Apuntes de clase 2 1.doc

7/24/2019 Apuntes de clase 2 1.doc

1/27


2/27

Semiconductores

!on elementos, como el germanio el silicio, que a ba:as temperaturas son aislantes. $ero a

medida que se elea la temperatura o bien por la adiccin de determinadas impure1as

resulta posible su conduccin. !u importancia en electrnica es inmensa en la abricacinde transistores, circuitos integrados, etc...

Los semiconductores tienen alencia #, esto es # electrones en rbita e6terior de alencia.

Los conductores tienen 8 electrn de alencia, los semiconductores # los aislantes ;

electrones de alencia.

Los 2 semiconductores que eremos ser+n el !ilicio el Germanio5

Como emos los semiconductores se caracteri1an por tener una parte interna con carga < #

# electrones de alencia.

Cristales de silicio

Semiconductores e!tr"nsecos

!on los semiconductores que est+n dopados, esto es que tienen impure1as. =a 2 tipos

dependiendo de que tipo de impure1as tengan5

Semiconductor tipo n

*s el que est+ impuriicado con impure1as >/onadoras>, que son impure1as pentaalentes.Como los electrones superan a los 0uecos en un semiconductor tipo n,

2


3/27

reciben el nombre de >portadores maoritarios>, mientras que a los 0uecos se les denomina

>portadores minoritarios>.

Al aplicar una tensin al semiconductor de la igura, los electrones libres dentro del

semiconductor se mueen 0acia la i1quierda los 0uecos lo 0acen 0acia la derec0a.

Cuando un 0ueco llega al e6tremo derec0o del cristal, uno de los electrones del circuito

e6terno entra al semiconductor se recombina con el 0ueco.

Los electrones libres de la igura circulan 0acia el e6tremo i1quierdo del cristal, donde

entran al conductor luen 0acia el positio de la batera.

Semiconductor tipo p

*s el que est+ impuriicado con impure1as >Aceptoras>, que son impure1as trialentes.

Como el n3mero de 0uecos supera el n3mero de electrones libres, los 0uecos son los

portadores maoritarios los electrones libres son los minoritarios.

Al aplicarse una tensin, los electrones libres se mueen 0acia la i1quierda los 0uecos lo

0acen 0acia la derec0a. *n la igura, los 0uecos que llegan al e6tremo derec0o del cristal se

recombinan con los electrones libres del circuito e6terno.

*n el circuito 0a tambin un lu:o de portadores minoritarios. Los electrones libres dentro

del semiconductor circulan de derec0a a i1quierda. Como 0a mu pocos portadores

minoritarios, su eecto es casi despreciable en este circuito.

El diodo no polari#ado

Los semiconductores tipo p tipo n separados no tienen muc0a utilidad, pero si un cristal

se dopa de tal orma que una mitad sea tipo n la otra mitad de tipo p, esa unin pn tiene

unas propiedades mu 3tiles entre otras cosas orman los >/iodos>.

*l +tomo pentaalente en un cristal de silicio '!i( produce un electrn libre se puede

representar como un signo > encerrado en un circulo con un punto relleno 'que sera el

electrn( al lado.

3


4/27

*l +tomo trialente sera un signo >-> encerrado en un circulo con un punto sin rellenar al

lado 'que simboli1ara un 0ueco(.

*ntonces la representacin de un !C tipo n sera5

? la de un !C tipo p5

La unin de las regiones p n ser+5

Al :untar las regiones tipo p tipo n se crea un >/iodo de unin> o >Unin pn>.

$ona de deple!in

Al 0aber una repulsin mutua, los electrones libres en el lado n se dispersan en cualquier

direccin. Algunos electrones libres se diunden atraiesan la unin, cuando un electrn

libre entra en la regin p se conierte en un portador minoritario el electrn cae en un

0ueco, el 0ueco desaparece el electrn libre se conierte en electrn de alencia. Cuando

un electrn se diunde a tras de la unin crea un par de iones, en el lado n con carga

positia en el p con carga negatia.

Las pare:as de iones positio negatio se llaman dipolos, al aumentar los dipolos la

regin cerca de la unin se aca de portadores se crea la llamada >@ona de deple6in>.

4


5/27

%arrera de potencial

Los dipolos tienen un campo elctrico entre los iones positio negatio, al entrar los

electrones libres en la 1ona de deple6in, el campo elctrico trata de deolerlos a la 1ona

n. La intensidad del campo elctrico aumenta con cada electrn que cru1a 0asta llegar al

equilibrio.

*l campo elctrico entre los iones es equialente a una dierencia de potencial llamada

>Barrera de $otencial> que a 2% C ale5

. " para diodos de Ge.

. " para diodos de !i.

&olari#ar5 $oner una pila.No polari#ado5 Do tiene pila, circuito abierto o en aco.#'c'e.5 @ona de Carga *spacial o 1ona de deple6in 'E(.

&olari#acin directa!i el terminal positio de la uente est+ conectado al material tipop el terminal negatiode la uente est+ conectado al material tipo n, diremos que estamos en >$olari1acin

/irecta>.

La cone6in en polari1acin directa tendra esta orma5

*n este caso tenemos una corriente que circula con acilidad, debido a que la uente obliga

a que los electrones libres 0uecos luan 0acia la unin. Al moerse los electrones libres

0acia la unin, se crean iones positios en el e6tremo derec0o de la unin que atraer+n a los

electrones 0acia el cristal desde el circuito e6terno.

5


6/27

As los electrones libres pueden abandonar el terminal negatio de la uente luir 0acia el

e6tremo derec0o del cristal. *l sentido de la corriente lo tomaremos siempre contrario al

del electrn.

Lo que le sucede al electrn5 &ras abandonar el terminal negatio de la uente entra por el

e6tremo derec0o del cristal. !e despla1a a tras de la 1ona n como electrn libre.

*n la unin se recombina con un 0ueco se conierte en electrn de alencia. !e despla1aa tras de la 1ona p como electrn de alencia. &ras abandonar el e6tremo i1quierdo del

cristal lue al terminal positio de la uente.

&olari#acin in(ersa

!e inierte la polaridad de la uente de continua, el diodo se polari1a en inersa, el terminal

negatio de la batera conectado al lado p el positio al n, esta cone6in se denomina

>$olari1acin Inersa>.

*n la siguiente igura se muestra una cone6in en inersa5

*l terminal negatio de la batera atrae a los 0uecos el terminal positio atrae a los

electrones libres, as los 0uecos los electrones libres se ale:an de la unin la #'c'e'seensanc0a.

A maor anc0ura de la 1.c.e. maor dierencia de potencial, la 1ona de dele6in de:a de

aumentar cuando su dierencia de potencial es igual a la tensin inersa aplicada '"(,

entonces los electrones 0uecos de:an de ale:arse de la unin.

A maor la tensin inersa aplicada maor ser+ la 1.c.e.

6


7/27

*6iste una peque7a corriente en polari1acin inersa, porque la energa trmica crea

continuamente pares electrn-0ueco, lo que 0ace que 0alla peque7as concentraciones de

portadores minoritarios a ambos lados, la maor parte se recombina con los maoritarios

pero los que est+n en la 1.c.e. pueden iir lo suiciente para cru1ar la unin tenemos as

una peque7a corriente.

La 1ona de deple6in empu:a a los electrones 0acia la derec0a el 0ueco a la i1quierda, se

crea as una la >Corriente Inersa de !aturacin>'I!( que depende de la temperatura.

Adem+s 0a otra corriente >Corriente !upericial de Fugas> causada por

las impure1as del cristal las imperecciones en su estructura interna. *sta corriente

depende de la tensin de la pila '" "$(.

*ntonces la corriente en inersa 'I I( ser+ la suma de esas dos corrientes5

RECTI)IC*CION NO CONTRO+*D*

O%,ETI-OS Conectar un circuito rectiicador de media onda onda completa.

/eterminar las ormas de onda de entrada salida.

/eterminar la orma de onda de la tensin de salida, cuando se conecta un iltro

capacitio.

/eterminar el alor de la tensin de ri1ado.

/eterminar la inluencia de la carga sobre la tensin de ri1ado en los circuitos

rectiicadores.

INTRODUCCI.N'

7


8/27

*6isten circuitos electrnicos capaces de conertir potencia de corriente alterna a

potencia de corriente directa 0a otros que conierten potencia de corriente directa a

potencia de corriente alterna, los primeros se llaman rectiicadores los otros son los

inersores. *n este laboratorio se er+n los rectiicadores no controlados, es decir, no

se ara la potencia de entrada o salida. La rectiicacin se clasiica a sea como de

media onda o de onda completa.

Recti/icador de media onda'La Figura %.8 muestra un rectiicador de media onda simple. Cuando la tensin de

entrada es positia, el diodo se polari1a en directa se puede reempla1ar por un

cortocircuito 'suponiendo que sea ideal(. !i la tensin de entrada es negatia, el diodo

se polari1a en inersa se puede reempla1ar por un circuito abierto 'siempre que la

tensin no sea mu negatia como para romper la unin(. $or tanto cuando el diodo se

polari1a en directa, la tensin de salida a tras del resistor de carga se puede

encontrar a partir de la relacin de un diisor de tensin. $or otra parte, en

condicin de polari1acin inersa, la corriente es cero de manera que la tensin

tambien.

Figura %.85 >ectiicador de media ondaH.

*l rectiicador de media onda se puede utili1ar para crear una salida de C/ casi constante

si se iltra la orma de

onda de la Figura %.8. La rectiicacin de media onda no es mu eiciente. /urante la

mitad de cada ciclo, la entrada se bloquea completamente desde la salida. !i sepudiera transerir energa de la entrada a la salida durante este medio ciclo, se podra

incrementar la potencia de salida para una entrada determinada.

Recti/icador de onda completa'Un rectiicador de onda completa transiere energa de la entrada a la salida durante todo

el ciclo proporciona maor corriente promedio por cada ciclo en relacin con la que

se obtiene utili1ando un rectiicador de media onda. $or lo general, al construir un

rectiicador de onda completa se utili1a un transormador con el in de obtener

polaridades positias negatias. *n la Figura %.2 se muestran un circuito

representatio la cura de tensin de

salida.

8


9/27

Fig. %.2 ectiicador de onda completa.

*s posible 0acer la rectiicacin de onda completa sin utili1ar transormador para lo que

se utili1a un rectiicador puente 'Figura %.%(.

Los circuitos rectiicadores, proporcionan una tensin en C/ pulsante en la tensin de

salida. *stas pulsaciones 'conocidas como ri1o de salida( se pueden reducir

considerablemente iltrando la tensin de salida del rectiicador. La tensin de salida

iltrada para un rectiicador de onda completa se muestra en la Figura %..

La ecuacin para encontrar el capacitores5

C % 6 I J 6 "ma6

DIODOS RECTI)IC*DORES

*l uncionamiento de este diodo, a grandes rasgos es la siguiente5

*n la 1ona directa se puede considerar como un generador de tensin continua, tensin de

codo '.%-. " para el silicio .2-.# " para el germanio(. Cuando se polari1a en inersa

se puede considerar como un circuito abierto. Cuando se alcan1a la tensin inersa dedisrupcin '1ona inersa( se produce un aumento dr+stico de la corriente que puede llegar a

destruir al dispositio.

9


10/27

*ste diodo tiene un amplio margen de aplicaciones5 circuitos rectiicadores, limitadores,

i:adores de niel, proteccin contra cortocircuitos, demoduladores, me1cladores,

osciladores, bloqueo bpass en instalaciones otooltaicas, etc..

Cuando usamos un diodo en un circuito se deben tener en cuenta las si0uientesconsideraciones 1a partir de las o2as de caracter"sticas suministradas por el/abricante34

8. La tensin inersa m+6ima aplicable al componente, repetitia o no '" m+6o " m+6,

respectiamente( 0a de ser maor 'del orden de tres eces( que la m+6ima que este a a

soportar.

2. La corriente m+6ima en sentido directo que puede atraesar al componente, repetitia o

no 'IFK m+6e IF m+6respectiamente(, 0e de ser maor 'del orden del doble( que la m+6imaque este a a soportar.

.La potencia m+6ima que puede soportar el diodo 'potencia nominal( 0a de ser maor 'del

orden del doble( que la m+6ima que este a a soportar.

2.- ectiicador a diodos

*l rectiicador es el que se encarga de conertir la tensin alterna que sale del

transormador en tensin continua. $ara ello se utili1an diodos. Un diodo conduce cuando

la tensin de su +nodo es maor que la de su c+todo. *s como un interruptor que se abre

se cierra seg3n la tensin de sus terminales5

10


11/27

*l rectiicador se conecta despus del transormador, por lo tanto le entra tensin alterna

tendr+ que sacar tensin continua, es decir, un polo positio otro negatio5

La tensin "i es alterna senoidal, esto quiere decir que a eces es positia otras

negatia. *n un osciloscopio eramos esto.

La tensin m+6ima a la que llega "i se le llama tensin de pico en la gr+ica igura como

"ma6. la tensin de pico no es lo mismo que la tensin eica1 pero estan relacionadas, $or

e:emplo, si compramos un transormador de ) oltios son ) oltios eicaces, estamos

0ablando de "i. $ero la tensin de pico "ma6 endr+ dada por la ecuacin5

-ma! 5 -i ! 678689

-ma! 5 : ! 678689 5 ;78; -

9'6 Recti/icador a un diodo

*l rectiicador mas sencillo es el que utili1a solamente un diodo, su esquema es este5

Cuando "i sea positia la tensin del +nodo ser+ maor que la del c+todo, por lo que el

diodo conducir+5 en "o eremos lo mismo que en "i

Kientras que cuando "i sea negatia la tensin del +nodo ser+ menor que la del c+todo el

diodo no podr+ conducir, la tensin "o ser+ cero.

!eg3n lo que acabamos de decir la tensin "o tendr+ esta orma5

11


12/27

Como puedes comprobar la tensin que obtenemos con este rectiicador no se parece

muc0o a la de una batera, pero una cosa es cierta, 0emos conseguido rectiicar la tensin

de entrada a que "o es siempre positia. Aunque posteriormente podamos iltrar esta se7al

conseguir me:or calidad este esquema no se suele usar demasiado.

2.2 ectiicador en puente

*l rectiicador mas usado es el llamado rectiicador en puente, su esquema es el siguiente5

Cuando "i es positia los diodos /2 / conducen, siendo la salida "o igual que la

entrada "i

Cuando "i es negatia los diodos /8 /# conducen, de tal orma que se inierte la tensin

de entrada "i 0aciendo que la salida uela a ser positia.

*l resultado es el siguiente5

"emos en la igura que todaa no 0emos conseguido una tensin de salida demasiado

estable, por ello, ser+ necesario iltrarla despus.

*s tan com3n usar este tipo de rectiicadores que se enden a preparados los cuatro diodos

en un solo componente. !uele ser recomendable usar estos puentes rectiicadores, ocupan

menos que poner los cuatro diodos para corrientes grandes ienen a preparados para ser

montados en un radiador. *ste es el aspecto de la maora de ellos5

12


13/27

&ienen cuatro terminales, dos para la entrada en alterna del transormador, uno la salida

positia otro la negatia o masa. Las marcas en el encapsulado suelen ser5

$ara las entradas en alterna

< $ara la salida positia

M $ara la salida negatia o masa.

2. ectiicador a dos diodos

La orma de la onda de salida es idntica a la del rectiicador en puente, sin embargo este

rectiicador precisa de un transormador con toma media en el secundario. Un

transormador de este tipo tiene una cone6in suplementaria en la mitad del arrollamiento

secundario5

Dormalmente se suele tomar como reerencia o masa la toma intermedia, de esta orma se

obtienen dos se7ales senoidales en oposicin de ase. dos se7ales de este tipo tienen la

siguiente orma5

*l esquema del rectiicador con dos diodos es el siguiente5

13


14/27

&al como son las tensiones en A en B nunca podr+n conducir ambos diodos a la e1.

Cuando A sea positia 'B negatia( el +nodo de /8 estar+ a maor tensin que su c+todo,

proocando que /8 condu1ca. Cuando B sea positia 'A negatia( el +nodo de /2 estar+ a

maor tensin que su c+todo, proocando que /2 condu1ca. Nbtenindose la misma orma

de "o que con el puente rectiicador5

La enta:a de este monta:e es que solo utili1a dos diodos solo conduce uno cada e1.

2.# Cada de tensin en los diodos5

Cuando 0abl+bamos de los diodos decamos que eran como interruptores que se abren se

cierran seg3n la tensin de sus terminales. *sto no es del todo correcto, cuando un diodo

est+ cerrado tiene una cada de tensin de entre , oltios 8 oltio, dependiendo de la

corriente que este conduciendo esta cada puede ser maor.

*sto quiere decir que por cada diodo que este conduciendo en un momento determinado se

>pierde> un oltio apro6imadamente.

*n el rectiicador de un diodo conduce solamente un diodo a la e1, por lo tanto la tensin

de pico "ma6 de la salida ser+ un oltio inerior a la de la "ma6 de entrada. $or e:emplo5

supn que tienes un transormador de ) " quieres saber la tensin de pico que te queda

cuando le pones un rectiicador de un diodo, la tensin de salida de pico "ma6 ser+ lasiguiente5

-ma! 5 : ! 6'8689 < 6 5 =7> -

*n el rectiicador en puente conducen siempre dos diodos a la e1, se dice que conducen

dos a dos, por lo tanto la tensin de pico de la salida "ma6 ser+ dos oltios inerior a la

"ma6 de entrada. $or e:emplo5 supn el mismo transormador de ) oltios quieres saber

la tensin de pico que te queda al ponerle un rectiicador en puente, la tensin de salida de

pico "ma6 ser+ la siguiente5

-ma! 5 : ! 6'8689 < 9 5 :7> -

14


15/27

Oui1+s te e6tra7e que el rectiicador en puente sea el mas usado pese a que >pierde> mas

oltios. $ero ten en cuenta que la orma de onda del rectiicador con un diodo el

rectiicador en puente no son iguales al inal acaba rindiendo muc0o me:or el puente de

diodos.

. *l iltro5

La tensin en la carga que se obtiene de un rectiicador es en orma de pulsos. *n un ciclo

de salida completo, la tensin en la carga aumenta de cero a un alor de pico, para caer

despus de nueo a cero. *sta no es la clase de tensin continua que precisan la maor

parte de circuitos electrnicos. Lo que se necesita es una tensin constante, similar a la uqe

produce una batera. $ara obtener este tipo de tensin rectiicada en la carga es necesario

emplear un iltro.

*l tipo mas com3n de iltro es el del condensador a la entrada, en la maora de los casos

perectamente +lido. !in embargo en algunos casos puede no ser suiciente tendremos

que ec0ar mano de algunos componentes adicionales.

.8 Filtro con condensador a la entrada5

*ste es el iltro mas com3n seguro que lo conocer+s, basta con a7adir un condensador en

paralelo con la carga 'L(, de esta orma5

&odo lo que digamos en este apartado ser+ aplicable tambin en el caso de usar el iltro en

un rectiicador en puente.

Cuando el diodo conduce el condensador se carga a la tensin de pico "ma6. Una e1

rebasado el pico positio el condensador se abre. P$or queQ debido a que el condensador

tiene una tensin "ma6 entre sus e6tremos, como la tensin en el secundario del

transormador es un poco menor que "ma6 el c+todo del diodo esta a mas tensin que el

+nodo. Con el diodo a0ora abierto el condensador se descarga a tras de la carga. /urante

este tiempo que el diodo no conduce el condensador tiene que >mantener el tipo> 0acer

que la tensin en la carga no ba:e de "ma6. *sto es pr+cticamente imposible a que al

descargarse un condensador se reduce la tensin en sus e6tremos.

Cuando la tensin de la uente alcan1a de nueo su pico el diodo conduce breemente

recargando el condensador a la tensin de pico. *n otras palabras, la tensin del

condensador es apro6imadamente igual a la tensin de pico del secundario del

transormador '0a que tener en cuenta la cada en el diodo(. La tensin "o quedar+ de la

siguiente orma5

15


16/27

La tensin en la carga es a0ora casi una tensin ideal. !olo nos queda un peque7o ri1ado

originado por la carga descarga del condensador. $ara reducir este ri1ado podemos optar

por construir un rectiicador en puente5 el condensador se cargara el doble de eces en el

mismo interalo teniendo as menos tiempo para descargarse, en consecuencia el ri1ado es

menor la tensin de salida es mas cercana a "ma6.

Ntra orma de reducir el ri1ado es poner un condensador maor, pero siempre tenemos que

tener cuidado en no pasarnos a que un condensador demasiado grande origina problemasde conduccin de corriente por el diodo , por lo tanto, en el secundario del transormador

'la corriente que conduce el diodo es la misma que conduce el transormador(.

E/ecto del condensador en la conduccin del diodo4

Como enimos diciendo 0asta a0ora, el diodo solo conduce cuando el condensador se

carga. Cuando el condensador se carga aumenta la tensin en la salida, cuando se

descarga disminue, por ello podemos distinguir perectamente en el gr+ico cuando el

diodo conduce cuando no. *n la siguiente igura se 0a representado la corriente que

circula por el diodo, que es la misma que circula por el transormador5

La corriente por el diodo es a pulsos, aqu mostrados como rect+ngulos para simpliicar.

Los pulsos tienen que aportar suiciente carga al condensador para que pueda mantener lacorriente de salida constante durante la no conduccin del diodo. *sto quiere decir que el

diodo tiene que conducir >de e1> todo lo que no puede conducir durante el resto del ciclo.

*s mu normal, entonces, que tengamos una uente de 8 Amperio esos pulsos lleguen

0asta 8 Amperios o mas. *sto no quiere decir que tengamos que poner un diodo de 8

amperios, Un 8D#8 aguanta 8 amperio de corriente media pulsos de 0asta amperios.

!i ponemos un condensador maor reducimos el ri1ado, pero al 0acer esto tambin

reducimos el tiempo de conduccin del diodo, Como la corriente media que pasa por los

diodos ser+ la misma 'e igual a la corriente de carga( los pulsos de corriente se 0acen

maores5

16


17/27

? esto no solo aecta al diodo, al transormador tambin, a que a medida que los pulsos de

corriente se 0acen mas estrec0os ' mas altos a su e1( la corriente eica1 aumenta. !i nos

pasamos con el condensador podramos encontrarnos con que tenemos un transormador de

,% A no podemos suministrar mas de ,2 A a la carga 'por poner un e:emplo(.

-alores recomendables para el condensador en un RECTI)IC*DOR EN &UENTE4

!i quieres a:ustar el alor del condensador al menor posible esta rmula te dar+ el alor

del condensador para que el ri1ado sea de un 8R de "o 'regla del 8R(5

C 5 1> ! I3 ? 1@ -ma!3

donde5

C5 Capacidad del condensador del iltro en aradios

I5 corriente que suministrar+ la uente

S5 recuencia de la red

"ma65 tensin de pico de salida del puente 'apro6imadamente "o(

!i se quiere conseguir un ri1ado del R puedes multiplicar el resultado anterior por 8,#,

si quieres un ri1ado menor resulta mas recomendable que uses otro tipo de iltro o pongas

un estabili1ador.

E2emplo prActico4

!e desea dise7ar una uente de alimentacin para un circuito que consume 8% mA a 82".

*l ri1ado deber+ ser inerior al 8R. $ara ello se dispone de un transormador de 8 " 2,%"A de un rectiicador en puente. *legir el alor del condensador5

8.- Calculamos la corriente que es cap+1 de suministrar el transormador para determinar si

ser+ suiciente, esta corriente tendr+ que ser superior a la corriente que consume el circuito

que amos a alimentar

It 5 97> ? 6B 5 9>B m*

$arece que sire, como calcularlo resulta bastante mas complicado nos iaremos de nuestra

intuicin. &en en cuenta siempre que el transormador tiene que ser de mas corriente de la

que quieras obtener en la carga.

17


18/27

2.- Calculamos la "ma6 de salida del puente rectiicador teniendo en cuenta la cada de

tensin en los diodos 'conducen dos a dos(.

-ma! 5 6B ! 678689 < 9 5 69768 -

*sta ser+ apro6imadamente la tensin de salida de la uente.

.- Calculamos el alor del condensador seg3n la rmula del 8R, la I es de 8% mA la S

es % =1 en *uropa la "ma6 es 82,8# "5

C 5 1> ! B76>3 ? 1>B ! 697683 5 B7BB69>> )

C 5 69>7> )

tomaremos el alor mas apro6imado por encima.

'"er tipos de condensadores

.2 Filtros $asios C LC5

Con la regla del 8 por 8 se obtiene una tensin continua en la carga con un ri1ado de

apro6imadamente el 8R. Antes de los a7os setenta se conectaban iltros pasios entre el

condensador del iltro la carga para reducir el ri1ado a menos del 8R. La intencin era

obtener una tensin continua casi perecta, similar a la que proporciona una pila. *n la

actualidad es mu raro er iltros pasios en dise7os de circuitos nueos, es mas com3n

usar circuitos estabili1adores de tensin. !in embargo estos estabili1adores tienen sus

limitaciones es posible que no te quede mas remedio que usar un iltro pasio.

)iltro RC4

La igura muestra dos iltros C entre el condensador de entrada la resistencia de carga.*l ri1ado aparece en las resistencias en serie en lugar de 0acerlo en la carga. Unos buenos

alores para las resistencias los condensadores seran5

R 5 :7;

C 5 6BBB )

Con estos alores cada seccin aten3a el ri1ado en un actor de 8, puedes poner una, dos,

tres secciones. Do creo que necesites mas.

La desenta:a principal del iltro C es la prdida de tensin en cada resistencia. *sto

quiere decir que el iltro C es adecuado solamente para cargas peque7as. *s mu util

cuando tienes un circuito digital controlando rels, en ocasiones estos rels crean ruidos en

18
http://perso.wanadoo.es/chyryes/glosario/tipo_con.htmhttp://perso.wanadoo.es/chyryes/glosario/tipo_con.htm


19/27

la alimentacin proocando el mal uncionamiento del circuito digital, con una seccin de

este iltro para la alimentacin digital queda solucionado el problema.

La cada de tensin en cada resistencia iene dada por la le de N0m5

- 5 I ! R

donde I es la corriente de salida de la uente la resistencia en serie con la carga.

)iltro +C4

Cuando la corriente por la carga es grande, los iltros LC de la igura presentan una me:ora

con respecto a los iltros C. /e nueo, la idea es 0acer que el ri1ado apare1ca en los

componentes en serie, las bobinas en este caso. Adem+s, la cada de tensin continua en las

bobinas es es muc0o menos porque solo interienen la resistencia de los arrollamientos.

Los condensadores pueden ser de 8 TF las bobinas cuanto mas grandes me:or.

Dormalmente estas 3ltimas suelen ocupar casi tanto como el transormador , de 0ec0o,

parecen transormadores, menos mal que con una sola seccin a podemos reducir el

ri1ado 0asta nieles ba:simos.

8'F El re0ulador5

Un regulador o estabili1ador es un circuito que se encarga de reducir el ri1ado de

proporcionar una tensin de salida de la tensin e6acta que queramos. *n esta seccin nos

centraremos en los reguladores integrados de tres terminales que son los mas sencillos

baratos que 0a, en la maora de los casos son la me:or opcin.

*ste es el esquema de una uente de alimentacin regulada con uno de estos reguladores5

!i 0as seguido las e6plicaciones 0asta a0ora no te costar+ traba:o distinguir el

transormador, el puente rectiicador el iltro con condensador a la entrada. !uele ser mu

normal a:ustar el condensador seg3n la regla del 8R, !i no sabes como repasa el iltro concondensador a la entrada.

19
http://perso.wanadoo.es/chyryes/tutoriales/fuentes10.htmhttp://perso.wanadoo.es/chyryes/tutoriales/fuentes10.htmhttp://perso.wanadoo.es/chyryes/tutoriales/fuentes10.htmhttp://perso.wanadoo.es/chyryes/tutoriales/fuentes10.htm


20/27

*s mu corriente encontrarse con reguladores que reducen el ri1ado en 8 eces ';

dB(, esto signiica que si usas la regla del 8R el ri1ado de salida ser+ del .8R, es decir,

inapreciable.

Las ideas b+sicas de uncionamiento de un regulador de este tipo son5

8. La tensin entre los terminales "out GD/ es de un alor i:o, no ariable, quedepender+ del modelo de regulador que se utilice.

2. La corriente que entra o sale por el terminal GD/ es pr+cticamente nula no se

tiene en cuenta para anali1ar el circuito de orma apro6imada. Funciona

simplemente como reerencia para el regulador.

. La tensin de entrada "in deber+ ser siempre unos 2 o " superior a la de "out

para asegurarnos el correcto uncionamiento.

'6 Re0uladores de la serie =;4

*ste es el aspecto de un regulador de la serie ;. !u caracterstica principal es que la

tensin entre los terminales "out GD/ es de oltios una corriente m+6ima de 8A.$or e:emplo5 el ;% es de %", el ;82 es de 82"... todos con una corriente m+6ima de 8

Amperio. !e suelen usar como reguladores i:os.

*6isten reguladores de esta serie para las siguientes tensiones5 %, ), ;, V, 8, 82, 8%, 8; 2#

oltios. !e ponen siguiendo las indicaciones de la p+gina anterior a esta, obtenemos una

"out de "oltios sin ri1ado.

*s posible que tengas que montar el regulador sobre un radiador para que disipe bien el

calor, pero de eso a nos ocuparemos mas adelante.

Re0uladores de la serie =H4

El aspecto es como el anterior7 sin embar0o este se suele usar en combinacin con el=; para suministrar tensiones simtricas' la tensin entre -out GND es de < (oltios7 por eso se dice Jue este es un re0ulador de tensin ne0ati(a' +a /orma dellamarlos es la misma4 el =HB> es de >-7 el =H69 es de 69''' pero para tensionesne0ati(as'

Una uente simtrica es aquella que suministra una tensin de < oltios otra de M

oltios respecto a masa. $ara ello 0a que usar un transormador con doble secundario, mas

conocido como >transormador de toma media> o >transormador con doble deanado>. *nel siguiente e:emplo se 0a empleado un transormador de 82 < 82 para obtener una salida

simtrica de W 825

20


21/27

*l alor de C puedes a:ustarlo mediante la regla del 8R.

#.2 egulador a:ustable LK85

*ste regulador de tensin proporciona una tensin de salida ariable sin mas que a7adir una

resistencia un potencimetro. !e puede usar el mismo esquema para un regulador de la

serie ; pero el LK8 tiene me:ores caractersticas elctricas. *l aspecto es el mismo

que los anteriores, pero este soporta 8,%A. el esquema a seguir es el siguiente5

*n este regulador, como es a:ustable, al terminal GD/ se le llama A/X, es lo mismo.

La tensin entre los terminales "out A/X es de 8,2% oltios, por lo tanto podemoscalcular inmediatamente la corriente I8 que pasa por 85

I6 5 679> ? R6

$or otra parte podemos calcular I2 como5

I9 5 1-out < 679>3 ? R9

Como la corriente que entra por el terminal A/X la consideramos despreciable toda la

corriente I8 pasar+ por el potencimetro 2. es decir5

I6 5 I9

21


22/27

679> ? R6 5 1-out F 679>3 ? R9

que despe:ando "out queda5

-out 5 679> ! 16 K R9?R63

!i consultas la 0o:a de caractersticas del LK8 er+s que la rmula obtenida no ese6actamente esta. *llo es debido a que tiene en cuenta la corriente del terminal A/X. *l

error cometido con esta apro6imacin no es mu grande pero si quieres puedes usar la

rmula e6acta.

Nbserando la rmula obtenida se pueden sacar algunas conclusiones5 cuando a:ustes el

potencimetro al alor mnimo '2 Y( la tensin de salida ser+ de 8,2% ". Cuando aas

aumentando el alor del potencimetro la tensin en la salida ir+ aumentando 0asta que

llegue al alor m+6imo del potencimetro.

$or lo tanto a sabemos que podemos a:ustar la salida desde 8,2% en adelante. *n realidad

el abricante nos aisa que no pasemos de ".

CAlculo de R6 R94

Los alores de 8 2 depender+n de la tensin de salida m+6ima que queramos obtener.

Como solo disponemos de una ecuacin para calcular las 2 resistencias tendremos que dar

un alor a una de ellas calcularemos la otra.

Lo mas recomendable es dar un alor de 2#Y a 8 despe:ar de la 3ltima ecuacion el

alor de 2 'el potencimetro(. La ecuacin queda de la siguiente manera5

R9 5 1-out F 679>3 ! 1R6?679>3

&or e2emplo4

Oueremos dise7ar una uente de alimentacin ariable de 8,2% a 82. $onemos que 8

2#Y. !olo tenemos que aplicar la 3ltima rmula con "out 82 obtenemos 25

R9 5 169 < 679>3 ! 198B ? 679>3 5 9B:8

*l alor mas pr6imo es el de 2 ZY, a tendramos dise7ada la uente de alimentacin con

un potencimetro 2 de 2 ZY una resistencia 8 de 2# Y.

*n teoria podemos dar cualquier alor a 8 pero son preeribles alores entre 8Y

Y.

$ara mas inormacin consulta la 0o:a de caractersticas del LK8 que encontrar+s en la

seccin Componentes, es mu completa.

#. egulador A:ustable de potencia LK%5

*l LK8 es mu util para conseguir tensiones ariables, sin embargo no es capa1 de

suministrar mas de 8,%A a la carga. *l LK% es otro regulador ariable que uncionae6actamente igual que el LK8, con la dierencia de que este es capa1 por si solo de

suministrar A.

22


23/27

$ara conseguir mas de A podemos acudir al siguiente esquema que utili1a un transistor de

paso para ampliar la corriente5

*n este circuito, la resistencia de ,) Y se usa para detectar la m+6ima corriente que pasar+

por el regulador. Cuando la corriente es menor de 8 A, la tensin en bornas de los ,) Y esmenor que ,) " el transistor est+ cortado. *n este caso el regulador de tensin traba:a

solo.

Cuando la corriente de carga es maor de 8 A, la tensin en bornas de los ,) Y es maor

de ,) " el transistor entra en conduccin. este transistor e6terior suministra la corriente

de carga e6tra superior a 8 A. *n deinitia, el regulador solamente conducir+ una corriente

poco superior a 8 A mientras que el transistor conducir+ el resto, por ello podramos

cambiar tranquilamente en este circuito el LK% por un LK8.

La resistencia de ,) Y ser+ de o # E dependiendo del transistor empleado.

!i montamos el circuito con un transistor &I$2 podremos obtener # A, a que el &I$2

soporta una corriente m+6ima de A. ? si lo montamos con un KX8%8) podemos llegar

0asta 8)A. $uedes usar cualquier otro transistor de potencia $D$. *n la seccin

Componentes puedes encontrar las caractersticas de estos transistores as como las del

LK%.

#.# /isipacin de potencia 'Calor( en los reguladores5

Cuando un regulador esta uncionando se calienta. *sto es debido a que parte de la potencia

tomada del rectiicador es disipada en el regulador. La potencia disipada depende de la

corriente que se est entregando a la carga de la cada de tensin que 0aa en el

regulador.

La igura muestra un regulador uncionando. La corriente que lo atraiesa es la corriente de

la carga IL. ecordemos tambin que para que un regulador uncione correctamente la

23


24/27

tensin de entrada "in tenia que ser maor que la tensin de salida "out. $or lo tanto la

caida de tensin en el regulador "r ser+5

-r 5 -in < -out

? la potencia disipada endr+ dada por la la siguiente ecuacin5

&D 5 -r ! I+

Los reguladores que 0emos isto son capaces de disipar una potencia de 2 o E como

muc0o por si solos. !i se llega a esta potencia es necesario montarlos sobre unos radiadores

adecuados, que ser+n mas grandes cuanta mas potencia queramos disipar.

$ara eitar que la potencia disipada sea lo menor posible tendr+s que procurar que "in no

sea muc0o maor que "out.

E2emplo 64

&enemos una uente de alimentacin ariable desde 8,2% a 8% ,%A con un LK8.

Como la tensin m+6ima de salida son 8%, la tensin de entrada al regulador tendr+ que

ser de 8; mas o menos. "amos a calcular la potencia que disipa el regulador cuando

a:ustamos la uente a 8%, # 2 *n todos los casos la corriente de salida ser+ ,%A.

a 8% la cada de tensin en el regulador ser+ de 8; M 8% ", la corriente es ,% A luego5

&D 5 ! B7> 5 67> L

a # la cada de tensin en el regulador ser+ de 8; M # 8#, la corriente es ,%A luego5

&D 5 68 ! B7> 5 = L

a 2 la cada de tensin en el regulador ser+ de 8; M 2 8), la corriente es ,%A luego5

&D 5 6: ! B7> 5 ; L

F:ate que 0emos 0ec0o los c+lculos para el me:or de los casos en el que nos 0emos

preocupado de que la tensin de entrada al regulador no sea mas de la necesaria, aun as

tenemos que poner un radiador que pueda disipar poco mas de ;E. *s un radiador bastante

grande para una uente de medio amperio nada mas. *ste es un problema que surge cuandoqueremos dise7ar una uente con un alto rango de tensiones de salida. $rueba a 0acer el

c+lculo para una uente ariable 0asta 8A, salen mas de E.

E2emplo 94

Oueremos una uente i:a con una salida de %" .%A, amos a calcular la potencia que se

disipa en el regulador usando un transormador de oltios otro de 82 oltios.

para el transormador de oltios5 La "ma6 de salida del transormador ser+ [ 8,#8#2

V,V descontando la caida en los diodos del puente ser+n ,V a la entrada del regulador.

Como la salida es de % la potencia disipada $/ ser+5

&D 5 1=7H < >3 ! B7> 5 678> L

24


25/27

para el transormador de 82 oltios5 La "ma6 de salida del transormador ser+ 82 [ 8,#8#2

8),V descontando la caida en los diodos del puente ser+n 8#,V a la entrada del

regulador. Como la salida es de % la potencia disipada $/ ser+5

&D 5 1687H < >3 ! B7> 5 87H> L

Con los dos transormadores estaramos consiguiendo una salida de % ,% A, sinembargo, con el de 82" nos 0ara alta poner un radiador en el regulador que nos

podramos 0aber a0orrado comprando un transormador de ".

25


26/27

ELECTRONICA INDUSTRIAL I

LABORATORIO N 1

MANEJO DEL OSCILOSCOPIO Y DEL GENERADOR DE SEALES

NOMBRE DEL ALUMNO:.........................

OBJETIVO:

El objetivo fu!"#et"l !e e$t" %&"'ti'" e$ "%&e!e& " #e!i& te$ioe$ (f&e'ue'i"$ 'o el o$'ilo$'o%io "$) 'o#o "'o$tu#b&"&$e "l #"ejo !el *ee&"!o&!e $e+"le$.,$i#i$#o $e "%&e!e&- " !ife&e'i"& et&e el "'tivo ( tie&&".

e+"l 1: V// 1 V 10 T 1 0.1 #$. e+"l 2: V// 1.5 V 200 T 1 5 $.

1. ;o#%let"& el 'u"!&o 'o lo$ !"to$ &e'#.? /e&io!o.

Y XESCALA Long. cm VP-P ESCALA Long. cm P!"o#o

'

26


27/27

NOM%RE DE+*+UMNO'''

@,BOA,TOAIO C 2 : AE;TII;,;ID EFI, G OF, ;O/@ET,

1. Objetivo !e l" eH%e&ie'i":

2. I$t"le lo$ $i*uiete$ 'i&'uito$ !e &e'tifi'"'i=: E el /AOTO BO,AFI 1

3.i!e to!o$ lo$ v"lo&e$ !e te$i= "lte&" ( 'otiu" eHi$te v"&i"'ioe$/o&

Apuntes de clase 2 1.doc

Documents

Transcript of Apuntes de clase 2 1.doc