74
◆
NE S A P L I C A C I O NE
DEL DIODO
FIGURA 2–51
+
–
3V p
Triplicador de voltaje.
2V p + –
V p
+
– C 1
C 3
V p
D1
D2
D3
C 2
+ – 2V p
ciclo negativo, C 2 se carga a 2V p por conducto de D2, como se describió para el duplicador. Durante el siguiente semiciclo positivo, C 3 se carga a 2 V p por conducto de D3. La salida del triplicador se toma a través de C 1 y C 3, como se muestra en la figura.
Cuadruplicador de voltaje La adición otra sección más de diodo-capacitor, como muestra la figura 2-52, produce una salida cuatro veces el voltaje del secundario pico: C 4 se carga a 2 V p gracias a D4 en un semiciclo negativo. La salida de 4 V p se toma a través de C 2 y C 4, como se muestra. Tanto en circuito triplicador como en el cuadruplicador, cuadruplicador, el PIV de cada diodo es 2V p.
FIGURA 2–52
2V p + –
V p
+
Cuadruplicador de voltaje.
– C 1
V p
C 3 D1
D2
D4
C 2
C 4
+ – 2V p
+ – 2V p
+
REPASO DE L A REPASO SECCIÓN 2-5
D3
4V p
–
1. ¿Cuál debe ser el voltaje voltaje nominal pico del secundario secundario del transformador transformador para un duplicador de voltaje que produce una salida de 200 V? 2. El voltaje de salida de un cuadruplicador cuadruplicador es de 620 V. V. ¿Qué PIV nominal nominal límite debe tener tener cada diodo?
2–6
L A H O J A
D E DAT O S D E L D I O D O La hoja de datos del fabricante da información detallada sobre un dispositivo con el fin de que pueda ser utilizado apropiadamente en una aplicación específica. Una hoja de datos típica proporciona capacidades máximas, características eléctricas, datos mecánicos y gráficas de varios parámetros. Al terminar esta sección usted será capaz de: ◆
Interpretar Interpr etar y utilizar utilizar una hoja de datos datos de un diodo ◆
Identificar las capacidades de voltaje y corriente nominales máximas
◆
Determinar las características eléctricas de un diodo
◆
Analizar datos gráficos
◆
Seleccionar un diodo apropiado para un conjunto dado de especificaciones
La figura 2-53 muestra una hoja de datos de un diodo rectificador típico. La presentación de la información en hojas de datos puede variar de un fabricante a otro pero, en términos genera-
L A
HO JA DE DA TO S DE L DI OD O
◆
FIGURA 2–53
©Fairchild Semiconductor Corporation. Utilizada con permiso.
1N4001 - 1N4007 Features • Low forward voltage drop. • High surge current capability. DO-41 COLOR BAND DENOTES CATHODE
General Purpose Rectifiers Absolute Maximum Ratings* Symbol
T A = 25°C unless otherwise noted
Parameter
Value 4001 4002 4003 4004
VRRM
Peak Repetitive Reverse Voltage
IF(AV)
Tstg
Average Rectified Forward Current, .375 " lead length @ T A = 75° C Non-repetitive Peak Forward Surge Current 8.3 ms Single Half-Sine-Wave Storage Temperature Range
TJ
Operating Junction Temperature
IFSM
50
100
200
40 0
Units 4005 4006 4007 6 00
800
1000
V
1.0
A
30
A
-55 to +175
°C
-55 to +175
°C
*These ratings are limiting values above which the serviceability of any semiconductor device may be impaired.
Thermal Characteristics Symbol
Parameter
Value
Units
PD
Power Dissipation
3.0
W
RθJA
Thermal Resistance, Junction to Ambient
50
°C/W
Electrical Characteristics Symbol
T A = 25°C unless otherwise noted
Parameter
Device 4001
4002 4003 4004
Units 4005 4006 4007
VF
Forward Voltage @ 1.0 A
1.1
V
Irr
Maximum Full Load Reverse Current, Full Cycle T A = 75°C Reverse Current @ rated V R T A = 25°C T A = 100°C Total Capacitance VR = 4.0 V, f = 1.0 MHz
30
µ A
5.0 500
µ A µ A
15
pF
IR CT
Typical Characteristics Forward Current Derating Curve
Forward Characteristics
1.6
20
1.4 ) A ( T1.2 N E R 1 R U C0.8 D R0.6 A W R0.4 O F 0.2
10 ) A ( 4 T N 2 E R 1 R U C 0.4 D R 0.2 A W 0.1 R O F0.04
0
SINGLE PHASE HALF WAVE 60HZ RESISTIVE OR INDUCTIVE LOAD .375" 9.0 mmLEAD LENGTHS
T J = 25C Pulse Width = 300S 2% Duty Cycle
0.02 0
20
40 60 80 100 120 140 AMBIENTTEMPERATURE (C)
160
180
0.01 0.6
Non-Repetitive Surge Current k30 p ) A ( T24 N E R R U18 C E G R12 U S D R A 6 W R O F 0
0.8 1 1.2 FORWARD VOLTAGE (V)
1.4
Reverse Characteristics 1000 ) A 100 ( T N E 10 R R U C E 1 S R E V E 0.1 R
1
2
4 6 8 10 20 40 NUMBER OF CYCLES AT 60Hz
60
1 00
0.01
TJ = 1 50C
TJ = 1 00C
T J = 25C
0
20 40 60 80 100 120 RATED PEAK REVERSE VOLTAGE (%)
140
75
76
◆
A PLICACIONES
DEL DIODO
les, todas dan la misma información (algunas proporcionan más o menos datos que otras). La información mecánica, tal como dimensiones del encapsulado, no se muestran en la hoja de datos particular pero en general están disponibles con el fabricante. Note que en esta hoja de datos hay tres categorías de datos dados en forma de tabla y cuatro tipos de características mostrados en forma gráfica. Valores nominales máximos absolutos
Los valores nominales máximos absolutos indican los valores máximos de los diversos parámetros conforme a los cuales el diodo se puede operar sin daños o degradación. Para una máxima confiabilidad y larga vida útil, el diodo deberá operarse conforme a estos valores nominales máximos. En general, los valores nominales máximos se especifican para una temperatura ambiente de operación ( T A) de 25°C, a menos que se estipule lo contrario. La temperatura ambiente es la temperatura del aire alrededor del dispositivo. Los parámetros dados en la figura 2-53 son los siguientes: El voltaje pico en inversa que puede ser aplicado repetidamente a través del diodo. Observe que es de 50 V para el 1N4001 y de 1000 V para el 1N4007. Esta capacidad es la misma que el PIV. V RRM
El valor promedio máximo de una corriente con polarización en directa rectificada de media onda de 60 Hz. Este parámetro de corriente es de 1.0 A para todos los tipos de diodo y está especificado para una temperatura ambiente de 75°C.
I F(AV)
El valor pico máximo de sobrecorriente con polarización en directa de media onda senoidal única no repetitiva con duración de 8.3 ms. Este parámetro de corriente es de 30 A para todos los tipos de diodo.
I FSM
El intervalo permisible de temperaturas a las cuales el dispositivo puede ser mantenido cuando no está operando o no está conectado a un circuito. T stg
El intervalo permisible de temperaturas para la unión pn cuando el diodo es operado en un circuito. T J
Características térmicas
Todos los dispositivos tienen un límite en la cantidad de calor que pueden tolerar sin falla alguna. La disipación de potencia promedio es la cantidad de potencia que el diodo puede disipar en cualquier condición. Un diodo nunca deberá ser operado a su potencia máxima, excepto durante periodos breves, para asegurar la confiabilidad y una larga vida útil. PD
Resistencia térmica de la unión de diodo al aire circundante. Ésta indica la resistencia del material del dispositivo al flujo de calor y especifica el número de diferencia de grados entre la unión y el aire circundante por cada watt transferido de la unión al aire.
RJA
Características eléctricas
Las características eléctricas se especifican en ciertas condiciones y son las mismas para cada tipo de diodo. Estos valores son típicos y pueden ser más o menos para un diodo dado. Algunas hojas de datos dan un valor mínimo un valor máximo además de un valor típico para un parámetro. La caída de voltaje a través del diodo con polarización en directa cuando hay 1 A de corriente de polarización en directa. Para determinar el voltaje de polarización en directa con otros valores de corriente de polarización en directa, se debe examinar la gráfica de características de polarización en directa. V F
Corriente máxima con polarización en inversa a plena carga durante un ciclo completo de ca a 75°C.
I rr
L A
HO JA DE DA TO S DE L DI OD O
La corriente inversa al voltaje inverso nominal ( V RRM). Los valores se especifican a dos temperaturas ambiente diferentes.
I R
Ésta es la capacitancia total del diodo, incluida la capacitancia en la unión en polarización en inversa a una frecuencia de 1 MHz. La mayoría de las veces este parámetro no es importante en aplicaciones de baja frecuencia, tal como rectificadores de fuentes de alimentación. C T
La curva de reducción de la corriente de polarización en directa Esta curva de la hoja de datos de la figura 2-53 muestra la corriente máxima en el diodo con polarización en directa I F(AV) en amperes contra la temperatura ambiente. Hasta aproximadamente 75°C, el diodo puede manejar un máximo de 1 A. A más de 75°, el diodo no puede manejar 1 A, así que la corriente máxima debe ser reducida como se muestra en la curva. Por ejemplo, si un diodo está operando a una temperatura ambiente de 120°C, puede manejar sólo un máximo de 0.4 A, como se muestra en la figura 2-54. A T C E1.6 R I D 1.4 N E N1.2 Ó I C 1 A Z I R0.8 A L O0.6 P E D0.4 E T N0.2 E I R 0 R 0 O C
Curva de reducción de corriente de polarización en directa
20
40
60
80
100
1 20
140
160
FIGURA 2–54
180
TEMPERATURA AMBIENTE ( C) °
Curva de características de polarización en directa Otra gráfica de la hoja de datos muestra la corriente instantánea de polarización en directa como una función del voltaje instantáneo de polarización en directa. Como se indica, los datos de esta curva se derivan aplicando pulsos de 30 ms con un ciclo de trabajo de 2%. Observe que esta gráfica es para T 1 25°C. Por ejemplo, una corriente de polarización en directa de 1 A corresponde a un voltaje de polarización en directa de aproximadamente 0.93 V, como lo muestra la figura 2-55. ) A (
Características en polarización directa
A T C 20 E R 10 I D N 4 E N 2 Ó I 1 C A Z I 0.4 R A 0.2 L O P 0.1 E D0.04 E T0.02 N E I 0.01 R 0.6 R O C
FIGURA 2–55
TJ 25 C Ancho de pulso 300 s Ciclo de trabajo de 2%
0.8
1
1.2
1.4
VOLTAJE DE POLARIZACIÓN EN DIRECTA (V) 0.93 V
Sobrecorriente no repetitiva Esta gráfica de la hoja de datos muestra I FSM como una función del número de ciclos a 60 Hz. Para un solo cambio súbito de corriente el diodo puede soportar 30 A; sin embargo, si los cambios
◆
77
78
◆
A P L I C A C I O NE S
DEL DIODO
se repiten a una frecuencia de 60 Hz, la sobrecorriente máxima se reduce. Por ejemplo, si el cambio se repite 7 veces, la corriente máxima es de 18 A, como muestra la figura 2-56.
FIGURA 2–56
Sobrecorriente no repetitiva
N I 30 C A Z I R o A i c 24 L P O ) P A E ( 18 D A T E C T N E R 12 E I I R D R N E O 6 C E R B O 0 S
1
2
4
6
8 10
20
40
60
100
NÚMERO DE CICLOS A 60 Hz 7
Características de polarización en inversa Esta gráfica de la hoja de datos muestra cómo la corriente de polarización en inversa varía con el voltaje de polarización en inversa a tres temperaturas de unión diferentes. El eje horizontal es el porcentaje del voltaje de polarización en inversa máximo, V RRM. Por ejemplo, a 25°C, un 1N4001 tiene una corriente en inversa de aproximadamente 0.04 mA a 20% de su V RRM máximo o 10 V. Si el V RRM se incrementa a 90%, la corriente en inversa se incrementa a aproximadamente 0.11 mA, como muestra la figura 2-57.
FIGURA 2–57
Características de polarización en inversa
A S R 1000 E V N I N 100 E N Ó I C 10 A Z I R A L 1 O P E 0.11 D 0.1 E T 0.04 N E I R 0.01 R 0 20 O C VOLTAJE
TJ = 150 C
TJ = 100 C
T J = 25 C
40
60
80
100
120
140
DE PICO INVERSO NOMINAL (%) 90
REPASO DE LA SECCIÓN 2-6
1. Determine el voltaje pico inverso repetitivo para cada uno de los diodos 1N4002, 1N4003, 1N4004, 1N4005, 1N4006. 2. Si la corriente de polarización en directa es de 800 mA y el voltaje de polarización en directa es de 0.75V en un 1N4005, ¿se excede la potencia nominal? 3. ¿Cuál es IF(AV) para un 1N4001 a una temperatura ambiente de 100°C? 4. ¿Cuál es IFSM para un 1N4003 si el cambio súbito de corriente se repite 40 veces a 60 Hz?
