Diodo Comun, Zener, Led y Bjt

ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA BASICA, Tema 5

Ing. Julio R. Barrios Archila Pgina 1

APLICACIONES DEL DIODO RECTIFICADOR.

La aplicacin ms importante del diodo rectificador, es como su nombre lo indica,

rectificar la corriente alterna para convertirla en corriente directa, y bsicamente es un

fenmeno realmente sencillo y que responde a la forma en la cual se polariza el diodo en

funcin del tiempo ya que el voltaje de corriente alterna es una funcin del tiempo.

Existen dos formas de rectificacin: la rectificacin de media onda y la rectificacin

de onda completa.

RECTIFICACION DE MEDIA ONDA:

El proceso de rectificacin se describe a continuacin, teniendo el diodo en la

posicin que se muestra en el diagrama y sea la tensin alterna aplicada V(t) = A sin(t).

Si observamos en el osciloscopio la forma de onda de la corriente alterna, veramos

lo siguiente:

Al aplicar esta tensin a un diodo ideal podemos observar que en el semiciclo en el

cual la tensin es positiva, polarizamos al diodo de forma directa, por lo tanto este diodo

conduce esta tensin como si se tratase de un corto circuito; y en el momento en el cual la

tensin se vuelve negativa, automticamente el diodo queda polarizado de forma inversa lo

que provoca que el diodo se bloquee e impida el paso de la corriente, razn por la cual

luego del diodo observaramos una forma de onda como la que aparece en rojo a

continuacin:



Esto sucede cuando el diodo que se utiliza es un diodo ideal, sin embargo los diodos

que nosotros utilizamos no son ideales, por lo tanto si utilizamos un diodo de silicio por

ejemplo, sabemos que el diodo necesita una tensin de 0.7 voltios para entrar en

conduccin, por lo tanto en realidad nosotros observaramos la forma de onda que aparece

en verde en la siguiente grafica:



Puede observarse entonces que aunque el periodo de la forma de onda se mantiene,

obtiene un desfase y adems cambia el tiempo en el cual existe potencial a la salida del

diodo lo que provoca una reduccin del valor RMS del voltaje directo.

EJEMPLO:

En el siguiente circuito se cuenta con un diodo ideal, el cual se utiliza como

rectificador; si la tensin de la fuente de corriente alterna tiene una amplitud de 15 voltios,

determine:

a) La forma de onda del voltaje aplicado al resistor

b) El valor RMS del voltaje aplicado al resistor

c) La corriente que circula en el circuito

d) La potencia que disipa el resistor.

SOLUCION

A)

B) El valor RMS de cualquier forma de onda est dada por la siguiente expresin

En este caso si observamos la grafica, f(x) es una funcin compuesta, f(x) = sin(x)

0



Por lo tanto:

En este caso la amplitud de la forma de onda es 15 voltios, por lo tanto Vrms=7.5

voltios.

c) la corriente que circula por el resistor se calcula por ley de Ohm.

D) La potencia se calcula siempre sobre los valores rms, por lo tanto, en este caso la

potencia disipada en el resistor queda de la siguiente forma:

RECTIFICACION DE ONDA COMPLETA.



A diferencia del caso anterior, en el rectificador de onda completa es necesario

utilizar cuatro diodos para conseguir que tengamos ambos semiciclos de la forma de onda

con la misma polaridad, en este caso al rectificar la entrada de corriente alterna,

observaramos en nuestro osciloscopio la siguiente grafica:

Esto en el caso de los diodos ideales, sin embargo, si estamos utilizando diodos de

silicio sabemos que cada uno de los diodos necesita 0.7 voltios para entrar en operacin y

dado que en cada semiciclo funcionan a la vez dos diodos, se requiere un potencial igual a

1.4 voltios para que el sistema pueda entrar en funcionamiento.

Observaramos entonces la siguiente respuesta del circuito en el osciloscopio:

EL DIODO ZENER:



El diodo Zener, al igual que el diodo rectificador posee las mismas caractersticas,

con la nica diferencia de que este diodo est diseado para trabajar en la regin de zener,

la cual se encuentra en la regin de polarizacin inversa.

Si polarizamos el diodo zener de forma directa, este diodo funcionara como un

diodo rectificador, sin embargo si lo polarizamos adecuadamente para su uso, es decir de

forma inversa, entonces el diodo, antes de alcanzar el voltaje zener, se comportara como un

diodo rectificador, es decir no conducir en sentido inverso, sin embargo tan pronto

sobrepase el voltaje zener, el diodo entrara en conduccin manteniendo entre sus terminales

el valor del voltaje zener, esto puede observarse en el siguiente ejemplo.

EJEMPLO 2:

Determine la corriente que circula por la resistencia de carga y por el diodo zener

para cada uno de los siguientes casos:

a) R carga = 1k

b) R carga = 10 k

SOLUCION:



a) Cuando la resistencia de carga es igual a 1k, calculamos utilizando un divisor de

voltaje con el diodo zener desconectado para determinar si este diodo se encuentra

dentro de sus parmetros de trabajo o no.

Vcarga = 15 (1k / 6k) = 2.5 voltios.

Dado que el voltaje es menor al voltaje zener, el diodo zener nunca entra en

operacin y por lo tanto el circuito puede redibujarse sin el zener y se calculan las

corrientes como sigue:

I carga = 15/6k = 2.5mA

b) Cuando la resistencia de carga es 10K tenemos:

Vcarga = 15(20k/25k) = 12 voltios. Ya que el voltaje es mayor que el

voltaje de operacin del zener, nos indica que al conectar el zener, el voltaje en

la carga y en el zener se estabiliza al voltaje de diseo del zener, en este caso 4.3

voltios. Por tanto las respectivas corrientes son:

I carga = Vzener / R carga = 4.3/20k = 215uA.

I zener = I total I carga = (15-4.3)/5k 215uA = 1.925mA

DIODO LED:

Los LED o diodos emisores de luz son dispositivos semiconductores que irradian

luz de distintos colores dependiendo de la longitud de onda para la cual fueron

diseados, los primeros Led que se fabricaron fueron los rojos y los infrarrojos por su

facilidad de construccin; luego aparecieron los verdes, amarillos y anaranjados; y los

de mas reciente aparicin son los azules, blancos y ultravioletas.

Los led, para diseo en circuitos electrnicos se calculan como dispositivos que

utilizan una corriente de 10mA para su operacin y en promedio tienen una cada de

voltaje de 2 voltios; si el led es de alta luminiscencia, su corriente debe ser de 20mA;

por ejemplo.

Calcule el valor del resistor en serie necesario para alimentar un led utilizando

una fuente de voltaje de 5 voltios.

SOLUCION:

El diodo requiere una corriente de 10mA y 2 voltios, por lo tanto; el resistor

limitador deber consumir tres voltios y una corriente de 10 mA.

R = 3v/10mA = 300 ohm.

EL TRANSISTOR BJT

Es un dispositivo de tres capas de material semiconductor contaminado,

intercambiadas entre s; pueden existir de dos tipos.

Este dispositivo semiconductor se utiliza para la amplificacin de corriente, en

funcin de su transconductancia ( ); el anlisis que realizamos de este dispositivo es

relativamente sencillo para este curso, pues solo nos interesan los aspectos ms

fundamentales.



Las relaciones entre las corrientes que circulan por el transistor que nosotros

utilizaremos para el anlisis son las siguientes:

Y trataremos dos casos de polarizacin del transistor: La polarizacin por divisor de

voltaje y la polarizacin por doble fuente.

POLARIZACION POR DOBLE FUENTE:

En este caso de polarizacin el transistor posee una fuente que produce la corriente

necesaria para que pueda entrar en funcionamiento, podemos tener dos casos; el

primero cuando existe una resistencia en la base y el segundo, cuando se carece de esta

resistencia.

Para el primer caso, se dibuja una malla en el circuito base-emisor; y se analiza

utilizando la ley de voltajes de kirchoff.

Puede observarse que es necesario considerar la cada de voltaje en el transistor en

la unin base-emisor equivalente a la cada de voltaje a un diodo, en este caso de silicio; asi

tambin gracias a la aproximacin de la corriente de colector y de emisor se puede llegar a



la ultima ecuacin donde lo nico desconocido es el valor de la corriente de base, la cual

puede despejarse fcilmente.

Teniendo el valor de las corrientes pueden calcularse fcilmente todos los dems

parmetros en el circuito. Vc, Ve, Vce.

Para el segundo caso, dado que no existe el resisto de base, el clculo es similar, sin

embargo obtenemos en este caso directamente el valor de la corriente de emisor.

Ya

teniendo el valor de las tres corrientes, se puede proceder al clculo del resto de los

parmetros: Vc = voltaje en colector, Ve= voltaje en emisor, Vce = voltaje entre colector y

emisor.

POLARIZACION POR DIVISOR DE VOLTAJE:

En este caso el voltaje aplicado a la base del transistor se obtiene por medio de un

divisor de voltaje conectado a la misma fuente que provee la potencia al transistor, el

diagrama de esta configuracin aparece a continuacin.

Para el anlisis de este circuito, es necesario calcular el equivalente de thevenin en la

base del transistor, puede observarse fcilmente que el voltaje de thevenin en la base del

transistor en el voltaje en R2, el cual puede obtenerse fcilmente calculando el divisor de

voltaje y la resistencia de thevenin es igual al paralelo de las dos resistencias que forman el

divisor de voltaje:

Quedando el circuito asi:

Circuito que puede analizarse como el primer caso del transistor polarizado por dos

fuentes de voltaje.

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