TECNOLOGÍA DE EQUIPOS INFORMÁTICOS

Presentación del tema: "TECNOLOGÍA DE EQUIPOS INFORMÁTICOS"— Transcripción de la presentación:

1 TECNOLOGÍA DE EQUIPOS INFORMÁTICOS
Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos.

2 TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 2]
Contenido El diodo Simbología. Linealización de la característica I-V. Modelos simplificados para continua. Circuitos prácticos con diodos. Diodos para aplicaciones especiales. Visualizadores de presentación de la Información. TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 2]

3 El diodo como componente. Encapsulado y símbolo
A partir de una unión PN puede construirse el componente electrónico mas simple: el diodo. Al diodo se le puede definir formalmente como un dispositivo que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección. El símbolo eléctrico que lo representa muestra la característica del diodo de permitir la conducción en un único sentido. TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 3]

4 TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 4]
Característica I-V Parámetros Vd: Tensión de Codo, Umbral o Directa Imax: Corriente máxima Is: Corriente Inversa de saturación VR: Tensión de Ruptura : Vr Tensión umbral, de codo o directa (Vd ): La tensión umbral de polarización directa coincide en valor con la tensión de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va reduciendo, incrementándose la corriente ligeramente. Sin embargo, cuando la tensión externa supera la tensión umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma que para pequeños incrementos de tensión se producen grandes variaciones de la intensidad. Corriente máxima (Imax ): Es la intensidad de corriente máxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es función de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseño del mismo. Corriente inversa de saturación (Ir ): Es la pequeña corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formación de pares electrón-hueco debido a la temperatura. Tensión de ruptura (VR ): Es la tensión inversa máxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha. Efecto Joule. Se conoce como efecto Joule al que se produce cuando en un semiconductor por el que circula electricidad, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido al choque que sufren los electrones con las moléculas del semiconductor por el que circulan elevando la temperatura del mismo. Efecto avalancha. En polarización inversa se generan pares electrón-hueco que provocan la corriente inversa de saturación; si la tensión inversa es elevada los electrones se aceleran incrementando su energía cinética de forma que al chocar con electrones de valencia pueden provocar su salto a la banda de conducción. Estos electrones liberados, a su vez, se aceleran por efecto de la tensión, chocando con más electrones de valencia y liberándolos a su vez. El resultado es una avalancha de electrones que provoca una corriente grande. TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 4]

5 TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 5]
Linealización de la característica I-V. Modelos simplificados para CC (1) El modelo matemático que representa el comportamiento del diodo más empleado es el de Shockley. Sin embargo, a menudo se usan modelos mas sencillos que introducen errores tolerables para la mayoría de los análisis. Estos modelos aproximan la conducta del diodo en las zonas de funcionamiento por tramos rectos; son los llamados modelos de continua que se muestran en la figuras. TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 5]

6 TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 6]
Linealización de la característica I-V. Modelos simplificados para CC (2) El último modelo representa al diodo ideal. Su comportamiento se resume diciendo que en polarización directa, la caída de tensión es nula, sea cual sea el valor de la corriente directa. En polarización inversa, la corriente conducida es nula, sea cual sea el valor de la tensión inversa aplicada. TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 6]

7 Resolución de circuitos con diodos. Análisis numérico aproximado
Modelo simplificadode diodo elegido Calcular la intensidad (I) en el circuito de la figura en donde V>Vd Los circuitos con elementos no lineales como los diodos no siempre pueden ser resueltos por métodos matemáticos directos. Por ello se proponen dos vías alternativas que llamaremos: análisis numérico aproximado y análisis gráfico. Análisis numérico aproximado Este análisis usa alguno de los modelos lineales estudiados anteriormente. Para llevarlo a cabo se pueden seguir los siguientes pasos, suponiendo que el circuito a analizar tiene un solo diodo: 1) Establecer una hipótesis acerca del estado del diodo: conduce (on) o no conduce (off). 2) Se sustituye el símbolo del diodo por su circuito equivalente del modelo lineal elegido 3) Se procede al análisis del circuito aplicando las leyes y teoremas aplicables a circuitos lineales, como la Ley de Ohm, las leyes de Kirchoff, los teoremas de Thevenin y Norton, etc. 4) Finalmente se determina si los resultados obtenidos son consistentes con la hipótesis. Si lo son, la hipótesis es correcta y los resultados también. Si no lo son, la hipótesis es incorrecta y hay que proponer otra volviendo al paso 1). TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 7]

8 Resolución de circuitos con diodos. Análisis numérico aproximado
Hipótesis incorrecta: el diodo no conduce Hipótesis correcta: el diodo conduce Solución: 1) Suponemos que el diodo no conduce (off). 2) Se sustituye el símbolo del diodo por un CA 3) Se aplica al circuito resultante la ley de mallas de Kirchoff. 4) El resultado obtenido (VAB=V) contradice la hipótesis ya que un diodo con una tensión superior a Vd debe conducir según el modelo adoptado. Luego el diodo está realmente en conducción y VAB=Vd. Si volvemos a empezar el análisis del circuito –esta vez sustituyendo el diodo por una pila de valor Vd voltios- el resultado obtenido es una corriente cuyo valor es I=(V-Vd)/R que esta de acuerdo con el sentido de circulación de la corriente en el diodo. TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 8]

9 Resolución de circuitos con diodos. Análisis gráfico
El análisis gráfico se emplea cuando en un circuito existen dispositivos no lineales (diodos, transistores, etc). Este método permite evitar las dificultades de la resolución de un sistema de ecuaciones como el indicado, en el que la ley del diodo se expresa mediante una relación exponencial La ecuación [1] representa al modelo exponencial del diodo. TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 9]

10 TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 10]
Resolución de circuitos con diodos. Análisis gráfico. Recta de carga (1) Recta de carga La recta de carga es la ecuación lineal resultante de la aplicación de la ley de mallas al circuito del diodo. Para dibujarla sobre un plano I versus V basta obtener el corte con los ejes, anulando respectivamente V e I. Recta de carga TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 10]

11 TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 11]
Resolución de circuitos con diodos. Análisis gráfico. Recta de carga (2) Para llevar a cabo el análisis gráfico se precisa la curva V-I del diodo utilizado que suministra el fabricante. A partir de aquí, el método gráfico se puede resumir en los siguientes pasos: 1. Se elimina el diodo del circuito y se calcula el circuito equivalente Thevenin entre los puntos en los que se encontraba conectado el diodo (este caso tan simple no es necesario). 2. Se dibuja la recta de carga correspondiente al circuito Thevenin calculado en el mismo gráfico de la curva característica del diodo. Suponiendo que V=4v (tensión de la fuente) y que R=200 Ohms, los cortes con los ejes estarán en 4 v para el eje V y en V/R=20mA 5. Se halla el punto Q de intersección de la curva del diodo y la recta de carga (llamado punto de operación o de trabajo). Su proyección sobre los ejes nos dará los valotes VDQ=1,5v, IDQ=12mA. TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 11]

12 CIRCUITOS PRACTICOS CON DIODOS

13 TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 13]
Puerta AND En el circuito de la figura basta que uno de los conmutadores “S” esté cerrado para que fije una tensión nula en el cátodo del diodo correspondiente, forzando que conduzca este diodo, ya que la tensión de ánodo de ambos diodos es un nivel alto con S1 y S2 cerrados. Por otro lado, si S1 y S2 están abiertos la diferencia de tensión entre ánodo y cátodo sería aproximadamente nula haciendo casi imposible la conducción. En esta situación, con las diodos cortados, la tensión de salida sería un nivel alto. TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 13]

14 TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 14]
Puerta OR En el circuito de la figura basta que uno de los conmutadores “S” esté abierto para que se fije un nivel alto en el cátodo del diodo correspondiente y haga que conduzca, transmititiéndose el nivel alto a la salida. Por el contrario, si ambos conmutadores están abiertos los diodos estarán en off, provocando un nivel bajo a la salida. TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 14]

15 1.3. Circuitos rectificadores de media onda
Un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. Dependiendo del tipo de rectificación, puede ser de media onda , si solo se utiliza uno de los semiciclos de la corriente, o de onda completa , donde ambos semiciclos son aprovechados. En la figura se muestra un rectificador de media onda, constituido por un único diodo entre la fuente de alimentación alterna y la carga. Su funcionamiento es el siguiente: Durante el primer semiciclo la polaridad de Vi es positiva y el diodo permite el paso de la corriente como si fuera un corto circuito (polarización directa). Así la resistencia de carga está conectada directamente a la fuente y sobre sus terminales (los de la carga) aparece una tensión Vo igual al Vi de la fuente de C.A. Durante el segundo semiciclo de la corriente alterna, la polaridad de Vi es negativa, el diodo se comporta como un circuito abierto (polarización inversa), la corriente entonces es cero y no aparece tensión en la resistencia de carga. La forma de onda de la corriente de salida, será la de una corriente continua pulsatoria, con una frecuencia de pulso igual a la de la corriente alterna de alimentación. TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 15]

16 Rectificador de onda completa (1)
Un rectificador de onda completa proporciona una corriente rectificada de salida que será la de una corriente continua pulsatoria, pero, a diferencia del rectificador de media onda, con una frecuencia de pulso doble de la de la corriente alterna de alimentación. TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 16]

17 Rectificador de onda completa (2)
El funcionamiento del rectificador de onda completa es el siguiente: Durante el semiciclo en que el punto A es positivo con respecto a B, la corriente circula a través del camino “nodo A - Diodo D-1- Resistor -- Diodo D-4 -- nodo B que favorece su sentido de circulación. En el semiciclo siguiente, cuando A es negativo y B positivo lo hará por: Nodo B - Diodo D-2 - Resistor - Diodo D-3 --> punto A. En este caso, nótese como circula corriente por la carga, en el mismo sentido, en los dos semiciclos, con lo que se aprovechan ambos y se obtiene una corriente rectificada más uniforme que en el caso del rectificador de media onda, donde durante un semiciclo se interrumpe la circulación de corriente por la carga. TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 17]

18 DIODOS DE APLICACIONES ESPECIALES
DIODOS DE APLICACIONES ESPECIALES. VISUALIZADORES DE PRESENTACIÓN DE INFORMACIÓN

19 TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 19]
1.4. El Diodo Zener Un diodo Zener es un diodo de silicio que se ha construido para que funcione en la zona de ruptura. También se les llama diodos de avalancha o de ruptura. Los diodos zener, como cualquier diodo, tienen cierta resistencia interna al circular una corriente y , en inversa (zona zener), se produce una pequeña caída de tensión de ruptura (Vz). TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 19]

20 El Zener como regulador (1)
Un regulador o estabilizador es un dispositivo electrónico para obtener una tensión de salida deseada en base al nivel de entrada. Dado que los diodos Zener mantienen la tensión entre sus terminales prácticamente constante cuando están polarizados inversamente, en un amplio rango de intensidades y temperaturas, se emplean en circuitos reguladores de tensión tal y como se muestra en la figura. Nótese que en la malla se verifica que Vi + Vak = R I. TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 20]

21 El Zener como regulador (2)
1) 2) 3) Para analizar el circuito regulador presentado en el circuito anterior consideraremos un modelo simplificado de diodo –el modelo lineal- que se muestra en la figura, y aplicaremos el método iterativo suponiendo que inicialmente se encuentra en el corte. Los modos de operación del zener resultante son los siguientes, dependiendo de la tensión Vi: Directa. La fuente presenta una tensión negativa que polariza al diodo en directa. En este caso se puede representar al zener por una pila de valor nominal igual a la tensión umbral Vd. Corte. La tensión de la fuente no es suficiente para polarizarlo en directa, ni para polarizarlo en inversa. Inversa. La tensión de la fuente es positiva y suficiente para polarizar al diodo en inversa. TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 21]

22 TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 22]
Diodo Schottky El diodo Schottky,se caracteriza por su velocidad de conmutación y una baja caída de tensión cuando está polarizado en directo (típicamente de 0.25 a 0.4 voltios). El diodo Schottky está más cerca del diodo ideal que el diodo semiconductor común pero tiene algunas características que hacen imposible su utilización en aplicaciones de potencia como: poca capacidad de conducción de corriente en directa y no acepta grandes voltajes que lo polaricen inversamente. A pesar de ello el diodo Schottky encuentra gran cantidad de aplicaciones en circuitos de alta velocidad en computadoras, donde se necesitan grandes velocidades de conmutación y su baja caída de voltaje en directo causa poco gasto de energía. TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 22]

23 Diodos Emisores de Luz (LED)
El diodo LED (Light Emitting Diode) se caracteriza por: Emitir una luz que depende de los materiales utilizados en la fabricación. Para ello el LED tiene que operar en polarización directa. La luz emitida por un LED procede de la energía liberada en las recombinaciones. Concretamente compuestos como Ga As o el Ga P pueden generar radiación desde el infrarrojo al verde. TEI. Tema 1. Dispositivos bipolares (II). Diodos [Página 23]