Diodos Rectificadores Y Transistores 1de6d

Entrenamiento para técnicos de Diagnóstico ELECTRONICS MANUFACTURING SERVICES

Electrónica básica: Rectificadores y transistores. Planta 01. Capacitación de Indirectos

Objetivo

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Recordar el funcionamiento de diodos, transistores, derivaciones y aplicaciones.

Contenido

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Introducción a Rectificadores.

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Semiconductores. Unión PN. Diodo Zener.

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Rectificadores: Diodos Zener Rectificador de Media Onda. Rectificador con Derivación Central. Rectificador de Onda Completa tipo Puente.

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Introducción a Transistores.

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Transistores: Tipos de Polarización. Aplicaciones.

Introducción a Rectificadores.

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Por medio de un circuito rectificador podemos obtener tensión continua partiendo de una tensión alternada. Su uso práctico es muy extenso dada la gran cantidad de aparatos electrónicos (la mayor parte de estos) que funcionan con corriente continua.

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El elemento básico para la construcción de rectificadores es el diodo.

Introducción a Rectificadores.

MATERIALES SEMICONDUCTORES •

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Son materiales que tienen una resistencia eléctrica intermedia entre los conductores y los aislantes. En estos materiales hay electrones que se desligan de sus átomos quedando un electrón y un hueco (átomo sin electrón) que se constituyen en portadores de carga, el movimiento de estos portadores cuando se aplican voltajes constituye una corriente eléctrica. Es un material conductor intrínseco.

Introducción a Rectificadores.

MATERIALES SEMICONDUCTORES.

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A mayor temperatura existen más portadores de carga, las corrientes son mayores, por tanto la resistencia es menor, se usan como elementos para medir temperaturas (termistores). Los semiconductores más usados son el Silicio y el Germanio. Cuando al semiconductor intrínseco se adicionan átomos de otros elementos (impurezas) por cada átomo adicionado se forma un portador de carga.

Introducción a Rectificadores.

MATERIALES SEMICONDUCTORES

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Un diodo es la unión de dos zonas de material semiconductor, una de tipo N y la otra de tipo P, entre las dos se forma una zona llamada de agotamiento (Z.A.) donde es mínima o nula la presencia de portadores de carga. Tanto en la zona P como en la zona N existen portadores de carga minoritarios del signo contrario. A la zona P se le llama ánodo (A) y a la zona N se le llama cátodo (K).

El Diodo Componentes semiconductores En un conductor la corriente es debida al movimiento de las cargas negativas (electrones). En los semiconductores se producen corrientes producidas tanto por el movimiento de electrones como de las cargas positivas (huecos). Los semiconductores son aquellos elementos pertenecientes al grupo IV de la Tabla Periódica (Silicio, Germanio, etc.). Generalmente a estos se le introducen átomos de otros elementos, denominados impurezas, de forma que la corriente se deba primordialmente a los electrones o a los huecos, dependiendo de la impureza introducida.

El Diodo

La corriente en un diodo presenta un sentido de circulación de cargas positivas que van desde el ánodo al cátodo, no permitiendo la circulación de la corriente en el sentido opuesto, lo cual nos permite la RECTIFICACION. Esto ocurre porque por el diodo solamente podrá circular corriente cuando el ánodo sea más positivo que el cátodo. Están compuestos por dos regiones de material semiconductor que se llama unión P-N que es la base de todo componente electrónico de tipo activo. Entre las dos partes de la unión P-N, y en la zona de o entre ambas, se produce una región denominada de transición, donde se genera una pequeña diferencia de potencial, dado que se conforma una recombinación de electrones, quedando la zona N a mayor tensión que la zona P.

El Diodo Cuando se le aplica una tensión al diodo con la terminal positiva conectada a la zona P y el negativo a la N se producirá una circulación de corriente entre ambas debido a que una pequeña parte de esta tensión nivelará la diferencia de potencial entre zonas, llamada tensión umbral, quedando éstas niveladas en tensión, y el resto de la tensión aplicada producirá una circulación de electrones de la zona N a la P. Si esa tensión externa se aplica con los bornes intercambiados, es decir la terminal positiva de la fuente conectada a la zona N y el negativo a la región P, no habrá circulación de corriente por el diodo, debido a que por efecto de la tensión aplicada se aumentará la diferencia de potencial existente entre las zonas P y N, impidiendo así la circulación de corriente a través del mismo

El Diodo Con la figura podemos tener una idea algo mas exacta de lo que sucede en el diodo cuando le aplicamos una tensión, en cualquiera de los dos sentidos (polarización directa e inversa). El cuadrante superior derecho corresponde a la polarización directa, en el mismo podemos apreciar que existe una tensión (VU) a partir de la cual el diodo comienza a conducir, dicha tensión es la tensión umbral y varía según sea el material semiconductor empleado en la fabricación del diodo, siendo de 0,7 V para el silicio y 0,3 V para el germanio.

El Diodo El cuadrante inferior izquierdo corresponde a una polarización inversa. En ella se ve que la corriente que lo atraviesa (conocida como corriente inversa) es prácticamente nula. Note que los valores menores que cero en el eje de la corriente están graduados en uA. Nóte también que para polarización inversa mayor a VR la corriente inversa crece indefinidamente. Una tensión inversa de este valor o mayor a él daña al diodo en forma irreversible y se la conoce como tensión de ruptura o zéner. Entre las diversas clases de diodos que se encuentran en el mercado, podemos citar las siguientes: diodos rectificadores (en montaje individual o puente rectificador), diodos de señal, diodos de conmutación, diodos de alta frecuencia, diodos estabilizadores de tensión, diodos especiales

Rectificadores.

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Diodo en directo: Se comporta como un interruptor cerrado.

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Diodo en inverso: Se comporta como un interruptor abierto.

Rectificadores.

Diodo Zener: •

El voltaje en el diodo será el que el circuito aplique y puede llegar a cualquier valor, en la práctica cientos de voltios para diodos rectificadores. Cuando el voltaje inverso aplicado llega a cierto valor la atracción entre huecos y electrones crece tanto que rompen la resistencia de la estructura del semiconductor y viajan a gran velocidad recombinándose y formando una corriente que crece rápidamente, se llama fenómeno de avalancha y a ese voltaje se llama Zener o de avalancha. En diodos rectificadores este voltaje es de cientos de voltios y si el diodo llega a ese voltaje normalmente se daña por una elevación muy rápida de temperatura.

Rectificadores.

Diodo Zener: •

Los diodos Zener tienen un voltaje de avalancha menor a 100v y se pueden trabajar haciéndolos conducir en esa condición hasta cierto valor límite de corriente. Un diodo se puede asimilar a una válvula de flujo unidireccional (flapper o cheque), con una diferencia de presión positiva se abre y deja pasar flujo, con una diferencia de presión negativa se cierra y el flujo es cero.

Rectificadores.

Rectificador de media onda: •

El rectificador más simple de realizar es el de media onda, el cual puede observarse en la siguiente figura:

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Analizaremos que es lo que sucede en cada uno de los intervalos del 1 al 4.

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En el primer intervalo (1), la tensión Vs está en el semiciclo positivo, de esta forma podemos suponer que es positiva en A y negativa en B, recibiendo el diodo polarización directa (+ ánodo y - cátodo), permitiendo que la corriente circule a través de él. Si medimos la tensión en la resistencia, ésta será prácticamente igual a la tensión alterna de entrada Vs obteniéndose el semiciclo positivo indicado con 1 en Vcc.

Rectificadores. Rectificador de media onda: •

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En el intervalo 2 la polaridad de la tensión Vs se ha invertido, de esta forma es negativa en A y positiva en B, polarizando al diodo en sentido inverso con lo cual el mismo no conducirá y provocará una tensión prácticamente nula en bornes de la resistencia, obteníendose así el semiciclo nulo indicado con 2 en Vcc. Prosiguiendo con el mismo análisis en los intervalos 3 y 4 se obtiene el diagrama completo para Vcc. De esta forma hemos obtenido la tensión Vcc, que es Vs rectificada cada media onda, dejando pasar solamente el semiciclo positivo de ésta. Esta forma de rectificado no es la mas conveniente dado que se está desperdiciando un semiciclo de la señal de alterna y si se desea un posterior rectificado para obtener una contínua pura será muy difícil de lograrlo dada la gran asimetría de esta.

Rectificadores.

CIRCUITO RECTIFICADOR CON TRANSFORMADOR DE TAB CENTRAL (Rectificador de media onda bifásico)

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En este circuito se han utilizado dos diodos rectificadores conectados con un transformador con toma intermedia, la cual es conectada a masa. La forma en que este rectificador trabaja es muy similar a la anterior, y las tensiones en las distintas partes del mismo son las que se muestran en la figura:

Rectificadores.

CIRCUITO RECTIFICADOR CON TRANSFORMADOR DE TAB CENTRAL (Rectificador de media onda bifásico)

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Como se ve, al diodo D1 se le aplica la tensión V12 y de la forma ya vista en el rectificador anterior nos dá una tensión de salida Vs como se ve en la gráfica de Vs1. Al diodo D2 se le aplica la tensión V32 y entonces tenemos a la salida la tensión graficada Vs2. La tensión de salida Vs es la suma de ambas y se ve en la gráfica de Vs. Pero éste sigue siendo un método poco utilizado ya que se debe disponer de un transformador con toma intermedia.

Rectificadores.

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA

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A este tipo de rectificadores se lo denomina rectificador tipo puente.

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Ya hemos visto el principio del funcionamiento de los rectificadores, ahora veremos de que forma a la señal rectificada se la filtra para obtener una contínua pura.

Rectificadores.

Introducción a Transistores.

Definición de Transistor. •

La palabra Transistor viene de Transfer Resistor o resistencia de transferencia, es un elemento que se comporta como una resistencia variable que depende de una señal eléctrica de control, entonces al cambiar el valor de la señal de control cambia la cantidad de corriente que pasa por el transistor.

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Hay dos clases principales de transistores: Bipolares (BJT) y de efecto de campo (FET).

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En los transistores BJT la señal de control es una corriente y en los FET es un voltaje.

Introducción a Transistores.

Clases de Transistores:

Transistores. Transistor Tipo BJT. • El transistor es un dispositivo de tres terminales, que consiste en un material de tipo p y uno de tipo n. Su composición puede ser en dos formas: • Dos materiales de tipo n separados por un material de tipo p (transistor npn). • Dos materiales p separados por un material n (transistor pnp). • Las tres capas o secciones diferentes se identifican como emisor, base y colector. • El emisor, capa diseñada para emitir o inyectar electrones, está bastante contaminado. • La base, con una contaminación media, es una capa delgada diseñada para pasar electrones. • El colector, capa grande diseñada para colectar electrones, está poco contaminado.

Transistores.

Transistor Tipo BJT. • El transistor se puede concebir como dos uniones pn colocadas "espalda contra espalda", éstas se denominan transistores bipolares de unión (BJT, bipolar función transistor). • Están constituidos por tres capas de semiconductor que se llaman emisor (E), base (B) y colector (C), en el transistor NPN la base es semiconductor P, el emisor y el colector de semiconductor N, en el transistor PNP es lo contrario.

Transistores.

Transistor Tipo BJT. •

Para que un transistor bipolar funcione se debe "polarizar" que consiste en colocar fuentes de voltaje y resistencia que coloquen el diodo base emisor en directo (|VBE| =0.7) y que el diodo base colector esté en inverso.

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Hay varias formas de polarizar un transistor, los más usados son fija, divisor de voltaje, realimentación por colector, realimentación por emisor, seguidor emisor, etc.,

Transistores.

Transistor Tipo BJT. •

El comportamiento fundamental del transistor es que genera una corriente en el colector que es proporcional a la corriente que entra (PNP) o sale (NPN) por la base, la constante de proporcionalidad se llama la ganancia de corriente y se indica por ß o hFE. • •

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ß = IC / IB Conceptualmente se dice que el transistor se comporta como una fuente de corriente controlada por corriente, es decir, una fuente de corriente que no es de valor fijo, varía produciendo más o menos corriente en la medida que hay más o menos corriente en la base. Como en el transistor no se acumula carga toda la corriente que entra a él debe salir, entonces: IE = IC + IB = (ß +1) IB Si ß >> 1 Þ IE » IC

Transistores.

Configuraciones de un Transistor Tipo BJT.

Transistores.

Configuraciones de un Transistor Tipo BJT. Modelo Hibrido {H} de un transistor Bipolar.

Transistores.

Transistor Tipo BJT. Modelo Hibrido {H} de un transistor Bipolar.

Transistores.

Configuraciones de un Transistor Tipo BJT. Modelo Hibrido {H} de un transistor Bipolar.

Transistores.

Configuración Base Común. • Para la configuración de base común con transistores pnp y npn. La terminología de la base común se deriva del hecho de que la base es común tanto a la entrada como a la salida de la configuración. Por lo regular la base es la terminal más cercana a, o que se encuentra en, el potencial de tierra. Para el transistor la flecha en el símbolo gráfico define la dirección de la corriente del emisor (flujo convencional) a través del dispositivo.

Transistores.

Configuración Base Común. •

Para describir en su totalidad el comportamiento de un dispositivo de tres terminales, como los amplificadores de base común se requiere de dos conjuntos de características, uno para el punto de excitación o parámetros de entrada y el otro para el lado de la salida. El conjunto de entrada para el amplificador de base común relacionará la corriente de entrada (IE). el conjunto de características de la salida o colector tiene tres regiones básicas de interés: la regiones activa, de corte y de saturación. La región activa es la que suele utilizarse para los amplificadores lineales (sin distorsión). En particular:

En la región activa la unión base - colector se polariza inversamente, mientras que la unión emisor - base se polariza directamente.

Transistores.

Configuracion Base – Emisor. •

La configuración de transistor que se encuentra más a menudo aparece en la figura 2.20 para los transistores pnp y npn. Se le denomina configuración de emisor común debido a que el emisor es común o hace referencia a las terminales tanto de entrada como de salida (en este caso, es común tanto a la terminal de base como a la de colector). Una vez más, se necesitan dos conjuntos de características para describir por completo el comportamiento de la configuración de emisor común: uno para el circuito de entrada o base-emisor y otro para el circuito de salida o colector-emisor.

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En la región activa de un amplificador de base común la unión del colector-base se encuentra polarizada inversamente, mientras que la unión base-emisor se encuentra polarizada directamente. Para propósitos de amplificación lineal (la menor distorsión), el corte para la configuración de emisor común se definirá mediante IC = ICEO.

Transistores.

Configuración Colector Común. • La configuración de colector común se utiliza para propósitos de acoplamiento de impedancia, debido a que tiene una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida, contrariamente a alas de las configuraciones de base común y de un emisor común. • La figura muestra una configuración de circuito de colector común con la resistencia de carga conectada del emisor a la tierra. Obsérvese que el colector se encuentra conectado a la tierra aunque el transistor esté conectado de manera similar a la configuración del emisor común. Desde un punto de vista de diseño, no se requiere de un conjunto de características de colector común para elegir los parámetros del circuito de la figura 2.21. puede diseñarse utilizando las características de salida para la configuración de colector común son la mismas que para la configuración de emisor común.

Transistores.

Transistores de Efecto de Campo. Terminología

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Componente = dispositivo, cuando se agrega Activo = Amplifica Pasivo = R,L,C JFET = FET = TEC Junction Field Effect Transistor.

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MOST = MOSFET = IGFET Metal Oxide Semi= INSULATED Conductor transistor Gate Field Effect Transistor.

Transistores.

Transistores de Efecto de Campo. • • • • • • • • • • • •

Cómo trabaja ? Entre la compuerta G y Fuente S se conforma un diodo PN para el cual el canal N y un diodo NP para el canal P. La tensión VGS se debe polarizar en forma inversa y en directa siempre y cuando en forma no se sobrepase la tensión de arranque V (= 0,6V, Si). AL sobrepasar 0,6 V el diodo conduce y se destruye, porque está fabricado para baja corriente directa. En síntesis, es una barra de Si, con impurezas controladas, N si el canal es N, e impurezas P para el de canal P, que tiene cierta resistencia R canal = r L r = resistividad S Al polarizar al diodo Gs, en forma inversa, fundamenta la baja corriente de entrada aprox. 10 nA ( en definitiva es la polarización inversa de un diodo cumún).

Transistores.

Transistores de Efecto de Campo.

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La interpretación de la característica de salida, tiene 3 zonas: VDS (aumenta) 1- Zona lineal. Ley de Ohm Þ ID= VDS Rcanal (cte.) 2- Zona alineal o de codo. 3- Zona de saturación, es la utilización como amplificador

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Aqui ID = cte. Es interesante ver que las variaciones de

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VDS no afectan a ID : ID = VDS si VDS Ý Rcanal Ý Rcanal en igual proporción (esta es la llamativa )

Transistores.

Transistores de Efecto de Campo. TRANSISTOR MOST • La gran diferencia fundamental con el JFET, es que entre compuerta G y Fuente S hay • un material aislante (Si O2), que contiene una constante dieléctrica relativa (Rr), baja • pero • estable. • Podemos decir sin dudas, que entre G y S hay un dieléctrico por lo tanto es un • CAPACITOR. • Las corrientes de entradas IG = pA ( 1 pA= 10-12 A ) • 1000 veces o mas menores al JFET. • La rgs oscila 1010 a 1015 W. • Hay dos tipos de MOST: Acumulación y Deplexión.

Transistores.

Transistores de Efecto de Campo.

Conclusiones • • • •

El nacimiento del diodo surge a partir de la necesidad de transformación de corrientes alternas en continua. Otra característica que los diferencia a los semiconductores se refiere a su resistividad, estando ésta comprendida entre la de los metales y la de los aislantes. El transistor es un componente de gran relevancia para la industria electrónica, puede funcionar como interruptor, amplificador etc. Conceptualmente se dice que el transistor se comporta como una fuente de corriente controlada por corriente