Aplicación de enclavadores con diodos y capacitores

Destacado

#MiércolesdeElectrónicapura

Circuitos enclavadores

Como sabemos, los enclavadores están compuestos por un diodo, un resistor y un capacitor que desplaza una forma de onda a un nivel de cd diferente sin cambiar la apariencia de la señal aplicada.

El diodo también está en paralelo con la señal de salida, pero puede o no tener una fuente DC en serie como un elemento agregado.

Caso 1:

Ciclo positivo:

Donde el voltaje del diodo es :

Ciclo negativo:

Donde:
Vp: Voltaje pico del generador de onda alterna.
VC: Voltaje del capacitor.

Caso 2:

Ciclo positivo:

Donde:
Vp: Voltaje pico del generador de onda alterna.
VC: Voltaje del capacitor.

Ciclo negativo:

Donde el voltaje del diodo es :

Caso 3:

Ciclo positivo:

Donde:
Vp: Voltaje pico del generador de onda alterna.
VC: Voltaje del capacitor.

Ciclo negativo:

Donde el voltaje del diodo es :

Lux splendens procedit, cum est in mente
“La luz es más brillante cuando está en la mente”


¿Te gustaría saber más de este tema?
Capacítate con nosotros: https://electrotec.pe/tienda/cursos-2019

Qué es un circuito enclavador

Destacado

#MiércolesdeElectrónicapura

Enclavador

También llamados fijadores, son similares a los limitadores. Consta de una red compuesta por un diodo, un resistor, un capacitor y una fuente de tensión continua. La función de estos es desplazar la señal de entrada a un nivel diferente sin cambiar la apariencia de la señal

Es una operación de desplazamiento, pero la cantidad de éste depende de la forma de onda real, la cantidad desplazamiento es la cantidad exacta necesaria para cambiar el máximo original.

Tienen un capacitor conectado directamente desde la entrada hasta la salida con un elemento resistivo en paralelo con la señal de la salida. El diodo también está en paralelo con la señal de salida pero puede o no tener una fuente de cd en serie como un elemento agregado.

El circuito de fijación proporciona un componente DC necesario para lograr el nivel de fijación deseado. Es deseable que el capacitor se cargue a un valor constante y permanezca en ese valor durante el periodo de la onda de entrada.

Funcionamiento

La resistencia en directo del diodo es cero, la salida igual a la entrada (con el máximo original Vm) solo con desplazamiento adecuado (con el nuevo máximo VB). Cuando la salida trata de exceder VB, el capacitor se carga. Su objetivo es desplazar una onda alterna en un nivel positivo o negativo de tensión continua.

Funcionamiento del circuito enclavador.

Lux splendens procedit, cum est in mente
“La luz es más brillante cuando está en la mente”


¿Te gustaría saber más de este tema?
Capacítate con nosotros: https://electrotec.pe/tienda/cursos-2019

Más aplicaciones de limitadores con diodos

Destacado

#ViernesdeElectrónicapura

Circuitos limitadores en serie (continuación)

Mediante un limitador podemos conseguir que a un determinado circuito le lleguen únicamente tensiones positivas o solamente negativas, de forma que nos vamos a centrar en un tipo de limitador que no permite que a un circuito lleguen tensiones que podrían ser perjudiciales para el mismo.

Si has entrado de frente aquí, te invitamos a leer la primera parte de este tema (ver primera parte).

Caso 3:

Del gráfico:

Cuando Vi ≥ 0:

Al ser la tensión positiva, el sentido de la corriente fluye de izquierda a derecha, por lo que el diodo se polariza inversamente (está abierto) y es como si no estuviera.

Cuando Vi = 2 V: El Vo = 2 + 1 = 3 V.
Cuando Vi = 1 V: El Vo = 1 + 1 = 2 V.
Cuando Vi = 0 V: El Vo = 0 + 1 = 1 V.

Cuando -1 ≤ Vi < 0:

Debido a que VB > Vi, la tensión sigue siendo positiva, por lo que la corriente fluye de izquierda a derecha y el diodo sigue polarizado directamente.

Cuando Vi = -0.5 V: El Vo = -0.5 + 1 = 0.5 V.
Cuando Vi = -1 V: El Vo = -1 + 1 = 0 V.

Cuando Vi < -1:

En ese caso, debido a Vi es negativo, el sentido de la corriente cambia de sentido. La corriente fluye de derecha a izquierda, por lo que el diodo se polariza directamente (está cerrado) se comporta como un cortocircuito.

Por lo tanto, no importa el valor que tome Vi, Vo = 0 V.

Caso 4:

Del gráfico:

Cuando Vi ≥ 0:

Al ser la tensión positiva, el sentido de la corriente fluye de izquierda a derecha, por lo que el diodo se polariza inversamente (está abierto), entonces Vo es un terminal abierto.

Por lo tanto, no importa el valor que tome Vi, Vo = 0 V.

Cuando -1 ≤ Vi < 0:

Debido a que VB > Vi, la tensión sigue siendo positiva, por lo que la corriente fluye de izquierda a derecha y el diodo sigue polarizado inversamente.

Por lo tanto, no importa el valor que tome Vi, Vo = 0 V.

Cuando Vi < -1:

En ese caso, debido a Vi es negativo, el sentido de la corriente cambia de sentido. La corriente fluye de derecha a izquierda, por lo que el diodo se polariza directamente (está cerrado) se comporta como un cortocircuito.

Cuando Vi = -1 V: El Vo = -1 + 1 = 0 V.
Cuando Vi = -1.5 V: El Vo = -1.5 + 1 = -0.5 V.
Cuando Vi = -2 V: El Vo = -2 + 1 = -1 V.

Lux splendens procedit, cum est in mente
“La luz es más brillante cuando está en la mente”


¿Te gustaría saber más de este tema?
Capacítate con nosotros: https://electrotec.pe/tienda/cursos-2019

RECTIFICADORES DE ONDA CON DIODOS

Destacado

Circuitos limitadores en serie

Como sabemos, un limitador o recortador es un circuito que permite, mediante el uso de resistencias y diodos, eliminar tensiones que no nos interesa que lleguen a un determinado punto de un circuito. Se utilizan para eliminar parte de una forma de onda que se encuentre por encima o por debajo de algún nivel de referencia.

Empleamos diodos para recortar una parte de una señal de entrada sin distorsionar la parte restante de la forma de onda aplicada. El rectificador de media onda es un ejemplo de la forma más sencilla de un recortador de diodo: un resistor y un diodo. Dependiendo de la orientación del diodo, se recorta la región positiva o negativa de la señal aplicada.

Caso 1:

Del gráfico:

Cuando Vi ≥ 1:

Al ser la tensión positiva, el sentido de la corriente fluye de izquierda a derecha, por lo que el diodo se polariza inversamente (está abierto) y es como si no estuviera.

Cuando Vi = 2 V: El Vo = 2 – 1 = 1 V.
Cuando Vi = 1 V: El Vo = 1 – 1 = 0 V.

Cuando Vi < 1:

En ese caso, Vi > VB, por lo que el sentido de la corriente cambia al de mayor voltaje, es decir, en el sentido en que esta VB (recuerda que Vi y VB están en sentidos opuestos).

El sentido de la corriente fluye de derecha a izquierda, por lo que el diodo se polariza directamente (está cerrado) se comporta como un cortocircuito.

Por lo tanto, no importa el valor que tome Vi, Vo = 0 V.

Caso 2:

Del gráfico:

Cuando Vi ≥ 1:

Al ser la tensión positiva, el sentido de la corriente fluye de izquierda a derecha, por lo que el diodo se polariza directamente (está cerrado) se comporta como un cortocircuito.

Cuando Vi = 2 V: El Vo = 2 – 1 = 1 V.
Cuando Vi = 1 V: El Vo = 1 – 1 = 0 V.

Cuando Vi < 1:

En ese caso, Vi > VB, por lo que el sentido de la corriente cambia al de mayor voltaje, es decir, en el sentido en que esta VB (recuerda que Vi y VB están en sentidos opuestos).

El sentido de la corriente fluye de derecha a izquierda, por lo que el diodo se polariza inversamente (está abierto), entonces Vo es un terminal abierto.

Por lo tanto, no importa el valor que tome Vi, Vo = 0 V.

Si quieres saber de más casos, haz clic en la segunda parte (ver segunda parte)

Lux splendens procedit, cum est in mente
“La luz es más brillante cuando está en la mente”


¿Te gustaría saber más de este tema?
Capacítate con nosotros: https://electrotec.pe/tienda/cursos-2019

QUÉ SON LOS LIMITADORES Y CÓMO APLICARLOS

Destacado

#MiércolesdeElectrónicapura

Limitadores o recortador

Es un circuito que permite, mediante el uso de resistencias y diodos, eliminar tensiones que no nos interesa que lleguen a un determinado punto de un circuito, aquello permite que un circuito llegue tensiones que podrían ser perjudiciales para el mismo.

Recortador sin polarizar

Por ejemplo, si tenemos un circuito que no queremos que le lleguen tensiones superiores a 0.7 V, tanto positivos como negativos. Para ello colocamos dos diodos y la resistencia limitadora para conseguir que cualquier tensión que exceda de 0.7 V o disminuya de -0.7 V, se vea recortada por los diodos.

Circuito de un recortador sin polarizar.
Cortesía: Wikipedia.org

Si la tensión de entrada supera los 0.7 V, el diodo D1 quedará polarizado directamente y recortará el exceso de tensión. De igual forma, si la tensión de entrada disminuya de -0.7 V, el diodo D2 quedará polarizado directamente y recortará el exceso de tensión que podría dañar nuestra carga.

Hay que tener en cuenta que la resistencia limitadora (Rlim) es mucho menor que la resistencia de carga (RL), de este modo la tensión que cae en la resistencia limitadora es prácticamente nula y podemos despreciarla.

Recortador polarizado

Por ejemplo, estamos buscando que a la entrada no le lleguen tensiones superiores a los 10 V o inferiores a los -10 V, en ese caso necesitamos un limitador polarizado. La única diferencia respecto al limitador no polarizado es que en este caso vamos a polarizar los diodos con baterías, a fin de que sea necesaria una tensión de entrada mayor que 0.7 V para que los diodos se polaricen directamente.

Circuito de un recortador polarizado.
Cortesía: Wikipedia.org

• Cuando la tensión de entrada se mantiene dentro de sus límites normales (entre 10 V y -10 V), los diodos no hacen nada.
• Cuando la tensión es superior a los 10.7 V (10 V de la batería más los 0.7 V del potencial del diodo), el diodo D1 queda polarizado directamente y empieza a conducir, de esta forma no permite que la tensión en la carga aumente.
• Si la tensión de entrada disminuye de los -10.7 V, en este caso es el diodo D2 el que se polariza directamente y comienza a conducir, no permitiendo que la tensión en la carga disminuya hasta niveles peligrosos.

Forma de la onda recortada con el limitador.
Cortesía: Wikipedia.org

Lux splendens procedit, cum est in mente
“La luz es más brillante cuando está en la mente”


¿Te gustaría saber más de este tema?
Capacítate con nosotros: https://electrotec.pe/tienda/cursos-2019

CÓMO FUNCIONAN LOS DIODOS

Destacado

Diodo semiconductor (características)

Antes de ello, no te olvides de pasar por nuestro artículo sobre el diodo semiconductor (ver artículo).

El diodo conduce con una caída de tensión de 0,6 a 0,7 V. El valor de la resistencia interna sería muy bajo. Se comporta como un interruptor cerrado.

El diodo no conduce y toda la tensión de la pila cae sobre él. Puede existir una corriente de fuga del orden de uA. El valor de la resistencia interna sería muy alto Se comporta como un interruptor abierto.

Diodo 1N4004
(ver Datasheet).

Los diodos poseen propiedades que les diferencia de los demás semiconductores. Poseen una tensión umbral de 0,3 V (diodo de germanio) o 0,7 V (diodo de silicio). Cuando está polarizado en directa, el diodo se comporta como un interruptor cerrado; sin embargo, cuando está polarizada en inversa, el diodo se comporta como un interruptor abierto. En dicho estado, existe una mínima corriente de fuga.

Curva característica del diodo

Dicha curva representa el comportamiento en el flujo de corriente cuando el diodo es sometido a una tensión que lo polarice en directa o inversa.

Curva característica del diodo semiconductor.

Cuando el diodo está polarizado en directa, si la tensión es menor a la tensión de umbral (Vk), no hay una corriente significativa en IF, pero cuando la tensión es superior a la tensión de umbral (Vk), la corriente IF comienza a incrementarse rápidamente, lo que nos indica que el diodo conduce.

Cuando el diodo está polarizado en inversa, la corriente es despreciable solo existe una corriente mínima de fuga en uA; sin embargo, cuando la tensión del diodo alcanza la tensión de ruptura, sucede el efecto avalancha (avalancha de electrones en inversa) que destruye al diodo.

Lux splendens procedit, cum est in mente
“La luz es más brillante cuando está en la mente”


¿Te gustaría saber más de este tema?
Capacítate con nosotros: https://electrotec.pe/tienda/cursos-2019

¿Cómo es un diodo semiconductor?

Destacado

#MiércolesdeElectrónicapura

Diodo semiconductor

Hace algún tiempo hablamos sobre la rectificación del voltaje (ver artículo), nombramos que el diodo es una pieza fundamental para la conversión de una señal AC a una señal DC. Hoy nos dedicaremos de hablar acerca de este pequeño dispositivo.

¿Qué es un diodo semiconductor?

Más que nada, es un componente electrónico de dos terminales cuya función es el de permitir la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido y bloqueando la circulación de corriente en sentido contrario.

Pero no solo sirve para controlar la circulación de corriente, sino que también la controla y resiste.

Forma física de un diodo rectificador.
Diodo 1N4004

Composición:

Como sabemos, todos los dispositivos electrónicos son dispositivos semiconductores (ver artículo) y el diodo rectificador no es la excepción. Está hecho de un cristal semiconductor de silicio con impurezas, creando una zona que contenga un “exceso” de electrones (tipo N) y otra zona que posee un “exceso” de huecos (tipo P).

El límite de ambas zonas se llama unión PN (ver artículo). El cristal conduce un flujo de electrones (corriente) del lado N (cátodo) al lado P (ánodo), pero no en la dirección opuesta al flujo.

Al haber una corriente de difusión, aparecen cargas fijas la zona de unión P-N, a eso lo llamamos región de agotamiento. Dicha corriente hace aumentar la zona de unión y también la acumulación de iones positivos en la zona N y de iones negativos en la zona P.

Ante ello se crea un campo eléctrico con una determinada fuerza de desplazamiento, que se opondrá al flujo de electrones y terminará deteniéndolos. Dicho campo eléctrico genera una diferencia de tensión entre las zonas P y N.

Es de 0.7 V para el silicio y 0.3 V para el germanio.

Estructura interna del diodo semiconductor.

Polarización:

El diodo tiene dos posiciones: Una polarización directa o favor de la corriente y una polarización inversa o contra la corriente.

Polarización directa e inversa de un diodo.

Directa: El polo negativo de la batería repele los electrones libres del cristal N, por lo que se van hacia la unión P-N, mientras que el polo positivo de la batería atrae los electrones del cristal P, empujando los huecos a la unión P-N.

Si el voltaje de la batería es mayor al de la zona de unión (0.7 V silicio), los electrones saltan del cristal N al cristal P, antes pasando por la unión P-N

Parte interna de una polarización directa de un diodo semiconductor.

Inversa: El polo negativo de la batería cede electrones libres a la zona P, mientras que el polo positivo de la batería atrae a los electrones libres de la zona N, desplazándose hacia la batería.

Cuando los electrones libres cedidos por la batería entran en la zona P, caen dentro de estos huecos, formando iones negativos; y la zona N al perder electrones se vuelve iones positivos. Y así se repite hasta que la zona de agotamiento adquiera el mismo potencial eléctrico que la batería. En dicho momento ya no hay flujo de corriente importante (solo de 1 uA llamado corriente inversa de saturación).

Parte interna de una polarización inversa de un diodo semiconductor.

Lux splendens procedit, cum est in mente
“La luz es más brillante cuando está en la mente”

ESTRUCTURA INTERNA DE UN COMPONENTE ELECTRÓNICO

Destacado

#JuevesdeElectrónicapura

Unión o juntura P-N

Vimos sobre la composición de los semiconductores y el proceso de dopado (ver Dispositivos semiconductores), ahora veremos el funcionamiento de la unión de los semiconductores P y N; y cómo funcionan.

La unión P-N es la estructura de los componentes electrónicos semiconductores, principalmente de diodos y transistores. Está formada por la unión de dos cristales dopados (de silicio o germanio) de tipo P y N

Barrera interna de potencial:

Estos metales (Si y Ge) al ser dopados con impurezas, se convierten en cristales semiconductores tipo P (con muchos espacios libres) o semiconductores tipo N (con muchos más electrones).

Al unir ambos cristales (de un mismo elemento), se manifiesta una difusión de electrones del cristal N al P (se le simboliza como Je). Al generarse esta corriente debido a la difusión de electrones, se forma una zona donde hay una presencia de cargas fijas; dicha zona se llama zona barrera interna de potencial o zona de agotamiento o empobrecimiento.

A medida que sigue el proceso de difusión, la zona de agotamiento incrementa su anchura, para ambos lados (tanto el lado de P como el lado de N).

Pero como ahora hay una acumulación de iones negativos en la zona P e iones positivos en la zona N, se genera un campo eléctrico que ejerce una fuerza de oposición al flujo de la corriente los de electrones que provienen de la zona P, deteniéndolos.

Al generarse un campo eléctrico aparece una diferencia de tensión entre las zonas P y N. Si es para el silicio

Como dato adicional la anchura de la zona de agotamiento una vez alcanzado el equilibrio, suele ser del orden de 0,5 micras.

Juntura Je.
Formación de la zona de la barrera interna de potencial.

Polarización directa de la unión P-N:

Cuando se conecta el polo positivo de una batería a la zona P y el polo negativo a la N, de la unión P – N. La batería disminuye la barrera de zona de empobrecimiento, permitiendo el paso de la corriente a través de la unión.

Si la diferencia de potencial de la batería es mayor que la diferencia de potencial en la zona de empobrecimiento, los electrones libres del cristal N, adquieren la energía suficiente para saltar a los huecos del cristal P.

Es lo que llamamos la polarización directa de un diodo.

Funcionamiento de la polarización directa del diodo mediante la unión P-N.

Polarización inversa de la unión PN:

Todo lo contrario al anterior, el polo negativo de la batería se conecta a la zona P y el polo positivo a la zona N, lo que hace aumentar la zona de empobrecimiento, la batería atrae los electrones libres de la zona N y les cede a la zona P.

Este proceso se repite hasta que la tensión de la zona de empobrecimiento termina por alcanzar el valor de la tensión de la batería. Es lo que llamamos polarización inversa de un diodo.

A pesar que en dicho estado final (potenciales iguales) el diodo no debe conducir, si produce una pequeña corriente de 1 μA debido al efecto de la temperatura en la unión. Esta corriente es la llamada corriente inversa de saturación.

Funcionamiento de la polarización inversa del diodo mediante la unión P-N.

Capacítate con nosotros: https://electrotec.pe/tienda/cursos-2019

Lux splendens procedit, cum est in mente
“La luz es más brillante cuando está en la mente”

LOS SEMICONDUCTORES: LA BASE DE LA ELECTRÓNICA

Destacado

#MiércolesdeElectrónicapura

Dispositivos semiconductores

Hemos hablado de los componentes electrónicos, tales como diodos, SCR, transistores, etc. Pero debemos hacer un alto. Se ha nombrado muchas veces (y seguro lo habrán escuchado en otros lugares) que los componentes electrónicos son dispositivos semiconductores. ¿Pero qué es eso? Ahora la explicación será revelada.

Semiconductor:

Son elementos químicos que se comportan como conductor o como aislante dependiendo de diversos factores tales como el campo eléctrico o magnético, temperatura del ambiente, la radiación que se incide e incluso la presión. Los elementos más usados son el Silicio (Si) y el Germanio (Ge).

Silicio.
El elemento químico base para la electrónica moderna
Germanio.
Aunque su uso es en menor medida, su importancia también es clave para la electrónica

Semiconductor intrínseco o extremadamente puro

Son cristales de silicio o germanio con una estructura similar a la del carbono (C). Cuando se encuentran a temperatura ambiente algunos electrones absorben la energía necesaria para saltar a la banda de conducción (en pocas palabras, permite la presencia de la corriente eléctrica).

Semiconductor intrínseco
Observe como el electrón salta a la siguiente «banda» para conducir, dejando un hueco. Luego ese hueco lo reemplaza otro electrón.

Semiconductores extrínsecos

Se debe que a un semiconductor intrínseco, se le añade un pequeño porcentaje de impurezas, y se dice que está dopado (proceso intencional para cambiar sus propiedades eléctricas).

• Semiconductor tipo N: Mediante el dopado se añade ciertos tipos de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres negativos (que portan carga eléctrica). Se produce en abundancia electrones portadores en el material.

Semiconductor tipo N.
Los electrones (círculos negros) que están en la banda de conducción (naranja) son los portadores de carga mayoritarios, mientras que en la banda de valencia (azul) hay huecos (círculos blancos) .

• Semiconductor tipo P: Mediante el dopado se añade ciertos tipos de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres positivos. En este proceso se libera a los electrones más débilmente vinculados de los átomos del semiconductor, dejando espacios o huecos.

Semiconductor tipo P.
Los huecos (círculos blancos) que están en la banda de valencia (azul) son los portadores de carga mayoritarios.

Dispositivos semiconductores

Son componentes electrónicos que emplea las propiedades electrónicas de los materiales semiconductores, principalmente del silicio y el germanio y semiconductores orgánicos. Usan conducción electrónica en estado sólido. La conducción de corriente en un dispositivo semiconductor se produce a través de electrones y huecos.

Son tan útiles debido porque son fácilmente manipulables por las de impurezas que posee (dopados con fósforo (P) o boro (B)). Podemos controlar su conductividad semiconductora mediante la introducción de un campo eléctrico o magnético, exposición a la luz o el calor, incluso por deformación mecánica (aplicación: sensores)

La unión que se forma entre los semiconductores de tipo-n y tipo-p se denominan junturas p-n.

Estructura de transistor.
Observe como existen semiconductores p y n interactuando entre si, formando una unión (juntura p-n).

Lux splendens procedit, cum est in mente
“La luz es más brillante cuando está en la mente”

TIRISTORES: ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN ACCIÓN

Destacado

#ViernesdeElectrónicadepotencia

Tiristor

Es una familia de componentes electrónicos semiconductores que utiliza realimentación interna para producir una conmutación. Se divide en dispositivos unidireccionales (SCR) o bidireccionales (TRIAC y DIAC).

Se emplea generalmente para el control de potencia eléctrica.

Formas de activación:

Luz: Un haz de luz incide en las uniones de un tiristor, hasta llegar al mismo silicio, se activa el tiristor.

Corriente de puerta (gate): La inyección de una corriente de puerta al aplicar un voltaje positivo entre puerta y cátodo lo activará. Si sigue aumentando, podría revertir la activación del dispositivo.

Térmica: Una temperatura muy alta produce el aumento de las corrientes de fuga, con lo cual al aumenta la diferencia entre ánodo y cátodo; y por ende el tiristor puede activarse.

Alto Voltaje: Si el voltaje directo desde el ánodo hacia el cátodo es mayor que el voltaje de ruptura directo, se creará una corriente de fuga para que se inicie la activación. Sin embargo esto puede dañar el dispositivo, hasta su destrucción.

Rectificador controlado de silicio (SCR)

Es un tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP. Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate (puerta). La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo.

Símbolo del rectificador controlado de silicio .

Es como un diodo semiconductor cuya conducción es controlada mediante el gate. Si hay una corriente por el gate, se cierra la conducción y fluye a una corriente entre el ánodo y cátodo; caso contrario si no hay una corriente en el gate, se abre interrumpiendo el paso de la corriente.

Estructura de un SCR.
Posee una configuración PNPN (superior derecha), el componente en físico: BT152

• Trabajando en corriente alterna el SCR se desexcita en cada alternancia o semiciclo.
• Trabajando en corriente continua, se necesita un circuito de bloqueo forzado, o bien interrumpir el circuito.

Los SCR se utilizan en aplicaciones de electrónica de potencia, en el campo del control, especialmente control de motores, debido a que puede ser usado como interruptor de tipo electrónico.

Lux splendens procedit, cum est in mente
«La luz es más brillante cuando está en la mente»