- Diodos
- Aplicación de los
diodos - Circuito con diodo
Zener - Transistor en corriente
continua - Estructura del
transistor - Transistores de efecto campo
(FET) - El transistor a baja
frecuencia - Transistores efectos de
campo - Amplificadores en general,
realimentación operacional I y II
La electrónica analógica considera y
trabaja con valores
continuos pudiendo tomar valores infinitos, podemos acotar que
trata con señales
que cambian en el tiempo de
forma continua porque estudia los estados de conducción y
no conducción de los diodos y los
transistores
que sirven para diseñar cómputos en el algebra con
las cuales se fabrican los circuitos
integrados.
La Electrónica Analógica abarca muchos
campos como por ejemplo, la electrónica analógica
dinámica que trata de un circuito que
traslada hondas o vibraciones a un sistema
eléctrico, la analógica hidráulica la cual
es existente entre una corriente del agua de
superficie plana o un flujo bidimensional como ejemplo un reloj,
el cual tiende a tene4r engranaje de diferentes tipos los cuales
son movidos por un conductor el mueve los engranajes que son
diferentes tamaños pero cada uno para una función
especifica como la de los segundos, minutos y horas.
También podemos decir que la electrónica
analógica define campos más específicos
tales como:
- Conducción de semiconductores.
- Diodos
- Circuitos con diodos.
- Transistor biopolar
- Etapas transistoradas.
- Transistores de efecto de campo.
- Amplificación y retroalimentación.
- Amplificador operacional (I).
- Amplificador operacional (II).
- Otros sistemas
amplificadores - Otros sistemas analógicos
- Filtros activos.
Es un componente discreto que permite la
circulación de corriente entre sus terminales en un
determinado sentido, mientras que la bloquea el sentido
contrario,
Funcionamiento del diodo ideal: El
funcionamiento del diodo ideal es un componente que presenta
resistencia
nula al paso de la corriente en un determinado sentido y
resistencia infinita en otro sentido.
V = 10V, R = 1K, D = diodo, i = 10 mA.
- Conducción del diodo en sentido directo (diodo
cerrado)
V = 10V, R = 1K, D = diodo, I = 0mA.
b) Conducción del diodo en sentido inverso (diodo
abierto)
Diodo de unión:
El diodo es un elemento semiconductor debido a la
función de las uniones, de características
opuestas, es decir, uno de tipo N y otro de tipo P. las uniones
de ambas forman del diodo de unión (construido con
materiales
Germano y Silicio)
Tenemos que en el momento que son unidos los dos
materiales, los electrones y huecos en la región de la
unión se combinan, dando por resultado una falta de
portadores en la región cercana a la
unión.
Disposición de huecos – electrones en
la región de unión:
Existe la curva característica de
operación del diodo de Unión. Existen tres regiones
de conducción; a) región directa, región
inversa y región de ruptura.
El diodo de unión opera en dos regiones
tales:
- región directa
- región inversa.
Curva característica del
diodo:
- Condición de polarización directa.
Donde Ri = [V(máx) – Vz] / [Iz (máx) + Il
(min)], sustituyendo valores Ri = [(24) – 10] / [(140) +
(20)] = 87,5 Q
Al considerar diversas combinaciones de V y Ri podemos
determinar que la corriente del diodo permanece dentro del
intervalo 14 < Iz > 140 mA, como se estableció en la
teoría.
Ejercicios propuestos.
- diseñe un regulador de voltaje, utilizando el
circuito en el capitulo anterior. Suponga que el diodo Tener
tiene un voltaje de ruptura de Vz = 10V, la corriente de carga
esta varia 100 < IL > 200 mA, la fuente de voltaje esta
en el intervalo 14V < V > 20V. Hallar Ri y valor de
potencia
máxima requerido del diodo Tener. - Diseñe un regulador de voltaje utilizando el
circuito mostrado anteriormente. Según el diodo Tener,
tiene un voltaje de ruptura de Vz = 9V en la carga, la
corriente de la carga esta varia 400 < IL > 800 mA, la
fuente del voltaje esta en el intervalo
14v < V < 20V. Hallar Ri y valor de la potencia
mínima requerida del diodo Tener.
Respuestas: a) y b)
Análisis mediante la recta de la
carga.
- Circuito sencillo con un diodo, b) curva
característica (Id – Vd)
Solucion: Aplicando Kirchhoff al circuito
E – Vd – Vr = 0 (a). E = Vp + Ip x R (b), se
tiene que las variables (
Vd, Id) son las mismas, para graficar existen dos condiciones.
Graficando los puntos sobre las ejes. a) Símbolo del diodo
Tener y b) Característica V – I de un diodo
tener.
Símbolo del Diodo Zener y el diodo PN.
Según los símbolos de dirección de conducción se comprenda
junto con la polarización. Algunos diodos se
diseñan para aprovechar la tensión inversa de
ruptura con una curva característica mostrada
anteriormente. Esto se consigue básicamente a
través del control de los
dopados con ellos se logran tensiones de ruptura de 1,8 V a 200 V
y potencias máximas desde 0,5 W a 50 W.
La curva característica de un diodo Zener,
teóricamente no se diferencia mucho del diodo ideal aunque
la filosofía de empleo es la
distinta; el diodo zener se utiliza para trabajar en la zona de
ruptura, ya que mantiene constante la tensión entre sus
terminales (tensión zener, Vz).
Una aplicación muy usual es la
estabilización de tensión. Los parámetros
comerciales son iguales al diodo normal, Iz (máx) =
corriente máxima en inversa. Hay que tener en cuenta que
el fabricante nos da los valores de
Vz e Iz (máx) en valor absoluto.
Al resolver un problema, no hay que olvidar que los
valores son negativos con el criterio de signos
establecidos por el símbolo del componente mostrado. Sin
embargo el zener actúa en los tres estados.
- Conducción directa (Diodo normal).
- Conducción inversa (Diodo normal)
- Conducción en Polarizacion Inversa, V = Vz =
Cte e Iz (máx) esta entre 0 y Iz
(máx).
Anteriormente vimos que el voltaje de ruptura de un
diodo Zener era casi constante sobre un amplio intervalo de
corrientes de polarización inversa. Esto hace que el diodo
zener se utiliza en un circuito regulador de voltaje o en un
circuito de referencia de voltaje, en esta parte trataremos un
circuito de referencia de voltaje ideal.
Circuito de referencia de voltaje
ideal:
Este es el voltaje de salida, debe permanecer cantante,
incluso cuando la resistencia de carga de salida varíe en
un intervalo bastante amplio y cuando el voltaje de entrada
varíe en un intervalo especifico. Un circuito de voltaje
con diodo Zener.
Para determinar la resistencia de entrada (Ri) se
considera (Ri limita la corriente a través del diodo Zener
y disminuye el voltaje V). Podemos escribir: Ri = (V –Vz) /
(Iz – IL); despejando I = (Iz + IL). Se asume resistencia
Zener es cero del diodo ideal. Iz = V – Vz / Ri) –
IL. Donde IL = Vz / Rl y las variables son la fuente de voltaje
de entrada V y la corriente de carga IL. Para la operación
apropiada de este circuito, el diodo debe permanecer en la
región de ruptura y la disposición de potencia en
el diodo no debe exceder y su valor nominal.
En otras palabras.
- La corriente en el diodo es mínima, Iz (min)
cuando la corriente de carga es máxima, IL (máx)
y el voltaje de la fuente es mínima, V
(min).} - La corriente en el diodo es máxima, Iz
(máx), cuando la corriente de carga es mínima, Iz
(min) y el voltaje de la fuente es máxima, v
(máx). luego se obtiene:
Ri = [V (min) – Vz] / [Iz (min) + IL
(máx)]
Ri = [V (máx) – Vz] / [Iz
(máx) + IL (min)]
Igualando estas dos ecuaciones se
obtiene
[V (min) – Vz] x [Iz (máx) + IL (min)] = [V
(máx) – Vz] / [Iz (min) + IL (máx)]
Como existen dos incógnitas Iz (min), empleando
la ecuación siguiente:
Iz (máx) = (IL (máx) x [V(máx)
– Vz)] – IL(min)x [V (min) – 0,9 Vz – 0,1
V (máx). ejemplo:
Diseñe un regulador de voltaje utilizando el
circuito mostrado. Suponga que el diod Zebner tiene un voltaje de
ruptura de Vz = 10V, la fuente de voltaje está en el
intervalo 20v < V < 24V y la resistencia de carga varia de
100 a 500. Determine Ri y el valor de potencia requerido del
diodo Zener.
Solución:
La corriente de carga máxima y minima
son:
IL (máx) = Vz / RL (min) = 10 v / 100 = 100
mA
IL (min) = Vz / RL (máx) = 10 v / 150 = 20
mA
Empleando la ecuación de la Iz (máx) se
tiene:
Iz (máx) = (IL (máx)x [V(máx)
– (Vz)] – IL(min)x[V(min) – Vz) / V(min)
– 0,9Vz -0,1v (máx). sustituyendo los
valores:
Iz (máx) = (100)x [V(24) – (10)] (20)x[(20)
– 0,9 (10)- 0,1(24)] = 140mA
La máxima disipación de potencia en el
diodo Zener es:
Pz (máx) = Iz (máx). Vz = (0.14). (10) =
1.4W
Luego de las ecuaciones siguientes se escoge cualquiera
de las dos:
Ri = [V (min) – Vz] / [Iz(min) +
IL(máx)]
Ri = [V (máx) – Vz] / [Iz(máx) +
IL(min)]
Ejemplo: Sea el circuito sujetador que incluye una
fuente de voltaje independiente Vb con un diodo. Hallar la forma
de onda de la salida.
Solución:
En este circuito suponemos por simplicidad que Vd = 0v
(ideal) la salida está desplazada de nivel en Vb. Se
muestra una
señal de entrada Vi (t) de onda cuadrada y de la
señal resultante del voltaje de salida Vo. Cuando la
polaridad de Vb es como se muestra, la salida se desplaza en una
dirección negativa del voltaje.
- Circuito y b) Señal de entrada y salida de
onda cuadrada.
TRANSITOR EN CORRIENTE CONTINUA
El Transistor de
unión bipolar (BJT): Se inicia con una descripción de la estructura
básica del transistor y con una descripción
cualitativa de su operación. Para su descripción se
utilizará los conceptos básicos de las uniones PN
de los diodos. El transistor bipolar (BJT) esta formada por tres
regiones dopadas separadamente.
Tipos de transistores: existen dos tipos
de transistores el NPN y el PNP.
Funcionamiento:
Un transistor sin polarizar es igual a los diodos
contrapuestos, cada uno tiene una barrera, donde las tres
regiones y sus terminales se demoniza emisor (E), base (B) y
colector (C), el flujo de electrones, se obtienen corrientes a
través de las diferentes partes del transistor.
Electrones del emisor:
Aquí se muestra un transistor polarizado, los
signos menos representan electrones libres. El emisor esta
fuertemente dopado su función consiste emitir o inyectar
electrones libres a la base. La base ligeramente dopada deja
pasar hacia el colector la mayor parte de los electrones
inyectados por el emisor. El colector se llama así, porque
colecta o recoge la mayoría de los electrones provenientes
de la base emisor. El colector se llama así, porque
colecta o recoge la mayoría de los electrones provenientes
de la base.
Electrones en la base:
En el instante en que la polarización directa se
aplica al diodo emisor. Los electrones del emisor no han entrado
en la zona de la base.
TRANSISTORES DE EFECTO CAMPO
(FET)
Un transistor de unión bipolar (BJT), es un
dispositivo controlado por corriente en el que participan tanto
la corriente de electrones como la corriente de huecos. El
transistor de efecto de campo (FET); es un dispositivo unipolar,
opera como un dispositivo controlado por voltaje, ya sea con
corriente de electrones en un FET de canal N o con corriente de
huecos en un FET de canal P. ambos tipos de FET se controlan por
una tensión entre la compuerta y la fuente.
Los dispositivos BJT o los FET pueden emplearse para
operar un circuito amplificador (o en otros circuitos
electrónicos similares). Con consideraciones de
polarización diferentes.
Características:
- Tiene una resistencia de entrada extremadamente
alta (casi 100M). - No tiene un voltaje de unión cuando se
utiliza Conmutador (Interruptor). - Hasta cierto punto inmune a la radiación.
- Es menos ruidoso.
- Puede operarse para proporcionar una mayor
estabilidad térmica.
EL TRANSISTOR A BAJA FRECUENCIA
Para explicar el transistor a baja frecuencia tendremos
que explicar lo que es Cuadripolo. Este es un circuito que se
comunica con el mundo exterior solo a través de los
puertos de entrada (IN) y salida (OUT).
Las ecuaciones del cuadripolo viene dada en:
V1 = H11I1 + H12V2
I2 = H21I1 + H22V2
Donde V1 y I2, son variables dependientes, mientras que
I2 Y V2 son variables independientes. Los valores de h11, h12,
h21 y h22 se llaman parámetros híbridos (h), porque
no tiene dimensiones homogénicas.
Modelo hibrido del transistor:
Para llegar al modelo lineal
en corriente alterna
pura de un transistor o de su circuito equivalente, vamos a
suponer básicamente que las variaciones alrededor del
punto de trabajo son
pequeñas.
Polarización de los JET y
MOSFET:
Considerando un amplificador en la configuración
fuente – común (FC). Los métodos de
polarización son similares para los MOSFET.
Operación en AC del FET:
El circuito equivalente en AC del FET. Ahora puede
emplearse en el análisis de diversas configuraciones de
amplificadores FET con respecto a la ganancia de voltaje y las
resistencias
de entradas y salidas. El voltaje de salida en AC es:
Como Vi = la ganancia de voltaje del circuito
es:
La impedancia en AC vista hacia el amplificador
es:
Y la impedancia en AC vista desde la carga hacia la
Terminal de salida del amplificador es:
Características de
transferencia:
Es una curva de corriente de drenaje, como
función del voltaje de compuerta – fuerte, para un
valor constante del voltaje Drenaje – Fuerte. La
característica de transferencia puede observarse
directamente sobre un trazo de curvas, obtenida de la medición de la operación del
dispositivo, dibujada en la característica de
drenaje.
Tipos de Fet:
Los FET (Transistor de efecto de campo), JFET
(Transistor de efecto de campo de unión) de vaciamiento.
MOSFET (Transistor de efecto de campo oxido semiconductor) de
vaciamiento. Pueden emplearse para amplificar señales
pequeñas, variables en el tiempo. Al comparar el FET con
el BJT se aprecia que el drenaje (D) es análogo al
colector, tanto que la fuente (S) es análoga al emisor. Un
tercer contacto, la compuerta (G) es análogo a la
base.
Configuraciones:
Así como existen las configuraciones del BJT, lo
existen para los JFET.
- (FC) Fuente común.
- (GC) Compuerta común.
- (DC) Drenaje común
AMPLIFICADORES EN GENERAL, REALIMENTACIÓN
OPERACIONAL I Y II
Un sistema amplificador consiste en un transductor
recolector de señales; seguido por un amplificador de
señal pequeña, un amplificador de señal
grande y un dispositivo transductor de salida. La señal
del transductor de entrada es, por lo general, pequeña y
debe amplificarse lo suficiente de manera que se pueda utilizar
para operar un dispositivo de salud.
Los amplificadores de voltaje proporcionan una
señal de voltaje lo bastante grande para las etapas
amplificadoras de señal grande a fin de operar esos
dispositivos de salida como altavoces y motores.
Un amplificador de señal grande debe operar en
forma eficiente y ser capaz de manejar grandes cantidades de
potencia (en watios).
Los amplificadores de potencia se clasifican de acuerdo
con el porcentaje de tiempo que la corriente de colector es
diferente de cero.
Existen cuatro clasificaciones principales: Clase A, Clase
B, Clase AB, Clase C. en este modulo se analiza los dos
primeros.
Operación en Clase A:
Fue considerado al inicio de los transistores (BJT),
donde los amplificadores reproducen totalmente la señal de
entrada. La corriente de colector es distinta de cero todo el
tiempo. Esta clase es ineficiente, porque sin señal de
entrada, existe uno que es diferente de cero y el transistor
disipa potencia en condiciones estática o
de reposo.
Circuitos amplificadores de potencia en Clase
A:
En general los circuitos amplificadores de potencia
contienen transistores capaces de manejar alta potencia. Estos
operan normalmente a tensiones mayores que los transistores de
baja potencia y, por tanto requieren a menudo una fuente de
tensión separada.
Por ejemplo las tensiones de los transistores de
potencia pueden exceder los 450 V. las capacidades de corriente
son elevadas con frecuencia superiores a 10ª de corriente
continua (DC). Como estos transistores necesitan disipar
potencias elevadas, se diseñan en forma diferente de los
transistores de baja potencia y pueden incluir circuitos de
protección para limitar la corriente. También se
considera en forma adicional la disipación de calor que se
produce durante la operación.
Integrantes:
Harbin Zambrano
Jomar Araque
Jorge Hernández
Enviado por:
Douglas Alfredo Dominguez Ruiz
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio de Educación
Superior
Proceso Socio – Tecnológico
Ingeniería Electrónica