UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL
CONTROLES ELECTRICOS Y AUTOMATIZACION EE - 621
RECTIFICADORES MONOFASICOS...
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL
CONTROLES ELECTRICOS Y AUTOMATIZACION EE - 621
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS TEMAS
Diodos semiconductores, Rectificadores monofásicos de media onda, Rectificadores monofásicos de onda completa, Rectificadores trifásicos de media onda, Rectificadores trifásicos de onda completa
TIPOS DE CONVERSORES DE ENERGIA ELECTRONICOS CA / CC Rectificador
CC / CC Regulador de continua
CA / CA
CC / CA
•Cicloconvertidor •Reg. alterna
Inversor
DIODOS SEMICONDUCTORES
MOMENTO DE REFLEXIÓN: A la vista de lo anterior y sin mas consideración ¿Como debería ser la característica de un diodo? I
I
+ V -
V
FALSO
Dos trozos de material, relativamente buen conductor, podríamos pensar que debe comportarse como una resistencia bastante pequeña (idealmente un corto).
DIODOS SEMICONDUCTORES
P ÁNODO
ZONA TRANSICIÓN -
+
-
+
-
+
-
+
Zona libre de cargas. Solo quedan los iones fijos.
N CÁTODO
CÁTODO
ÁNODO
SÍMBOLO
Fue descubierto accidentalmente el los laboratorios Bell por Russel Ohl en 1940
DIODOS SEMICONDUCTORES POLARIZACIÓN DIRECTA: LA CONSIDERACIÓN INTUITIVA ES BASTANTE CIERTA Huecos (zona P) y electrones (zona N) mayoritarios se ven empujados a "invadir" la zona de transición.
I
P
N
La zona de transición se ve reducida drásticamente. La corriente se debe a mayoritarios y la corriente directa puede llegar a ser importante. La aproximación de una resistencia pequeña (idealmente un cable es razonable)
+
P
N
-
DIODOS SEMICONDUCTORES POLARIZACIÓN INVERSA: FALLA LA INTUICIÓN. Huecos (zona P) y electrones (zona N) mayoritarios se ven empujados a "escapar" de la zona de transición.
I
La zona de transición aumenta drásticamente.
P
La corriente se debe a minoritarios y la corriente directa será muy pequeña (idealmente nula).
N
La mejor aproximación es un cable roto (falla la intuición)
-
P
N -
-
+
+
-
-
+
+
-
-
+
+
-
-
+
+
+
DIODOS SEMICONDUCTORES CARACTERÍSTICA DEL DIODO IDEAL (CONCLUSIONES) Idealmente, permite corriente directa (se comporta como un cable) y bloquea o no permite la corriente inversa (se comporta como un cable roto) I +
I
¡¡ PRESENTA UN COMPORTAMIENT O NO LINEAL !!
P
V -
N
V
ANÉCDOTA Un símil hidráulico podría ser una válvula anti-retorno, permite pasar el agua (corriente) en un único sentido.
DIODOS SEMICONDUCTORES DIODO REAL ánodo p A
i [mA]
cátodo
1
Ge
n K
Símbolo
Si V [Volt.]
-0.25
0
0.25
0.5
Silicio Germanio
VKD⋅T⋅q I D = I S ⋅ e −1
IS = Corriente Saturación Inversa K = Cte. Boltzman VD = Tensión diodo q = carga del electrón T = temperatura (ºK) ID = Corriente diodo
DIODOS SEMICONDUCTORES DIODO REAL (Distintas escalas)
i [mA]
Ge: mejor en conducción Si: mejor en bloqueo
i [mA]
30
Ge Si
1
Si
Ge
V [Volt.]
V [Volt.] -0.25
0
0.25
0
-4
0.5
i [µ µA]
i [pA]
V [Volt.] 0
-0.5
Ge
V [Volt.] 0
-0.5
Si -0.8
-10
1
DIODOS SEMICONDUCTORES DIODO: DISTINTAS APROXIMACIONES I I
I
Solo tensión de codo Ge = 0.3 Si = 0.6
Ideal
V
Tensión de codo y Resistencia directa
V
I
V
I Corriente de fugas con Tensión de codo y Resistencia directa V
NOTA: Se sugiere con un buscador obtener las hojas de características de un diodo (p.e. 1N4007). Normalmente aparecerán varios fabricantes para el mismo componente.
DIODOS ESPECIALES Diodo Zener (Zener diode) La ruptura no es destructiva. (Ruptura Zener).
Tensión Zener (VZ)
En la zona Zener se comporta como una fuente de tensión (Tensión Zener).
I
Necesitamos, un límite de corriente inversa.
V
Límite máximo Normalmente, límite de potencia máxima
Podemos añadir al modelo lineal la resistencia Zener. Aplicaciones en pequeñas fuentes de tensión y referencias.
DIODOS ESPECIALES Diodo LED (LED diode)
Diodo emisor de Luz = Light Emitter Diode
El semiconductor es un compuesto III-V (p.e. Ga As). Con la unión PN polarizada directamente emiten fotones (luz) de una cierta longitud de onda. (p.e. Luz roja)
A
K
DIODOS ESPECIALES Fotodiodos (Photodiode)
i V 0
iopt
Los diodos basados en compuestos III-V, presentan una corriente de fugas proporcional a la luz incidente (siendo sensibles a una determinada longitud de onda). Estos fotodiodos se usan en el tercer cuadrante. Siendo su aplicaciones principales: Sensores de luz (fotómetros) Comunicaciones COMENTARIO Los diodos normales presentan variaciones en la corriente de fugas proporcionales a la Temperatura y pueden ser usados como sensores térmicos
i El modelo puede ser una fuente de corriente dependiente de la luz o de la temperatura según el caso
V
I = f(T)
T1 T2>T1
0
DIODOS ESPECIALES Células solares (Solar Cell)
i
Cuando incide luz en una unión PN, la característica del diodo se desplaza hacia el 4º cuadrante. En este caso, el dispositivo puede usarse como generador.
VCA
V Zona uso
iCC Paneles de células solares
DIODOS ESPECIALES Diodo Varicap (Varicap , Varactor or Tuning diode)
-
P
Esta capacidad se llama Capacidad de Transición (CT).
N -
-
+
+
-
-
+
+
-
-
+
+
-
-
+
+
La unión PN polarizada inversamente puede asimilarse a un condensador de placas planas (zona de transición).
+
Notar, que al aumentar la tensión inversa aumenta la zona de transición. Un efecto parecido al de separar las placas de un condensador (CT disminuye).
Dieléctrico Tenemos pues una capacidad dependiente de la tensión inversa. Un diodo Varicap tiene calibrada y caracterizada esta capacidad.
CT 30 pF
Uso en equipos de comunicaciones (p.e. Control automático de frecuencia en sintonizadores)
d
VI 10 V
DIODOS ESPECIALES Diodo Schottky (Schottky diode) Unión Metal-semiconductor N. Produciéndose el llamado efecto schottky. La zona N debe estar poco dopada. Dispositivos muy rápidos (capacidades asociadas muy bajas). Corriente de fugas significativamente mayor. Menores tensiones de ruptura. Caídas directas mas bajas (tensión de codo ≅ 0.2 V). Aplicaciones en Electrónica Digital y en Electrónica de Potencia El efecto Schottky fue predicho teóricamente en 1938 por Walter H. Schottky
DIODOS ESPECIALES Diodo tunel y diodo GUNN (Gunn diode and Tunnel diode) Tienen dopadas mucho las dos zonas del diodo (105 veces mayor).
ID
Zona de resistencia Aparece un efecto nuevo conocido como efecto túnel. (Descubierto por Leo Esaki en 1958). negativa. Efecto Túnel Un efecto parecido (GUNN) se produce en una cavidad tipo N de Ga As.
El diodo GUNN fue descubierto por Ian Gunn en 1962.
VD Diodo GUNN
Los efectos se traducen en una zona de resistencia negativa en la característica directa del diodo. Esta zona se aprovecha para hacer osciladores de microondas. (El diodo GUNN aparece en el oscilador local del receptor del radar. Está presente en todos los radares marinos actuales).
CIRCUITOS CON DIODOS Puente rectificador
ASOCIACIÓN DE DIODOS
Monofásico
+
Diodo de alta tensión (Diodos en serie) Trifásico
+
DISPLAY -
APLICACIONES DE DIODOS
Detectores reflexión de objeto
Detectores reflexión de espejo
Detectores de barrera
APLICACIONES DE DIODOS
Sensores de luz: Fotómetros Sensor de lluvia en vehículos Detectores de humo Turbidímetros Sensor de Color
Objetivo
LED azul LED
LED verde LED rojo
Fotodiodo
APLICACIONES DE DIODOS El rectificador Convierte la tensión alterna en continua
Regulador
50 Hz
Filtro
6V
Rectificador
220 V 50 Hz
Transformador
Fuente de alimentación
5V
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA Rectificador c.a. (positiva y negativa)
+
+
vE
vS
–
–
Entrada
Continua pulsante
vS ≥ 0
D
Salida
+ vE
–
Rectificador
RL
+ vS = vR
–
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA vE
T
t T 2 vS t
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA TIPO PUENTE
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA TIPO PUENTE
RECTIFICADORES MONOFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS
RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES TRIFASICO NO CONTROLADOS DE MEDIA ONDA
RECTIFICADORES TRIFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
RECTIFICADORES TRIFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
RECTIFICADORES TRIFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
RECTIFICADORES TRIFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
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RECTIFICADORES TRIFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
RECTIFICADORES TRIFASICOS NO CONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
