UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE ELECTROTECNIA Y COMPUTACION TRABAJO DE ELECTRONICA ANAL ANALOGICA OGICA.
PROFESOR:
MSC.DORA INES REYES CHAVEZ.
TEMA: LIMITADORES
Y
RECORTADORE.
FECHA:
14/03/2016
GRUPO
3M1!EL
ELABORADO POR DARLING GISSELLE GISSELLE RODRIGUEZ BARREDA. JOSELYN JOSEL YN MARCELA OCAMPO ZEAS.
LIMITADORES O RECORTADORES
Un Limitador o Recortador es un circuito capaz de suprimir porciones positivas o negativas de una señal. Es un circuito que, mediante el uso de resistencias y resistencias y diodos, diodos, permite eliminar tensiones que no nos interesa que lleguen a un determinado punto de un circuito. Mediante un limitador podemos conseguir que a un determinado circuito le lleguen únicamente tensiones positivas o solamente negativas, no obstante esto también puede acerse con un s!lo diodo dio do "ormando "ormando un recti"icador de media onda, onda , de "orma que nos vamos a centrar en un tipo de limitador que no permite que a un circuito lleguen tensiones que podr#an ser per$udiciales para el mismo.
LIMITADOR LIMITADOR POSITIVO
Un limitador positivo recorta o limita la parte superior de una señal, Esto signi"ica que recorta porciones de %ensi!n %ensi!n en los l os semiciclos positivos.
&igura '( Limitador )ositivo La "igura '( muestra un Limitador )ositivo y el circuito "unciona de la siguiente manera* El diodo es polarizado en directa durante los semiciclos positivos y en inversa durante los semiciclos negativos. +uando el diodo esta polarizado en directa se produce un corto que ocasiona una ca#da de tensi!n en la resistencia R L que se apreci aprecia a como como un recort recorte e en el semici semiciclo clo positiv positivo, o, dealm dealment ente e dica dica ca#da ca#da deber#a recortar totalmente el semiciclo, en la practica el diodo no es ideal y el recorte termina en -./.
LIMITADOR NEGATIVO
Un limitador negativo recorta o limita la parte in"erior de una señal, Esto signi"ica que recorta porciones de %ensi!n en los semiciclos negativos.
&igura '0 Limitador 1egativo La "igura '0 muestra un Limitador 1egativo y el circuito "unciona de la siguiente manera* El diodo es polarizado en directa durante los semiciclos negativos y en inversa durante los semiciclos positivos. +uando el diodo esta polarizado en directa se produce un corto que ocasiona una ca#da de tensi!n en la resistencia R L que se aprecia como un recorte en el semiciclo negativo, dealmente dica ca#da deber#a recortar totalmente el semiciclo, en la practica el diodo no es ideal y el recorte termina en 2-./.
LIMITADORES LIMITADORES POLARIZADOS
El nivel del volta$e que se limita se puede a$ustar añadiendo una "uente de tensi!n 3/++4 en serie con el diodo.
a)
b) &igura '5 a4 Limitador )ositivo )olarizado b4 Limitador 1egativo )olarizado 6e esta "orma el circuito limitador recorta toda entrada de tensi!n por encima de*
VCC + 0.7V 77777 Limitador )ositivo −VCC – 0.7V 77777 Limitador 1egativo )ara que un limitador "uncione correctamente se debe tener en cuenta la siguiente regla* 100R B < R S S <0.01R L
La regla dice que la resistencia en serie debe ser '-- veces mayor que la resistencia interna del diodo y '-- veces menor que la resistencia de carga.
SUJETADORES SUJETADORES O CAMBIADORES C AMBIADORES DE NIVEL Un circuito su$etador añade un nivel de ++ a volta$e de 8+. +omo en el caso anterior, de los limitadores, ay dos tipos de su$etadores, los de nivel positivo y los de nivel negativo.
&igura. '9 :u$etador o +ambiador de 1ivel )ositivo El circuito su$etador de nivel positivo "unciona de la siguiente "orma* 6ura 6urant nte e los los semi semici cicl clos os nega negatitivo voss el diod diodo o esta esta pola polari riza zado do en dire direct cta a permitiendo que el capacitor + se cargué apro;imadamente a /) 3in4 < -./ donde /) 3in4 es el volta$e pico de la señal de entrada. 6espués del pico negativo el diodo queda polarizado en inversa y esto es porque la carga positiva adquirida por el condensador bloquea al c=todo del diodo y busca descargarse a través de R. La idea es que el capacitor no se descargue totalmente cuando el diodo esta en inversa para as# mantener una corriente continua apro;imada a /) 3in4 < -./ que por superposici!n cambie el nivel 6+ de la señal de entrada. )ara calcular la constante de tiempo de carga y descarga del condensador del se emplea la "ormula* T= R∙C
Una regla pr=ctica de diseño es acer que la constante de tiempo R+ sea 'veces el valor del periodo de la señal de entrada. :i invertimos la polaridad del diodo y la del capacitor obtenemos un :u$etador de nivel negativo.
&igura. '> :u$etador o +ambiador de 1ivel 1egativo Los circu circuito itoss :u$eta :u$etador dores es son "recue "recuente ntemen mente te utiliza utilizados dos en recept receptore oress de televisi!n como restauradores del nivel 6+ de señales de video.
MULTIPLICADORES DE VOLTAJE Un circu circuito ito multip multiplic licado adorr aument aumenta a los valor valores es de volta$ volta$e e sin necesi necesidad dad de cambiar el trans"ormador de la "uente principal. Multiplicando por (, 0 y 5 el valor de volta$e a su entrada. El prin princi cipi pio o de oper operac aci! i!n n de esto estoss circ circui uito toss es la carg carga a suce sucesi siva va de condensadores debido a la abilitaci!n en cascada de diodos. Estos circuitos se implementan cuando ay cargas que necesitan una tensi!n muy alta y que absorben una +orriente pequeña. Una Una aplic aplicac aci! i!n n comú común n se da en los los circ circui uito toss que que elev elevan an el volt volta$ a$e e para para alimentar el %ubo de rayos cat!dicos de %elevisores, Monitores y ?sciloscopios. E;isten varios tipos de multiplicadores de tensi!n, nosotros analizaremos estos cuatro* El 6oblador de volta$e de media onda El %riplicador El +uadriplicador El 6oblador de tensi!n de onda completa
EL DOBLADOR DE VOLTAJE DE MEDIA ONDA
Un doblador de volta$e de media onda es la combinaci!n de un recti"icador de media onda con un multiplicador de volta$e con "actor de multiplicaci!n (.
&igura. ' +ircuito doblador de /olta$e de Media ?nda El circuito "unciona de la siguiente manera* 6urante el semiciclo positivo el diodo 6' est= polarizado en directa y el diodo 6( est= polarizado en inversa y el condensador +' se carga apro;imadamente al valor pico del volta$e en la entrada menos la ca#da de volta$e del diodo (V P P – – 0.7V). 6urante el semiciclo negativo el diodo 6( est= polarizado en directa y el diodo 6' est= polarizado en inversa. En este punto el volta$e almacenado en +' se suma al volta$e de entrada cargando el condensador +( a 3 2V P P4. 4 . 6( recti"ica a media onda y +( "iltra la onda pulsante, el resultado es una salida de corriente continua de volta$e apro;imadamente el doble de la entrada 3 2V P P 4. 4. 6emostraci!n por ley de @irco""* V C1 + V P = 0 C1 − V C2 C2 + P = V C1 – 0.7V C1 = V P P – V C2 = V P + V C1 C2 = P + C1
6espreciando la ca#da del diodo de* /+( A /) B /) A (/)
TRIPLICADOR DE VOLTAJE
&igura. 'C %riplicador de volta$e El circuito "unciona de la siguiente manera* 6urante el semiciclo positivo el diodo 6' est= polarizado en directa y el condensador +' se carga apro;imadamente al valor pico del volta$e en la entrada. 6urante el semiciclo negativo el diodo 6( est= polarizado en directa. En este punto el volta$e almacenado almacenado en +' se suma al volta$e volta$e de entrada entrada cargando cargando el condensador +( a 3 2V P P4. 4 . La descarga de +( carga +0 mientras 60 esta polarizado en directa. La salida del circuito es apro;imadamente 0/ ).
CUADRIPLICADOR DE VOLTAJE
&igura. 'D +uadriplicador. +uadriplicador. :i a un circuito %riplicador le agregamos un 6iodo y un +ondensador adicional en cascada obtendremos un circuito cuadriplicador de volta$e que multiplica por 5 el valor del volta$e de entrada. En este caso +5 se carga durante el semiciclo negativo a través de 65 la salida del volta$e cuadriplicado se toma en los e;tremos de +( y +5.
DOBLADOR TENSION DE ONDA COMPLETA
&igura. (- ?nda completa duplicador. El circuito "unciona de la siguiente manera* 6urante los semiciclos positivos 6' esta polarizado en directa y +' se carga apro;imadamente al valor de /), luego durante los semiciclos negativos 6( esta polarizado en directa y +( se carga apro;imadamente también al valor de /) la salida se toma de un e;tremo de +' y +( y el volta$e resultante es (/).
DIODO VARACTOR O VARICAP
6iodo varicap. El diodo de capacidad variable o /aractor /aractor 3/aricap4 3/aricap4 es un tipo de diodo que basa su "uncionamiento en el "en!meno que ace que la ancura de la barrera de potencial en una uni!n )1 var#e en "unci!n de la tensi!n inversa aplicada entre sus e;tremos.
FUNCIONAMIENTO
El diodo de capacidad variable o /aractor 3/aricap4 es un tipo de diodo que basa su "uncionamiento en el "en!meno que ace que la ancura de la barrera de potencial en una uni!n )1 var#e en "unci!n de la tensi!n inversa aplicada entre sus e;tremos. 8l aumentar dica tensi!n, aumenta la ancura de esa barrera, disminuyendo as# la capacidad del diodo. 6e este modo se obtiene un cond conden ensa sado do vari variab able le cont contro rola lado do por por tens tensi! i!n. n. Los Los valo valore ress de capa capaci cida dad d obtenidos van desde ' a 9-- p&. La tensi!n inversa m#nima tiene que ser de ' /. La capacidad "ormada en e;tremos de la uni!n )1 puede resultar de suma utilidad cuando, al contrario de lo que ocurre con los diodos de R&, se busca precisamente utilizar dica capacidad en proveco del circuito en el cual est= situado el diodo. 8l polarizar un diodo de "orma directa se observa que, adem=s de las zonas constitutivas de la capacidad buscada, aparece en paralelo con ellas una resistencia de muy ba$o valor !mico, lo que con"orma un condensador de elevadas pérdidas. :in embargo, si polarizamos el mismo en sentido inverso la resistencia paralelo que aparece es de un valor muy alto, lo cual ace que el diodo se pueda comportar como un condensador con muy ba$as pérdidas. :i aumentamos la tensi!n de polarizaci!n inversa las capas de carga del diodo se espacian lo su"iciente para que el e"ecto se aseme$e a una disminuci!n de la capacidad del ipotético condensador 3similar al e"ecto producido al distanciar las placas de un condensador est=ndar4.
La capa capaci cita tanc ncia ia es "unc "unci! i!n n de la tens tensi! i!n n apli aplica cada da al diod diodo. o. :i la tens tensi! i!n n aplicada al diodo aumenta la capacitancia disminuye, :i la tensi!n disminuye la capacitancia aumenta.
APLICACIN D!"#"$ %a&!'a( La utilizaci!n m=s solicitada para este tipo de diodos suele ser la de sustituir a comple$os sistemas mec=nicos de condensador variable en etapas de sinton#a en todo tipo de equipos de emisi!n y recepci!n. E$emplo, cuando se actúa en la sinton#a de un vie$o receptor de radio se est= variando 3mec=nicamente4 el e$e del condensador variable que incorpora éste en su etapa de sinton#a pero si, por el contrario, se actúa sobre la ruedecilla o, m=s comúnmente, sobre el bot!n 3pulsador4 de sinton#a del receptor de %/ a color lo que se est= aciendo es variar la tensi!n de polarizaci!n inversa de un diodo varicap contenido en el m!dulo sintonizador del equipo.
CURVA CARACTERSTICA * SIMBOLOGA DEL DIODO VARICAP
:u modo de operaci!n depende de la capacitancia que e;iste en la uni!n )71 cuan cuando do el elem elemen ento to est= est= pola polari riza zado do inve invers rsam amen ente te.. En cond condic icio ione ness de polarizaci!n inversa, se estableci! que ay una regi!n sin carga en cualquiera de los lados de la uni!n que en con$unto "orman la regi!n de agotamiento y de"inen su anco Fd. La capacitancia de transici!n 3+%4 establecida por la regi!n sin carga se determina mediante* +% A E 38GFd.4 donde E es la permitibilidad de los materiales semiconductores, 8 es es el =rea de la uni!n )71 y Fd. el anco anco de la regi!n de agotamiento. agotamiento. +on"orme aumenta el potencial de polarizaci!n inversa, se incrementa el anco de la regi!n de agotamiento, lo que a su vez reduce la capacitancia de transici!n. El pico inicial declina en +% con el aumento de la polarizaci!n inv inversa ersa.. El inte interv rval alo o norma ormall de /R para ara Hdio Hdiodo doIs Is varica ricap p se limi limitta apro;imadamente (-/. En términos de la polarizaci!n inversa aplicada, la capacitancia de transici!n se determina en "orma apro;imada mediante* +% A @ G 3/% B /R4n 6!nde* @ A constante determinada por el material semiconductor y la técnica de construcci!n. /% A potencial en la curva según se de"ini! en la secci!n
/R A magnitud del potencial de polarizaci!n inversa aplicado n A J para uniones de aleaci!n y 'G0 para uniones de di"usi!n
DIODO EMISOR DE LUZ El LED 3Light-E ivo ight-E mitting mitting Diode* 6iodo Emisor de Luz4, es un dispositivo semiconductor que emite luz incoerente de espectro reducido cuando se polariza de "orma directa la uni!n )1 en la cual circula por él una corriente eléctrica. Este "en!meno es una "orma de electroluminiscencia, el LE6 es un tipo especial de diodo que traba$a como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz. Este dispositivo semiconductor est= comúnmente encapsulado en una cubierta de pl=stico de mayor mayor resi resist sten enci cia a que que las las de vidr vidrio io que que usua usualm lmen ente te se empl emplea ean n en las las l=mparas incandescentes. 8unque el pl=stico puede estar coloreado, es s!lo por razones estéticas, ya que ello no in"luye en el color de la luz emitida. Usualmente un LE6 es una "uente de luz compuesta con di"erentes partes, raz!n por la cual el patr!n de intensidad de la luz emitida puede ser bastante comple$o. )ara obtener una buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LE6 y evitar que este se pueda dañar para ello, ay que tener en cuen cuenta ta que que el volt volta$ a$e e de oper operac aci! i!n n va desd desde e ',C ',C ast asta a 0,C 0,C volt voltio ioss apro;imadamente 3lo que est= relacionado con el material de "abricaci!n y el color de la luz que emite4 y la gama de intensidades que debe circular por él var# var#a a segú según n su apli aplica caci ci!n !n.. Los Los /alore loress t#pi t#pico coss de corr corrie ient nte e dire direct cta a de polarizaci!n de un LE6 est=n comprendidos entre los '- y (- miliamperios 3m84 en los diodos de color ro$o y de entre los (- y 5- miliamperios 3m84 para los otros LED. Los #!"#"$ LED tienen enormes venta$as sobre las l=mparas indicadoras comunes, como su ba$o consumo de energ#a, su mantenimiento casi nulo y con una vida apro;imada de '--,--- oras. )ara la protecci!n del LE6 en caso aya picos inesperados que puedan dañarlo. :e coloca en paralelo y en sentido opuesto un diodo de silicio común En general, los LE6 suelen tener me$or e"iciencia cuanto menor es la corriente que circula por ellos, con lo cual, en su operaci!n de "orma optimizada, se suele buscar un compromiso entre la intensidad luminosa que producen 3mayor cuanto m=s grande es la intensidad que circula por ellos4 y la e"iciencia 3mayor cuanto menor es la intensidad que circula por ellos4.
S,b"-" #- LED
E:%RU+%UR8 6EL LE6
COMPOSICION DE LOS LED
E;isten #!"#"$ LED de varios colores que dependen del material con el cual "ueron construidos. Kay de color ro$o, verde, amarillo, =mbar, in"rarro$o, entre otros.
LED LED &"/" &"/" &orm &ormad ado o por por a) a) cons consis iste te en una una uni! uni!n n p7n p7n obte obteni nida da por por el méto método do de crec crecim imie ient nto o epit epita; a;ia iall del del cris crista tall en su "ase "ase l#qu l#quid ida, a, en un substrato. La "uente luminosa est= "ormada por una capa de cristal p $unto con un comple$o de n?, cuya m=;ima concentraci!n est= limitada, por lo que su luminosidad se satura a altas densidades de corriente. Este tipo de LE6 "unciona con ba$a densidades de corriente o"reciendo una buena luminosidad, util utiliz iz=n =ndo dose se como como disp dispos ositi itivo vo de visu visual aliz izac aci! i!n n en equi equipo poss port port=t =tililes es.. El constituido por a8s) consiste en una capa p obtenida por di"usi!n de n durante el crecimiento de un cristal n de a8s), "ormado en un substrato de a8s, por el método de crecimiento epita;ial en "ase gaseosa. 8ctualmente se emplea los LE6 de a8l8s debido debido a su mayor luminosidad. El m=;imo de radiaci!n se alla en la longitud de onda >>- nm.
LED a1a&a1/a#" 2 a,a&!--" Est=n compuestos por a8s) al igual que sus ermanos los ro$os pero en este caso para conseguir luz anaran$ada y amarilla as# como luz de longitud de onda m=s pequeña, lo que acemos es ampliar el anc anco o de la Nban Nbanda da pro proib ibid idaN aN medi median ante te el aume aument nto o de "!s" "!s"or oro o en el semiconductor. :u "abricaci!n es la misma que se utiliza para los diodos ro$os, por crecimiento epita;ial del cristal en "ase gaseosa, la "ormaci!n de la uni!n p7 n se realiza por di"usi!n de n. +omo novedad importante en estos LE6 se mezcla el =rea emisora con una trampa isoelectr!nica de nitr!geno con el "in de me$orar el rendimiento. LED %&# El LE6 verde est= compuesto por a). :e utiliza el método de crecimiento epita;ial del cristal en "ase l#quida para "ormar la uni!n p7n. 8l igual que los LE6 amarillos, también se utiliza una trampa isoelectr!nica de nitr!geno para me$orar el rendimiento. 6ebido a que este tipo de LE6 posee una una ba$a ba$a prob probab abili ilida dad d de tran transi sici ci!n !n "ot! "ot!ni nica ca,, es impo import rtan ante te me$o me$ora rarr la cristalinid cristalinidad ad de la capa n. La disminuci! disminuci!n n de impurezas impurezas a larga la vida de los portadores, me$orando la cristalinidad.:u m=;ima emisi!n se consigue en la longitud de onda 999 nm
FUNCIONAMIENTO FISICO DEL LED El "uncionamiento "#sico consiste en que, en los materiales semiconductores, un electr!n al pasar de la banda de conducci!n a la de valencia, pierde energ#a esta energ#a perdida se puede mani"estar en "orma de un "ot!n desprendido, con una amplitud, una direcci!n y una "ase aleatoria. El que esa energ#a se mani"ieste en 3calor por e$emplo4 va a depender principalmente del tipo de material semiconductor. semiconductor. +uando 8l 8l polarizar directamente un diodo LE6 conseguimos que por la uni!n )1 sean inyectados uecos en el material tipo 1 y electrones en el material tipo ) ? sea los uecos de la zona p se mueven acia la zona n y los electrones de la zona n acia la zona p, produciéndose por consiguiente, una inyecci!n de portadores minoritarios. 8mbos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diod diodo. o. :i los los elec electr tron ones es y uec uecos os est= est=n n en la mism misma a regi regi!n !n,, pued pueden en recombinarse, es decir, los electrones pueden pasar a NocuparN los uecos, NcayendoN desde un nivel energético superior a otro in"erior m=s estable.
D!"#" ,!$"& # -34 '"1 -a 31!51 ("-a&!4a#a 1 $16!#" #!&'6" +uando estos portadores se recombinan, se produce la liberaci!n de una cantidad de energ#a proporcional al salto de banda de energ#a del material semicondu semiconductor ctor.. Una parte de esta energ#a energ#a se libera en "orma de luz, mientras mientras que la parte restante lo ace en "orma de calor, estando determinadas las prop propor orci cion ones es por por la mezc mezcla la de los los proc proces esos os de reco recomb mbin inac aci! i!n n que que se producen.
La energ#a contenida en un "ot!n de luz es proporcional a su "recuencia, es decir, su color. +uanto mayor sea el salto de banda de energ#a del material semiconductor que "orma el LE6, m=s elevada ser= la "recuencia de la luz emitida.
D!"#" ,!$"& # -34 '"1 -a 31!51 ("-a&!4a#a 1 $16!#" #!&'6a
LE6 6E +?L?RE:
8) 8)L+8+?1E: 6E L?: LE6 Los diodos in"rarro$os 3RE64 se emplean desde mediados del siglo OO en mandos a distancia de televisores, abiéndose generalizado su uso en otros electrodom electrodoméstic ésticos os como equipos equipos de aire acondicio acondicionado nado,, equipos equipos de música, música, etc. y en general para aplicaciones de control remoto, as# como en dispositivos
detectores. Los LE6 se emplean con pro"usi!n en todo tipo de indicadores de estado 3encendidoGapagado4 en dispositivos de señalizaci!n 3de tr=nsi tr=nsito, to, de emerge emergenci ncia, a, etc.4 etc.4 y en panele paneless in"orm in"ormati ativos vos.. %ambién mbién se emplean en el alumbrado de pantallas de cristal l#quido de telé"onos m!viles, calc calcul ulad ador oras as,, agen agenda dass elec electr! tr!ni nica cas, s, etc. etc.,, as# as# como como en bici bicicl clet etas as y usos usos similares. E;isten adem=s impresoras LE6. %ambié mbién n se usan usan los los LE6 LE6 en el =mbi =mbito to de la ilum ilumin inac aci! i!n n 3inc 3incluy luyen endo do la señalizaci!n de tr="ico4 es moderado y es previsible que se incremente en el "uturo, ya que son superiores a las de la l=mpara incandescente y la l=mpara "luorescente, desde diversos puntos de vista. La iluminaci!n con LE6 presenta indudables.
:e utiliza ampliamente en aplicaciones visuales, como indicadoras de cierta situaci!n espec#"ica de "uncionamiento y desplegar contadores 7 )ara indicar la polaridad de una "uente de alimentaci!n de corriente continua. 7 )ara indicar la actividad de una "uente de alimentaci!n de corriente alterna. 7 En dispositivos de alarma .
/E1%8P8: /E1%8P8: 6EL LE6 LE6
&iabilidad &iabilidad,, mayor mayor e"iciencia e"iciencia energética energética,, mayor resistenci resistencia a a las vibracione vibraciones, s, me$or visi!n ante diversas circunstancias de iluminaci!n, menor disipaci!n de energ#a, menor riesgo para el medio ambiente, capacidad para operar de "orma intermitente de modo continuo, respuesta r=pida, etc. 8s#mismo, con LE6 se puede pueden n produc producir ir luces luces de di"ere di"erente ntess colore coloress con un rendim rendimien iento to lumino luminoso so elevado, a di"erencia de mucas de las l=mparas utilizadas asta aora, que tienen "iltros para lograr un e"ecto similar 3lo que supone una reducci!n de su e"iciencia energética4. %odo ello pone de mani"iesto las numerosas venta$as que los LE6 o"recen. %ambién se utilizan en la emisi!n de señales de luz que se trasmiten a través de "ibra !ptica.
6E:/E1%8P8: 6E:/E1%8P8: 6EL LE6 LE6 Las desventa$as del #!"#" LED son que su potencia de iluminaci!n es tan ba$a, que su luz es invisible ba$o una "uente de luz brillante y que su =ngulo de
visibilidad est= entre los 0-Q y >-Q. Este último problema se corrige con cubiertas di"usores de luz.
+?1EO1 6E L?: LE6 )ara conectar LE6 de modo que iluminen de "orma continua, deben estar pola polari riza zado doss dire direct ctam amen ente te,, es deci decir, r, con con el polo polo posi positiv tivo o de la "uen "uente te de alimen alimentac taci!n i!n conec conectad tada a al =nodo =nodo y el polo polo negati negativo vo conect conectad ado o al c=todo c=todo.. 8dem=s, la "uente de alimentaci!n debe suministrarle una tensi!n o di"erencia de potencial superior a su tensi!n umbral. )or otro lado, se debe garantizar que la corriente que circula por ellos no e;cede los l#mites admisibles 3Esto se puede acer de "orma sencilla con una resistencia R en serie con los LE64. Unos circuitos sencillos que muestran c!mo polarizar directamente LE6 son los siguientes*
PRINCIPIO FISICO
El "en!meno "en!meno de emisi!n emisi!n de luz est= basado basado en la bandas, bandas, por la cual, cual, una tensi!n e;terna aplicada a una uni!n p7n polarizada directamente, e;cita los electrones, de manera que son capaces de atravesar la banda de energ#a que separa las dos regiones. :i la energ#a es su"iciente los electrones escapan del material en "orma de "otones. +ada material semiconductor tiene unas determinadas caracter#sticas que y por tanto una longitud de onda de la luz emitida. 8 di"erencia de la l=mpara de incandescencia cuyo "uncionamiento es por una determinada tensi!n, los Led "uncionan por la corriente que los atraviesa. :u
cone;i!n a una "uente de tensi!n constante debe estar protegida por una resistencia limitadora.
CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS DEL LED
D!,1$!"1$ 2 '"-"& #- #!"#"
8ctualmente los LE6 tienen di"erentes tamaños, "ormas y colores. %enemos LE6 redondos, cuadrados, rectangulares, triangulares y con diversas "ormas. Los colores b=sicos son ro$o, verde y azul, aunque podemos encontrarlos naran$as, amarillos incluso ay un Led de luz blanca. Las dimensiones en los LE6 redondos son 0mm, 9mm, '-mm y uno gigante de (-mm. Los de "ormas poliédricas suelen tener unas dimensiones apro;imadas de 9;9mm.
C"1$3,"
El consumo depende muco del tipo de LE6 que eli$amos*
,!1"$!#a#
C"1$3,"
,(9 mcd
'- m8
C mcd
'- m8
C- mcd
'- m8
9- mcd
'- m8
9-- mcd
(- m8
>-- mcd
(- m8
0-- mcd
(- m8
mcd >-S
5- mcd
(- m8
DIODO SOC8LE* 'a(a$ o #!"#" S9"':-2 es S9"':-2 es un dispositivo compuesto El #!"#" # '3a6&" 'a(a$ o compuesto por cuatro capas semiconductoras semiconductoras npnp, cuya estructura y s#mbolo se describen en la "iguras '(.(.a y '(.(.b. Esencialmente es un dispositivo interruptor. interruptor. 8l aplicar un tensi!n tensi!n positiva entre entre =nodo y c=todo se puede observar que la uni!n P' y P0 est= polarizada en directa, y la uni!n P( polarizada en inversa. En estas condiciones únicamente circula una corriente muy ba$a 3despreciable4 3despreciable4 y el dispositivo se encuentra cortado. 8umentando esta esta tensi!n positiva positiva se llega a una una tensi!n /T? de ruptura ruptura o avalanca avalanca donde la corriente crece de "orma abrupta y la ca#da de tensi!n decrece de la misma manera. En este momento, el diodo a conmutado desde el estado de bloqueo a conducci!n. .
Una manera sencilla de entender el "uncionamiento de este diodo consiste en separar su estructura "#sica en dos mitades 3"igura '(.(.c4. La mitad izquierda es un transistor 1)1 y la mitad dereca )1), resultando el circuito mostrado en la "igura '(.0.d que normalmente es re"erido como candado. Las caracter#sticas eléctricas de un diodo de cuatro capas se muestran en la gr="ica de la "igura '(.0. En esta gr="ica, se pueden identi"icar dos zonas y cuatro regiones de operaci!n*
'. o na di rect a 3/ -4' .a4 R egi!n de corte. El diodo se encuentra en corte con unas corrientes muy ba$as. En esta regi!n se puede modelar como una resistencia R?&& de valor.
'.b4 Regi!n de resistencia negativa. +uando la tensi!n entre =nodo y c=todo es su"icientemente su"icientemente alta se produce la ruptura de la uni!n con un incremento muy elevado en corriente comport=ndose el diodo como si "uera una resistencia negativa debido debido a la realimentaci!n positiva de su estructura. '.c4 Regi!n de saturaci!n o conducci!n. En esta regi!n, la ca#da de tensi!n entre =nodo y c=todo est= comprendida entre -.9/ y '.9/, pr=cticamente independiente
de la corriente. :e mantendr= en este estado siempre que la tensi!n y corriente alcancen unos valores m#nimos conocidos como niveles de mantenimiento de"inidos por /K e K. (. ona inversa 3/ V -4 (.a4 Regi!n de ruptura. El diodo puede soportar una tensi!n m=;ima inversa /R:M que superado ese valor entra en conducci!n debido a "en!menos de ruptura por avalanca.
CIRCUITOS MULTIPLICADORES; RECORTADORES * SUJETADORES DE VOLT VOLTAJE. AJE. 8 veces veces ay cargas que necesitan necesitan una tensi!n muy alta y que absorben absorben una corriente pequeña.
%ubo de rayos cat!dicos 3%/, monitor de ordenador, osciloscopio4.
Ento Enton nces ces ay ay que que elev levar la tens tensi! i!n n de la red. red. )rim )rime ero se pone one un trans"ormador elevador con todos los diodos y condensadores que necesite. Ento Enton nces ces ay ay que que elev levar la tens tensi! i!n n de la red. red. )rim )rime ero se pone one un trans"ormador elevador con todos los diodos y condensadores que necesite.
&igura 9'. Un multiplicador de tensi!n. W tenemos un rizado casi nulo. El mayor problema es que el trans"ormador elevador ser#a muy voluminoso porque porque necesitar necesitar#a #a mucas mucas espiras, espiras, adem=s adem=s elcampo elcampo eléctrico eléctrico ser#a ser#a grande, grande, /) del diodo también 3/) A (/ pico A (XD00 A 'C00 / en inversa4, muca tensi!n en el +, etc...
)or )or eso eso no se usa un tran transs"orm "ormad ador or elev elevad ador or sino ino que se util utiliz iza a un multip multiplic licado adorr de tensi! tensi!n. n. Kay vario varioss tipos tipos de multip multiplic licado adores res de tensi! tensi!n, n, nosotros analizaremos estos cuatro* •
El 6oblador de tensi!n
•
El 6oblador de tensi!n de onda completa
•
El %riplicador
•
El +uadriplicador
&igura 9(. 6oblador de tensi!n )ara comenzar a analizar este tipo de circuitos es interesante tener en cuenta este este truco. truco. T&3'" Empezar Empezar en el semiciclo semiciclo 3malla4 3malla4 donde donde se cargue cargue un solo condensador.
&igura 90. &uncionamiento de un doblador de tensi!n. Entonces nos queda de esta "orma si ponemos la carga en +(*
&igura 95. 8n=lisis del doblador.
La masa se coloca en la borna negativa del condensador. W se carga +( a >(( /. W como se ve, si se conectan las bornas a +(, esto es un doblador de tens tensi! i!n. n. +omo +omo la corr corrie ient nte e de desc descar arga ga es pequ pequeñ eña, a, el +( se desc descar arga ga despacio con una constante de tiempo de valor*
Resumiendo tenemos*
&igura 99. Resumen del "uncionamiento de un doblador de media onda. :i cambiamos un poco el circuito tendremos otro e$emplo*
&igura 9>. 6oblador de tensi!n de onda completa. Yuitamos la carga para analizarlo. +omo ya se a dico antes empezamos por donde aya un solo condensador. condensador. :i representamos / L en "unci!n del tiempo.
&igura 9. 8n=lisis de un doblador de onda completa. )rimero uno luego el otro, se van turnando los ( condensadores, como cada uno es de >- Kz, los ( a la vez son '(- Kz. Este circuito tiene una venta$a respecto al anterior* El rizado es m=s pequeño. La desventa$a radica en que no sabemos d!nde colocar la masa, en el caso anterior lo ten#amos "=cil, pero aora si ponemos deba$o de R L no ay ningún borne de la red a masa. :i conectamos una carga también a masa puede aber un cortocircuito. Kay que andar con cuidado al usar ese circuito.
TRIPLICADOR.
&igura 9C. %riplicador %riplicador 8l de media onda se le añade algo. El principio es idéntico* :emiciclo negativo se carga +', semiciclo positivo se carga +( a >((/, semiciclo negativo se carga +0 a >((/, ( veces el pico. 8ora elegimos los bornes bornes para sacar*
&igura 9D. %riplicador de volta$e +on esto se puede acer un doblador y un triplicador dependiendo de d!nde se colocan las bornas. W tenemos D00/ a la salida. El truco consiste en que la constante de tiempo de descarga sea*
W si a este circuito se le añade una etapa m=s 3diodo y condensador4 se convierte en un cuadriplicador. cuadriplicador.
CUADRIPLICADOR Es como los anteriores, y la tensi!n se toma como se ve en la "igura*
&igura >-. +uadriplicador de volta$e.
RECORTADORES LIMITADORES )odemos tener dos tipos de diodos* •
•
8ora
limi taciones de D P3=a S=a- &recuencias mayores de red, limitaciones potencia menores que -.9 F 3corrientes de miliamperios4. mi liamperios4. o Limitadores. o +ambiadores de nivel. o 6etector de pico a pico.
D G&a1 S=a- 6iodos de potencia, son los diodos que se usan en las "uentes de alimentaci!n, tienen una limitaci!n de potencia mayor que -.9 F 3corrientes de 8mperios4. vamos
a
analizar
los
diodos
de
pequeña
señal.
RECORTADOR POSITIVO Esta es la "orma de un limitador positivo*
&igura >'. Limitador ! recortador positivo. :e tom! RL R para que en el semiciclo negativo vaya todo a la salida.
Recorta los semiciclos positivos, limita o recorta. :i se usa la (Z apro;imaci!n*
1o recorta de "orma per"ecta por no ser ideal el diodo.
Limitador positivo polarizado. Es como el anterior pero con una "uente de volta$e adicional.
&igura >(. Limitador ! recortador con "uente de volta$e adicional.
LIMITADOR LIMITADOR NEGATIVO La di"erencia con el limitador positivo radica r adica en el cambio de direcci!n del diodo.
&igura >0. Recortador 1egativo. )ara e;plicar el comportamiento del limitador negativo vamos a analizar un limitador doble, que est= compuesto por un limitador polarizado positivo y otro limitador polarizado negativo.
&igura >5. &uncionamiento de un limitador negativo. Esto era para R L R. :i no se cumpliera esto no ser#a una senoidal cuando no conducen los diodos. Es un circuito recortador 3limitador4, es un circuito limitador positivo polarizado y limitador negativo polarizado. •
A(-!'a'!51 :i se mete una onda de pico muy grande a la entrada, aparece una onda pr=cticamente cuadrada a la salida, que aunque no sea tan parecida se toma como si "uese una onda cuadrada 3es imposible acer una onda cuadrada per"ecta4.
P&!,&a a(-!'a'!51 N%rans"ormar una :enoidal a +uadradaN. :i recorto en B 9 / y en - /. •
)uedo aprovecar esto para electr!nica digital.
•
A(-!'a'!51 :i tenemos un circuito que da alterna a su salida que es variable y nosotros queremos transmitir esa onda a la carga, podemos estropear la carga si conectamos directamente la carga a ese circuito.
&igura >9. 8plicaci!n de un recortador. )or eso ponemos un recortador o limitador entre la carga y ese circuito para que no se estropee la carga. Es para protecci!n de la carga 3se puede limitar la parte positiva, la negativa o las dos dependiendo del limitador que se utilice4.
&igura >>. 8plicaci!n de un limitador.
EJEMPLO maginemos que queremos limitar la parte positiva.
&igura >. +ircuito.
8s# se protege la carga de tensiones mayores de B 9 /. Limitador A &i$ador A Recortador. )ero este circuito suele ser caro debido a la "uente de volta$e adicional, que suele ser una "uente de alimentaci!n con su condensador, diodos, etc... +omo la pila es cara se ponen mucos diodos*
&igura >C. %ruco de reemplazo de "uente adicional. El único inconveniente de este este circuito es que nos limita esa tensi!n a múltiplos de -,/.
SUJETADORES +omo en el caso anterior, de los limitadores, ay dos ti pos de su$etadores de nivel positivo y negativo.
SUJETADOR DE NIVEL POSITIVO
Lo veremos con un e$emplo*
&igura >D. Utilizaci!n de un su$etador de nivel positivo
NOTA La carga no tiene por qué ser solo una resistencia, puede ser el equivalente de %évenin de otro circuito, etc. :e empieza por el semiciclo en el que conduce un diodo y se carga un condensador. :eguimos con el e$emplo. :emiciclo negativo.
&igura -. &uncionamiento de un circuito su$etador positivo. :uponemos el diodo ideal. El condensador se carga en el semiciclo negativo. Una vez cargado, el condensador se descarga en el semiciclo positivo. nteresa que el condensador se descargue lo menos posible. )ara que sea la descarga pr=cticamente una orizontal se tiene que cumplir*
:i suponemos que el condensador se descarga muy poco, entonces asumimos una tensi!n permanente de '-/. '-/. Kemos subido '- / el nivel de continua.
&igura '. :eñal de salida del :u$etador
OFFSET > 1ivel de continua. Este es el su$etador de nivel positivo. :i quisiera camb cambia iarr aci acia a aba$ aba$o o ser# ser#a a el su$e su$eta tado dorr de nive nivell nega negatitivo vo que que es igua iguall cambiando el diodo de sentido. :u$etador de nivel negativo. +omo antes, el condensador siempre a '- /. :e le resta '- a la entrada. Es un N?&&:E% 1egativoN.
&igura (. &uncionamiento de un su$etador de nivel negativo. %odo esto es cogiendo el diodo ideal. :i usamos (Z apro;imaci!n, diodo a -./.
&igura 0. ra"ica de la (Z apro;imaci!n
