita la aplicaión de los conceptos de fuentes reguladas, que incluye la inserción de circuitos integrados. Los filtros que se van a nombrar son de tipo pasivos, no son tan efectivos como los activos, los cuales no se pueden utilizar en aplicaciones de alta potencia y la principal funcion de estas fuentes de poder es suministrar la potencia necesaria para satisfacer uno o varios procesos siguientes. Filtro de capacitor Figura#6: Topología de filtro de capacitor Para este tipo de filtro, el valor de la constante de tiempo (RL)(C) debe ser grande comparado con el período de la onda de entrada. Este tipo de filtro consiste en colocar un condensador en paralelo con la carga, como se muestra en la figura #6.

12 . Filtro pi R-C Figura#7: Topología del filtro pi R-C Este filtro se forma al agregar otra sección al filtro de capacitor, la cual consiste en una resistencia en serie y un segundo capacitor en paralelo con la carga. Este tipo de filtro generalmente se usa cuando se requieren pequeñas corrientes en dc y el espacio físico es escaso. El análisis de este filtro se efectúa dividiéndolo en dos secciones: la primera es un circuito rectificador con una resistencia de carga efectiva igual a R2+RL, y con un condensador de filtrado C1. La segunda etapa del filtro puede ser descrita como una fuente dc y un voltaje RMS de rizado que alimenta en serie un circuito de carga que consiste de R2, C2 y RL.

13 NOTAS PRÁCTICAS Para la implementación de la fuente no regulada es necesario tomar algunas precauciones que garanticen la seguridad de los componentes así como la calidad de la señal obtenida. En primer lugar se recomienda colocar un fusible en serie con la fuente A.C., esto previene el daño que podría ocasionar una subida en la corriente, su elección se basa más que todo en la corriente máxima que pueda soportar el transformador. También se puede implementar un supresor de transitorios, este se encarga de no permitir el paso hacia la red de los picos de voltage que se puedan producir en la entrada del circuito, funciona como un diodo zener bidireccional, cuando se produce un pico de voltage ya sea en la parte positiva o negativa del ciclo se pone en cortocircuito. Finalmente se puede colocar un interruptor para desactivar en voltage en el primario del transformador, este se coloca para suprimir el pico de corriente cuando se cierra el interruptor.

14 BIBLIOGRAFÍA Operational amplifiers and linear integrated circuits. R.F. Coughlin Electrónica y teoría de Circuitos. Boylestad Ingeniería electrónica. Alley y Atwood.

15 Transistores Construcción y operación El circuito emisor común El amplificador emisor común El amplificador colector común-seguidor de emisor El amplificador de base común

16 Dispositivo de ruptura El transistor uni-unión ( UJT) El oscilador de relajación Concepto de tiristores El rectificador controlado de silicio El triac

17 Rectificadores Controlados El encendido de un rectificador controlado de silicio El encendido del triac.

18 COMPONENTES ACTIVOS Y OTROS DISPOSITIVOS Hacemos aquí una breve introducción sobre componentes activos básicos, centrándonos en diodos y transistores, y un ligero repaso a otro dispositivo muy importante como es el amplificador operacional. El diodo es el dispositivo no lineal más simple de dos terminales, y que tiene diversas aplicaciones en la electrónica. Por su parte, dentro de los transistores, nos encontramos con el BJT. Los transistores bipolares de unión son dispositivos activos que desempeñan un papel importante fundamentalmente en el diseño de amplificadores electrónicos de banda ancha y en circuiteria digital rápida. Dejando los componentes activos básicos, nos encontramos con uno de los circuitos integrados más importante en las aplicaciones análogicas, el Amplificador Operacional. Cuando usemos estos componentes es importante poder identificarlos en la medida de lo posible, así como conocer una serie de consejos prácticos a la hora de utilizarlos en circuitos electrónicos.

19 NOMBRESIMBOLONOMBRESIMBOLO Diodo Rectificador Diodo Zener Diodo Led Fotodiodo Diodo Tunel Diodo Schottky Transistor BJT Transistor BJT

20 Rectificador Controlado de Silicio (SCR) (TIRISTOR) Triodo Alternativo de Corriente (TRIAC) Diodo Alternativo de Corriente (DIAC) Transistor Uniunión (UJT) Transistor Unionión Programable (PUT) Conmutador Unilateral de Silicio (SUS) Conmutador Bilateral de Silicio (SBS) Optoacoplador (Optotriac) Regulador Integrado

21 DIODOS RECTIFICADORES El funcionamiento de este diodo, a grandes rasgos es la siguiente: En la zona directa se puede considerar como un generador de tensión continua, tensión de codo ( V para el silicio y V para el germanio). Cuando se polariza en inversa se puede considerar como un circuito abierto. Cuando se alcanza la tensión inversa de disrupción (zona nversa) se produce un aumento drástico de la corriente que puede llegar a destruir al dispositivo. Este diodo tiene un amplio mrgen de aplicaciones: circuitos rectificadores, limitadores, fijadores de nivel, protección contra cortocircuitos, demoduladores, mezcladores, osciladores, bloqueo y bypass en instalaciones fotovolcaicas, etc.. Cuando usamos un diodo en un circuito se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones (a partir de las hojas de características suministradas por el fabricante): 1. La tensión inversa máxima aplicable al componente, repetitiva o no (V RRR máx o V R máx, respectivamente) ha de ser mayor (del orden de tres veces) que la máxima que este va a soportar. 2. La corriente máxima en sentido directo que puede atravesar al componente, repetitiva o no (I FRM máx e I F máx respectivamente), he de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar. 3.La potencia máxima que puede soportar el diodo (potencia nominal) ha de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar.

22 DIODO ZENER El funcionamiento de este diodo, a grandes rasgos es la siguiente: En la zona directa lo podemos considerar como un generador de tensión continua (tensión de codo). En la zona de disrupción, entre la tensión de codo y la tensión zener (V z nom ) lo podemos considerar un circuito abierto. Cuando trabaja en la zona de disrupción se puede considerar como un generador de tensión de valor V f = -V z. El zener se usa principalmente en la estabilidad de tensión trabajando en la zona de disrupción. Podemos distinguir: 1. V z nom,V z : Tensión nominal del zener (tensión en cuyo entorno trabaja adecuadamente el zener). 2. I z min : Mínima corriente inversa que tiene que atravesar al diodo a partir de la cual se garantiza el adecuado funcionamiento en la zona de disrupción (V z min ). 3. I z max : Máxima corriente inversa inversa que puede atravesar el diodo a partir de la cual el dispositivo se destruye (V z max ). 4. P z : Potencia nominal que no debe sobrepasar el componente. Aproximadamente se corresponde con el producto de V z nom y I z max. Cuando usamos un diodo zener en un circuito se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones (a partir de las hojas de características suministradas por el fabricante): 1. Para un correcto funcionamiento, por el zener debe circular una corriente inversa mayor o igual a I z min. 2. La corriente máxima en sentido inverso ha de ser siempre menor que I z max. 3. La potencia nominal P z que puede disipar el zener ha de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar en el circuito.

23 DIODO LED El diodo LED presenta un comportamiento análogo al diodo rectificador (diodo semiconductor p-n), sin embargo, su tensión de codo tiene un valor mayor, normalmente entre V. Segun el material y la tecnología de fabricación estos diodos pueden emitir en el infrarojo (diodos IRED), rojo, azul, amarillo y verde, dependiendo de cual sea la longitud de onda en torno a la cual emita el LED. Entre sus aplicaciones podemos destacar: pilotos de señalización, instrumentación, optoaclopadores, etc.. Resulta dificil distinguir, por pura inspeccioón visual, el modelo del LED así como el fabricante: los valores máximos de tensión y corriente que puede soportar y que suministra el fabricante seran por lo general desconocidos. Por esto, cuando se utilice un diodo LED en un circuito, se recomienda que la intensidad que lo atraviese no supere los 20 mA, precaución de caracter general que resulta muy válida.

24 TRANSISTOR BJT Cuando seleccionamos un transistor tendremos que conocer el tipo de encapsulado, así como el esquema de identificación de los terminales. También tendremos que conocer una serie de valores máximos de tensiones, corrientes y potencias que no debemos soprepasar para no destruir el dispositivo. El parametro de la potencia disipada por el transistor es especialmente crítico con la temperatura, de modo que esta potencia disminuye a medida que crece el valor de la temperatura, siendo a veces necesario la instalacion de un radiador o aleta refrigeradora. Todos estos valores críticos los proporcionan los fabricantes en las hojas de características de los distintos dispositivos. Una forma de identificar un transistor NPN o PNP es mediante un polímetro: Este dispone de dos orificios para insertar el transistor, uno para un NPN y otro para el PNP. Para obtener la medida de la ganancia es necesario insertarlo en su orificio apropiado, con lo que queda determinado si es un NPN o un PNP. Zonas de funcionamiento del transistor bipolar: 1.ACTIVA DIRECTA: El transistor sólo amplifica en esta zona, y se comporta como una fuente de corriente constante controlada por la intensidad de base (ganancia de corriente). Este parámetro lo suele proporcionar el fabricante dandonos un máximo y un mínimo para una corriente de colector dada (I c ); además de esto, suele presentar una variación acusada con la temperatura y con la corriente de colector, por lo que en principio no podemos conocer su valor. Algunos polímetros son capaces de medir este parámetro pero esta medida hay que tomarla solamente como una indicación, ya que el polímetro mide este parámetro para un valor de corriente de colector distinta a la que circulará por el BJT una vez en el circuito. 2. SATURACIÓN: En esta zona el transistor es utilizado para aplicaciones de conmutación (potencia, circuitos digitales, etc.), y lo podemos considerar como un cortocircuito entre el colector y el emisor. 3. CORTE: el transistor es utilizado para aplicaciones de conmutación (potencia, circuitos digitales, etc.), y podemos considerar las corrientes que lo atraviesan practicamente nulas (y en especial I c ). 3. ACTIVA INVERSA: Esta zona se puede considerar como carente de interés.

25 El transistor PNP es complemento del NPN de forma que todos los voltajes y corrientes son opuestos a los del transistor NPN. Para encontrar el circuito PNP complementario: 1. Se sustituye el transistor NPN por un PNP. 2. Se invierten todos los voltajes y corrientes.

26 AMPLIFICADOR OPERACIONAL El amplificador operacional es uno de los circuitos integrados más importantes y usados en las aplicaciones analógicas. Tiene como ventajas más interesantes su bajo coste, su pequeño tamaño y su versatilidad, que permite un uso generalizado en amplificación, filtros, computación analógica, comparación, rectificación, etc.. Un amplificador operacional (desde ahora AO) tiene básicamente tres terminales, tal y como vemos en la ilustración. Estos son las dos entradas (una negativa y otra positiva) y la salida. Por supuesto tiene otros terminales como los destinados a su alimentación y compensación. Símbolo del AO Según observamos en el modelo, el AO se puede representar por una impedancia de entrada (muy alta), otra de salida (baja) y una ganancia de voltaje (muy alta). A continuación vemos una tabla con los parámetros típicos de los AO. Modelo del AO Propiedad BJT (741) FET (LF351) Impedancia de entrada ( R i )1 Ω10 13 Ω Impedancia de salida ( R o )75 Ω Ganancia en lazo abierto ( a o )2 x Ancho de banda en lazo abierto5 Hz20 Hz Ancho de banda de ganancia unitaria1 MHz2 MHz Razón de eliminación de modo común (CMRR)95 dB100 dB Rapidez del voltaje de salida (SR)0,7 V/μs13 V/μs Valores típicos aproximados de los OA Se acostumbra a idealizar el AO, por lo que podemos considerar la resistencia de entrada nula y la de salida infinita. También son infinitos la ganancia de voltaje y el ancho de banda. Este concepto de AO ideal hace que el análisis y diseño de circuitos con AO sea muy simple, y los resultados preliminares con este concepto suelen ser suficientes en muchos casos. Indice Siguiente

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28 Diodo Semiconductor El diodo semiconductor está constituido fundamentalmente por una unión P-N, añadiéndole un terminal de conexión a cada uno de los contactos metálicos de sus extremos y una cápsula que aloja todo el conjunto, dejando al exterior los terminales que corresponden al ánodo (zona P) y al cátodo (Zona N) El diodo deja circular corriente a través suyo cuando se conecta el polo positivo de la batería al ánodo, y el negativo al cátodo, y se opone al paso de la misma si se realiza la conexión opuesta. Esta interesante propiedad puede utilizarse para realizar la conversión de corriente alterna en continua, a este procedimiento se le denomina rectificación. En efecto. si se aplica a este diodo una tensión alterna, únicamente se producirá circulación de corriente en las ocasiones en que el ánodo sea más positivo que el cátodo, es decir, en las altenancias positivas, quedando bloqueado en las ascendencias negativas, lo que impide el paso de la corriente por ser en estas ocasiones el ánodo más negativo que el cátodo. La corriente resultante será «pulsante», ya que sólo circulará en determinados momentos, pero mediante los dispositivos y circuitos adecuados situados a continuación puede ser convertida en una corriente continua constante, que es el que se emplea actualmente casi en exclusiva; presenta sobre el de vacío algunas ventajas fundamentales: - Es de tamaño mucho más reducido, lo que contribuye a la miniaturización de los circuitos. -La cantidad de calor generado durante el funcionamiento es menor, ya que no necesita ningún calentamiento de filamento. -- Funciona con tensiones mucho más bajas, lo que posibilita su empleo en circuitos alimentados a pilas o baterías. - Pueden ser utilizados en equipos que manejen grandes corrientes, aplicación que con diodos de vacío resultaba prohibitiva en ocasiones por el gran tamaño -de éstos. - Existen diodos semiconductores de muy pequeño tamaño para aplicaciones que no requieran conducciones de corrientes altas, tales como la demodulación - en receptores de radio. - Estos suelen estar encapsulados. en una caja cilíndrica de vidrio con los terminales en los extremos, aunque también se utiliza para ellos el encapsulado -con plástico

29 Clasificación Dentro del amplio conjunto de modelos y tipos diferentes de diodos semiconductores que actualmente existe en el mercado, se puede realizar una clasificación de forma que queden agrupados dos en varias familias, teniendo en cuenta aquellas características más destacadas y que, de hecho, son las que determinan sus aplicaciones. De esta forma se pueden encontrar las siguientes: - Diodos rectificadores de toda la gama de potencias, con escapsulado individual o en puente. - Diodos de señal de use general. - Diodos de conmutación. - Diodos de alta frecuencia. - Diodos estabilizadores de tensión. - Diodos especiales. Diodos rectificadores El encapsulado de estos diodos depende de la potencia que hayan de disipar. Para los de baja y media potencia se emplea el plástico hasta un límite de alrededor de 1 vatio. Por encima de este valor se hace necesario un encapsulado metálico y en potencias más altos deberá estar la cápsula preparada para que pueda ser instalado el diodo sobre un radiador de color, por medio de un sistema de sujeción a tornillo. Cualquier sistema rectificador de corrientes, tanto monofásicas como trifásicas o polifásicas, se realiza empleando varios diodos según una forma de conexión denominada en puente. No obstante, también se utiliza otro sistema con dos diodos, como alternativa del puente en algunos circuitos de alimentación monofásicos. Debido al gran consumo a nivel mundial de diodos que más tarde son empleados en montajes puente, los fabricantes decidieron, en un determinado momento, realizar ellos mismos esta disposición, uniendo en fábrica los cuatro diodos y cubriéndolos con un encapsulado común. Esto dio lugar a la aparición de diversos modelos de puentes de diodos con diferentes intensidades máximas de corriente y, por lo tanto, con disipaciones de potencia más o menos elevadas, en la misma forma que los diodos simples. En los tipos de mayor disipación, la cápsula del puente es metálica y está preparada para ser montada sobre un radiador.

30 Características Cualquier diodo rectificador está caracterizado por los siguientes factores: - Corriente directa máxima (If). - Tensión directa (Vd), para una corriente If determinada. - Tensión inversa máxima de pico de trabajo (VRWM). - Tensión inversa máxima de pico repetitiva (VRRM). - Corriente máxima de pico (Ifsm). - Corriente inversa máxima de pico (IRM), medida a VRRM. - Potencia total (P/tot). Estas características deberán ser tenidas en cuenta en el momento de la elección del modelo más adecuado para cada aplicación, procurando no ajustarse demasiado a los valores límites, ya que ello acortaría excesivamente la duración del componente. Diodos de señal Los diodos de señal de use general se emplean en funciones de tratamiento de la señal, dentro de un circuito o bien para realizar operaciones de tipo digital formando parte de «puertas» lógicas y circuitos equivalentes, Son de baja potencia. Las características de estos diodos son: - Tensión inversa (Vr), hasta 75 V como máximo. - Corriente directa (If), 100 mA. - Potencia máxima (P/tot), 200 milivatios (mW) El encapsulado es en forma de un cilindro miniatura, de plástico o vidrio, estando los dos terminales de conexión situados en los extremos. Sobre el cuerpo deberá estar marcado el hilo de conexión que corresponde al cátodo, mediante un anillo situado en las proximidades de éste.

31 Diodos de conmutación Los diodos de conmutación o rápidos se caracterizan por ser capaces de trabajar con señales de tipo digital o > que presenten unos tiempos de subida y bajada de sus flancos muy breves. El factor o parámetro que caracteriza a estos diodos es el tiempo de recuperación inverso (TRR) que expresa el tiempo que tarda la unión P-N en desalojar la carga eléctrica que acumula, cuando se encuentra polarizada inversamente (efecto similar a la acumulación de carga de un condensador), y recibe súbitamente un cambio de tensión que la polariza en sentido directo. Pueden ser considerados rápidos aquellos diodos con un TRR inferior a 400 nanosegundos, en modelos de media potencia, para los de baja potencia este tipo es del orden de los 5 nanosegundos. Diodos de alta frecuencia Los diodos de alta frecuencia se emplean en aquellas partes de un circuito que deben de funcionar con frecuencias superiores a 1 megahertz (1 millón de ciclos por segundo). Se caracterizan por presentar una baja capacidad de difusión (Cd) entre las dos zonas semiconductoras que forman la unión P-N, cuando éstas están polarizadas en sentido directo. Diodos zener Los diodos estabilizadores de tensión se emplean, como su nombre indica, para producir una tensión entre sus extremos constante y relativamente independiente de la corriente que los atraviesa. Aprovechan, para su funcionamiento, una propiedad muy interesante que presenta la unión semiconductora cuando se polariza inversamente por encima de un determinado nivel. Normalmente un diodo que recibe una polarización inversa no permite el paso de la corriente o lo hace dejando pasar una intensidad debilísima. Sin embargo, al alcanzar una determinada tensión, denominada tensión zener se produce un aumento de la cantidad de corriente, de forma tal que esta diferencia de potencial entre sus extremos se mantiene prácticamente constante, aunque se intente aumentar o disminuir a base de variar la intensidad que lo atraviesa. Existe una amplia gama de tipos clasificados por una serie de tensiones zener normalizadas y por la potencia que son capaces de disipar, desde 250 mili vatios hasta decenas de vatios, con encapsulado plástico o metálico. Los parámetros que caracterizan a un diodo zener son: - Tensión zener (Vz). - Corriente minima para alcanzar la Vz (Iz). - Potencia máxima (P/tot).

32 Diodos especiales Dentro del grupo de diodos especiales están comprendidos los diodos varicap, diodos túnel y diodos Led Los primeros se construyen buscando acentuar al máximo la propiedad que presente la unión P-N de comportarse de una forma análoga a un condensador, cuando se la polariza inversamente. La capacidad resultante es, además, variable con la tensión aplicada; lo cual permite disponer de una forma muy simple de condensadores variables, controlados por una diferencia de potencial. Su empleo está muy generalizado en etapas de sintonía de receptores de radio y TV.

33 FUENTES DE CORRIENTE DIRECTA >> Fuente de alimentación variable 0-15 volts Componentes a utilizar R1.- Potenciómetro lineal de 10 Kohms R2.- Resistor de 820 ohms 1/2 Watt R3.- Resistor de 1 Kohm 1/2 Watt C1.- Capacitor 100 uF 35 volts C2.- Capacitor 0.02 uF 50 volts C3.- Capacitor 470 uF 25 volts D1,D2.- Diodo de silicio 1N4001 1A 50PIV Q1.- Transistor de potencia NPN C1173 T1.- Transformador de potencia secundario 50V derivado central Z1.- Diodo Zener 1N5246B 16 volts 500 mWatts Fuente de alimentación regulada a 5 volts Componentes a utilizar C1,C2.- Capacitor electrolítico de 2200 uF, 16V D1 a D4.- Diodo de silicio 1N5400 IC1.- Regulador de voltaje 7805 (5V) T1.- Transformador de voltaje de 8 a 12 V, 1.5A apróx

34 Diodes A diode is a semiconductor device which allows current to flow through it in only one direction. Although a transistor is also a semiconductor device, it does not operate the way a diode does. A diode is specifically made to allow current to flow through it in only one direction. Some ways in which the diode can be used are listed here. A diode can be used as a rectifier that converts AC (Alternating Current) to DC (Direct Current) for a power supply device. Diodes can be used to separate the signal from radio frequencies. Diodes can be used as an on/off switch that controls current. This symbol is used to indicate a diode in a circuit diagram. The meaning of the symbol is (Anode) (Cathode). Current flows from the anode side to the cathode side. Although all diodes operate with the same general principle, there are different types suited to different applications. For example, the following devices are best used for the applications noted. Voltage regulation diode (Zener Diode) The circuit symbol is. It is used to regulate voltage, by taking advantage of the fact that Zener diodes tend to stabilize at a certain voltage when that voltage is applied in the opposite direction. Light emitting diode The circuit symbol is. This type of diode emits light when current flows through it in the forward direction. (Forward biased.)

35 Variable capacitance diode The circuit symbol is. The current does not flow when applying the voltage of the opposite direction to the diode. In this condition, the diode has a capacitance like the capacitor. It is a very small capacitance. The capacitance of the diode changes when changing voltage. With the change of this capacitance, the frequency of the oscillator can be changed. The graph on the right shows the electrical characteristics of a typical diode. When a small voltage is applied to the diode in the forward direction, current flows easily. Because the diode has a certain amount of resistance, the voltage will drop slightly as current flows through the diode. A typical diode causes a voltage drop of about V (V F ) (In the case of silicon diode, almost 0.6V) This voltage drop needs to be taken into consideration in a circuit which uses many diodes in series. Also, the amount of current passing through the diodes must be considered. When voltage is applied in the reverse direction through a diode, the diode will have a great resistance to current flow. Different diodes have different characteristics when reverse-biased. A given diode should be selected depending on how it will be used in the circuit. The current that will flow through a diode biased in the reverse direction will vary from several mA to just µA, which is very small.

36 Rectification / Switching / Regulation Diode The stripe stamped on one end of the diode shows indicates the polarity of the diode. The stripe shows the cathode side. The top two devices shown in the picture are diodes used for rectification. They are made to handle relatively high currents. The device on top can handle as high as 6A, and the one below it can safely handle up to 1A. However, it is best used at about 70% of its rating because this current value is a maximum rating. The third device from the top (red color) has a part number of 1S1588. This diode is used for switching, because it can switch on and off at very high speed. However, the maximum current it can handle is 120 mA. This makes it well suited to use within digital circuits. The maximum reverse voltage (reverse bias) this diode can handle is 30V. The device at the bottom of the picture is a voltage regulation diode with a rating of 6V. When this type of diode is reverse biased, it will resist changes in voltage. If the input voltage is increased, the output voltage will not change. (Or any change will be an insignificant amount.) While the output voltage does not increase with an increase in input voltage, the output current will. This requires some thought for a protection circuit so that too much current does not flow. The rated current limit for the device is 30 mA. Generally, a 3-terminal voltage regulator is used for the stabilization of a power supply. Therefore, this diode is typically used to protect the circuit from momentary voltage spikes. 3 terminal regulators use voltage regulation diodes inside.

37 Diode bridge Rectification diodes are used to make DC from AC. It is possible to do only 'half wave rectification' using 1 diode. When 4 diodes are combined, 'full wave rectification' occurrs. Devices that combine 4 diodes in one package are called diode bridges. They are used for full-wave rectification. The photograph on the left shows two examples of diode bridges. The cylindrical device on the right in the photograph has a current limit of 1A. Physically, it is 7 mm high, and 10 mm in diameter. The flat device on the left has a current limit of 4A. It is has a thickness of 6 mm, is 16 mm in height, and 19 mm in width.

38 Light Emitting Diode ( LED ) Light emitting diodes must be choosen according to how they will be used, because there are various kinds. The diodes are available in several colors. The most common colors are red and green, but there are even blue ones. The device on the far right in the photograph combines a red LED and green LED in one package. The component lead in the middle is common to both LEDs. As for the remaing two leads, one side is for the green, the other for the red LED. When both are turned on simultaneously, it becomes orange. When an LED is new out of the package, the polarity of the device can be determined by looking at the leads. The longer lead is the Anode side, and the short one is the Cathode side. The polarity of an LED can also be determined using a resistance meter, or even a 1.5 V battery. When using a test meter to determine polarity, set the meter to a low resistance measurement range. Connect the probes of the meter to the LED. If the polarity is correct, the LED will glow. If the LED does not glow, switch the meter probes to the opposite leads on the LED. In either case, the side of the diode which is connected to the black meter probe when the LED glows, is the Anode side. Positive voltage flows out of the black probe when the meter is set to measure resistance.

39 It is possible to use an LED to obtain a fixed voltage. The voltage drop (forward voltage, or V F ) of an LED is comparatively stable at just about 2V.

40 Shottky barrier diode Diodes are used to rectify alternating current into direct current. However, rectification will not occur when the frequency of the alternating current is too high. This is due to what is known as the "reverse recovery characteristic." The reverse recovery characteristic can be explained as follows: IF the opposite voltage is suddenly applied to a forward-biased diode, current will continue to flow in the forward direction for a brief moment. This time until the current stops flowing is called the Reverse Recovery Time. The current is considered to be stopped when it falls to about 10% of the value of the peak reverse current. The Shottky barrier diode has a short reverse recovery time, which makes it ideally suited to use in high frequency rectification. The shottky barrier diode has the following characteristics. The voltage drop in the forward direction is low. The reverse recovery time is short. However, it has the following disadvantages. The diode can have relatively high leakage current. The surge resistance is low. Because the reverse recovery time is short, this diode is often used for the switching regulator in a high frequency circuit.

41 Transistors TRANSISTORES The transistor's finction is to amplify an electric current. Many different kinds of transistors are used in analog circuits, for different reasons. This is not the case for digital circuits. In a digital circuit, only two values matter; on or off. The amplification abilitiy of a transistor is not relevant in a digital circuit. In many cases, a circuit is built with integrated circuits(ICs). Transistors are often used in digital circuits as buffers to protect ICs. For example, when powering an electromagnetic switch (called a 'relay'), or when controlling a light emitting diode. (In my case.) Two different symbols are used for the transistor. PNP type and NPN type The name (standard part number) of the transistor, as well as the type and the way it is used is shown below. 2SAXXXX PNP type high frequency 2SBXXXX PNP type low frequency 2SCXXXX NPN type high frequency 2SDXXXX NPN type low frequency The direction of the current flow differs between the PNP and NPN type. When the power supply is the side of the positive (plus), the NPN type is easy to use.

42 Appearance of the Transistor The outward appearance of the transistor varies. Here, two kinds are shown. On the left in the photograph is a 2SC1815 transistor, which is good for use in a digital circuit. They are inexpensive when I buy them in quantity. In Japan it costs 2,000 yen for a pack of 200 pieces. (About 10 US cents/piece in 1998) On the right is a device which is used when a large current is to be handled. Its part number is 2SD880.

43 The electrical characteristics of each is as follows. Item2SC18152SD880 V CEO (V)5060 I C (mA)1503A P C (mW)40030W h FE f T (MHz)803 V CEO : The maximum voltage that can be handled across the collector(C) and emitter(E) when the base(B) is open. (Not connected) (It may be shown as V CE ) I C :The maximum collector(C) current. P C : Maximum collector(C) loss that continuously can cause it consumed at surroundings temperature (Ta)=25°C (no radiator) h FE : The current gain to DC at the emitter(E). (I C /I B ) f T : The maximum DC switching frequency. (the transision frequency) Data sheet for 2SC1815

44 Component Lead of the Transistor Because the component leads differ between kinds of transistors, you need to confirm the leads with a datasheet, etc. Example of 2SC1815 transistor Part number is printed on the flat face of the transistor, and indicates the front. Right side : Base Center : Collector Left side : Emitter

45 Example of 2SD880 transistor Part number is printed on the flat face of the transistor, and indicates the front. Right side : Emitter Center : Collector Left side : Base 2SC1815 is opposite.


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