VOLTAJE INVERSO Tensión inversa Cuando una tensión o voltaje inverso es aplicado sobre un diodo ideal, este no conduce corriente, pero todos los diodos reales presentan una u!a de corriente "u# pe$ue%a de unos pocos &A '()*+ A o "enos"enos- Esto puede i!norarse i!norarse o despreciars despreciarse e en la "a#or.a de los circuitos por$ue ser/ "uc0o "/s pe$ue%a $ue la corriente $ue lu#e en sentido directo- Sin e"bar!o, todos los diodos tienen un "/1i"o voltaje o tensión inversa 'usual"ente 2) V o "/s # si esta se e1cede el diodo allar/ # dejar/ pasar una !ran corriente en dirección inversa, esto es lla"ado ruptura- Los diodos ordinarios pueden clasiicarse dentro de dos tipos3 4 diodos de se%al los cuales dejan pasar pe$ue%as corrientes corrientes de ()) "A o "enos, # 4 diodos rectiicadores rectiicadores los cuales dejan pasar !randes corrientes Ade"/s 0a# diodos LE5 'li!0t e"itter diode3 diodo e"isor de lu6 # diodos 6ener, estos 7lti"os suelen uncionar con tensión inversa # per"iten re!ular # estabili6ar el voltaje8OLARI9ACI:N INVERSA3 Cuando la capa tipo N se conecta al positivo de la bater.a # la capa 8 al ne!ativo se dice $ue es una polari6ación inversa, # ocurre lo si!uiente a trav;s de la juntura3 Los electrones $ue salen del ne!ativo de la bater.a corren a llenar los vac.os o espacios de la capa 8, co"pletando todos los /to"os de esta pastilla los < electrones 'co"partidos con el visitante= a partir de este "o"ento no reciben "/s corriente, dado $ue presentan alta resistenciaCuando se conecta la capa N al positivo, positivo, ocurre al!o si"ilar todos los electrones electrones $ue se encontraban libres en la capa, corren a los espacios del ter"inal positivo de la bater.a, dejando a los /to"os de la pastilla co"partiendo sus < electrones, en este punto se vuelven aislantes # no per"iten el paso de corrientes el;ctricasRES>?IEN5O3 >na juntura conectada en or"a inversa presenta alta resistencia al paso de la corriente el;ctrica-
El diodo de potencia >no de los dispositivos "/s i"portantes de los circuitos de potencia son los diodos, aun$ue tienen, entre otras, las si!uientes li"itaciones 3 son dispositivos unidireccionales, no pudi pudien endo do circ circul ular ar la corri corrien ente te en sent sentid ido o cont contra rari rio o al de cond conduc ucci ción ón-- El 7nico 7nico procedi"iento de control es invertir el voltaje entre /nodo # c/todo-
Los diodos de potencia se caracteri6an por$ue en estado de conducción, deben ser capaces de soportar una alta intensidad con una pe$ue%a ca.da de tensión- En sentido inverso, deben ser capaces de soportar una uerte tensión ne!ativa de /nodo con una pe$ue%a intensidad de u!asLa curva caracter.stica ser/ la $ue se puede ver a continuación
VRR?3 tensión inversa "/1i"a V53 tensión de codo A continuación va"os a ir viendo las caracter.sticas "/s i"portantes del diodo, las cuales pode"os a!rupar de la si!uiente or"a3 Caracter.sticas est/ticas3 8ar/"etros en blo$ueo 'polari6ación inversa8ar/"etros en conducción?odelo est/ticoCaracterísticas estáticas
8ar/"etros en blo$ueo
Tensión inversa de pico de trabajo 'VR@?3 es la $ue puede ser soportada por el dispositivo de or"a continuada, sin peli!ro de entrar en ruptura por avalanc0aTensión inversa de pico repetitivo 'VRR?3 es la $ue puede ser soportada en picos de ( "s, repetidos cada () "s de or"a continuadaTensión inversa de pico no repetitiva 'VRS?3 es a$uella $ue puede ser soportada una sola ve6 durante ()"s cada () "inutos o "/sTensión de ruptura 'VR3 si se alcan6a, aun$ue sea una sola ve6, durante () "s el diodo puede destruirse o de!radar las caracter.sticas del "is"oTensión inversa cont.nua 'VR3 es la tensión continua $ue soporta el diodo en estado de blo$ueo8ar/"etros en conducción Intensidad "edia no"inal 'IB'AV3 es el valor "edio de la "/1i"a intensidad de i"pulsos sinusuidales de (<) $ue el diodo puede soportarIntensidad de pico repetitivo 'IBR?3 es a$uella $ue puede ser soportada cada D) "s , con una duración de pico a ( "s, a una deter"inada te"peratura de la c/psula 'nor"al"ente D2Intensidad directa de pico no repetitiva 'IBS?3 es el "/1i"o pico de intensidad aplicable, una ve6 cada () "inutos, con una duración de () "sIntensidad directa 'IB3 es la corriente $ue circula por el diodo cuando se encuentra en el estado de conducción?odelos est/ticos del diodo
Los distintos "odelos del diodo en su re!ión directa '"odelos est/ticos se representan en la i!ura superior- Estos "odelos acilitan los c/lculos a reali6ar, para lo cual deb e"os esco!er el "odelo adecuado se!7n el nivel de precisión $ue necesite"osEstos "odelos se suelen e"plear para c/lculos a "ano, reservando "odelos "/s co"plejos para pro!ra"as de si"ulación co"o 8S8ICE- 5ic0os "odelos suelen ser proporcionados por el abricante, e incluso pueden venir #a en las librer.as del pro!ra"a-
Características dinámicas
recuperación inverso
El paso del estado de conducción al de blo$ueo en el diodo no se eect7a instant/nea"ente- Si un diodo se encuentra conduciendo una intensidad IB, la 6ona central de la unión 8*N est/ saturada de portadores "a#oritarios con tanta "a#or densidad de ;stos cuanto "a#or sea IB- Si "ediante la aplicación de una tensión inversa or6a"os la anulación de la corriente con cierta velocidad didt, resultar/ $ue despu;s del paso por cero de la corriente e1iste cierta cantidad de portadores $ue ca"bian su sentido de "ovi"iento # per"iten $ue el diodo condu6ca en sentido contrario durante un instante- La tensión inversa entre /nodo # c/todo no se establece 0asta despu;s del tie"po ta lla"ado tie"po de al"acena"iento, en el $ue los portadores e"pie6an a escasear # aparece en la unión la 6ona de car!a espacial- La intensidad todav.a tarda un tie"po tb 'lla"ado tie"po de ca.da en pasar de un valor de pico ne!ativo 'IRR? a un valor despreciable "ientras van desapareciedo el e1ceso de portadoreso ta 'tie"po de al"acena"iento3 es el tie"po $ue transcurre desde el paso por cero de la intensidad 0asta lle!ar al pico ne!ativoo tb 'tie"po de ca.da3 es el tie"po transcurrido desde el pico ne!ativo de intensidad 0asta $ue ;sta se anula, # es debido a la descar!a de la capacidad de la unión polari6ada en inverso- En la pr/ctica se suele "edir desde el valor de pico ne!ativo de la intensidad 0asta el () F de ;steo trr 'tie"po de recuperación inversa3 es la su"a de ta # tb-
o Grr3 se deine co"o la car!a el;ctrica despla6ada, # representa el /rea ne!ativa de la caracter.stica de recuperación inversa del diodoo didt3 es el pico ne!ativo de la intensidad-
o Irr3 es el pico ne!ativo de la intensidadLa relación entre tbta es conocida co"o actor de suavi6ado HSBHSi observa"os la !r/ica pode"os considerar Grr por el /rea de un tri/n!ulo 3
Tie"po de recuperación directo
tr 'tie"po de recuperación directo3 es el tie"po $ue transcurre entre el instante en $ue la tensión /nodo*c/todo se 0ace positiva # el instante en $ue dic0a tensión se estabili6a en el valor VBEste tie"po es bastante "enor $ue el de recuperación inversa # no suele producir p;rdidas de potencia apreciablesDisipación de potencia
8otencia "/1i"a disipable '8"/1 Es un valor de potencia $ue el dispositivo puede disipar, pero no debe"os conundirlo con la potencia $ue disipa el diodo durante el unciona"iento, lla"ada ;sta potencia de trabajo8otencia "edia disipada '8AV Es la disipación de potencia resultante cuando el dispositivo se encuentra en estado de conducción, si se desprecia la potencia disipada debida a la corriente de u!asSe deine la potencia "edia '8AV $ue puede disipar el dispositivo, co"o3
8otencia inversa de pico repetitiva '8RR?3 Es la "/1i"a potencia $ue puede disipar el dispositivo en estado de blo$ueo8otencia inversa de pico no repeptitiva '8RS? Si"ilar a la anterior, pero dada para un pulso 7nico-
Valor RMS, Promedio, Pico
Valor R?S La corriente alterna # los voltajes 'cuando son alternos se e1presan de or"a co"7n por su valor eectivo o RMS (Root Mean Square – Raíz Media Cuadrática) - Cuando se dice $ue en nuestras casas tene"os (D) o DD) voltios, ;stos son valores R?S o eicacesGu; es R?S # por$u; se usa >n alor RMS de una corriente es el valor, $ue produce la "is"a disipación de calor $ue una corriente continuade la "is"a "a!nitud- En otras palabras3 El alor RMS es el valor del voltaje o corriente en C-A- $ue produce el "is"o eecto de disipación de calor $ue su e$uivalente de voltaje o corriente directa Eje"plo3 ( a"perio 'a"pere de corriente alterna 'c-a- produce el "is"o eecto t;r"ico $ue un a"perio 'a"pere de corriente directa 'c-d- 8or esta ra6ón se utili6a el ter"ino Keectivo- El valor eectivo de una onda alterna se obtiene "ultiplicando su valor "/1i"o por )-M)M- Entonces VR?S V8ICO 1 )-M)M Eje"plo3 Encontrar el voltaje R?S de una se%al con V 8ICO () voltios- V R?S () Voltios 1 )-M)M P(-P Voltios R?S Valor 8ico Si se tiene un voltaje R?S # se desea encontrar el alor pico de voltaje3 V8ICO VR?S)-M)M Eje"plo3 encontrar el voltaje 8ico de un voltaje R?S •
VR?S (D) Voltios
•
V8ICO (D) V )-M)M (+P-M Voltios 8ico
Valor pro"edio El alor promedio de un ciclo co"pleto de voltaje o corriente es cero ')- Si se to"a en cuenta solo un se"iciclo 'supon!a"os el positivo el valor pro"edio es3 V 8R V8ICO 1 )-++ - La relación $ue e1iste entre los valores R?S # pro"edio es3 V R?S V8R 1 (-(( V8R VR?S 1 )-P Eje"plo3 Valor pro"edio de sinusoide 2) Voltios, entonces3 •
VR?S 2) 1 (-(( 22-2 Voltios
•
V8ICO 2) 1 (-2M Voltios M<-2 Voltios
8OLARI9ACI:N 5IRECTA3 El ter"inal ne!ativo de la bater.a introduce "/s electrones libres a la capa N, lo $ue 0ace $ue "uc0os pasen a trav;s de la J>NT>RA de las D capas # llenen los espacios de la capa 8- Este lujo ser/ per"anente debido a $ue el ter"inal positivo de la bater.a cont.nua"ente to"a electrones de alli, dejando espacios para llenar por los electrones $ue pasen por la unionRES>?IEN5O3 >na juntura $ue se conecta en or"a directa presenta baja resistencia al paso de la corrienteCuando en electrónica se 0abla de 8OLARI9ACION 5IRECTA Q 8OLARI9ACION INVERSA, una juntura de tal naturale6a la conoce"os co"o 5IO5O # la utili6a"os para rectiicar corriente alterna- Los diodos de !er"anio se usan para corrientes bajas # bajo voltaje- Los de silicio soportan "a#ores te"peraturas, corrientes # voltajes- 8ara $ue la corriente pueda pasar a trav;s de un diodo de !er"anio necesita tener co"o ".ni"o una dierencia de potencial de )-+ voltios entre sus ter"inales- El de silicio necesita apro1i"ada"ente )-M voltios8RECA>CIONES3 Se le lla"a Hvoltaje de pico inversoH al "/1i"o voltaje $ue pueda soportar la juntura cuando la uente o corriente est/ conectada en H8OLARI9ACIóN INVERSAH o de alta resistencia, Se!7n el tipo de diodo se estipula ()), )) ())) voltios, etcTa"poco se puede sobrepasar el valor no"inal de corriente "/1i"o especiicada por el abricante, por$ue al 0acerlo se produce una disposición e1cesiva de potencia en la unión # se eleva la te"peratura, pudiendo alcan6ar la te"peratura de usión de las pastillas de se"iconductor, da%/ndolo- Cuando el diodo est/ conectado en or"a inversa circula una pe$ue%a corriente a trav;s de la unión, lo cual se debe a su alta resistencia- Esa pe$ue%a corriente se ve !rande"ente aectada por los incre"entos de la te"peratura, # puede darse el caso en el cual el diodo entre en Havalanc0aH, o sea $ue conduce en a"bos sentidos- En la "a#or.a de las veces esta arruina el diodoCon la polari6ación directa, la unión p*n i"pulsa los 0uecos desde el "aterial tipo p a la unión # los electrones desde el "aterial tipo n a la unión- En la unión, los electrones # 0uecos se co"binan de "odo $ue se "antiene una corriente continua-
Ca.da de tensión en directa- Curva caracter.stica La electricidad utili6a una pe$ue%a ener!.a para poder pasar a trav;s del diodo, de or"a si"ilar a co"o una persona e"puja una puerta venciendo un "uelle- Esto si!niica $ue 0a# un pe$ue%o voltaje a trav;s de un diodo conduciendo, este voltaje es lla"ado ca.da de voltaje o tensión en directa # es de unos ),M V para todos los diodos nor"ales abricados de silicio- La ca.da de voltaje en directa de un diodo es casi constante cual$uiera $ue sea la corriente $ue pase a trav;s de ;l por lo $ue tiene una caracter.stica "u# pronunciada '!r/ica corriente*voltaje-
Corriente directa- Se deno"ina corriente directa '5C en in!l;s de direct current # C5 en espa%ol a la corriente producida por !eneradores $ue "antienen en sus ter"inales el "is"o tipo de electricidad ', '* por lo $ue al conectarlos en un circuito la corriente lu#e en un "is"o sentidoLa corriente continua 'c-c- es el lujo sie"pre en la "is"a dirección de car!as el;ctricas 'electricidad a trav;s de un conductor entre dos puntos de distinto voltaje- A dierencia de la corriente alterna 'c-a-, en la corriente continua, las car!as el;ctricas circulan sie"pre en la "is"a dirección del punto de "a#or potencial al de "enor potencial- Aun$ue co"7n"ente se identiica la corriente continua con la corriente constante 'por eje"plo la su"inistrada por una bater.a, se considera continua toda corriente $ue "anten!a sie"pre la "is"a dirección, aun$ue lo adecuado sea usar el t;r"ino corriente directaEl canal iónico $ue utili6a la corriente I tiene la base "olecular de los canales CN- Es per"eable tanto al sodio co"o al potasio, pero en el nivel del 85? del nódulo sinusal '*+) "V a *M2 "V transporta una corriente de entrada despolari6ante de sodio, $ue despla6a
al potencial trans"e"brana 0acia el nivel de activación de los canales del calcio tipo T, en pri"era instancia, # tipo L, poco despu;sLa corriente I es ta"bi;n deno"inada Kcorriente del "arcapasos 'Kpace"aUer currentLa correlación entre la corriente I # la actividad auto"/tica sur!e con claridad del 0ec0o $ue sólo se e1presa en c;lulas con actividad de "arcapasos 'nódulo sinusal, nódulo AV, ibras de 8urUinje # no est/ presente en las c;lulas "ioc/rdicas sin auto"atis"o Ade"/s, el blo$ueo parcial de la corriente I se asocia con una dis"inución de la recuencia de la actividad espont/nea de las c;lulas auto"/ticas- Tal co"o ocurre con los canales CN, la corriente I responde a una "odulación dual- Estos canales se co"portan co"o dependientes del voltaje pero "odulados por el nivel intracelular del A?8 c.clico, cu#o au"ento incre"enta la corriente I por la esti"ulación de los receptores adren;r!icos, en tanto su dis"inución la 0ace decrecer por el eecto de la acetilcolina "ediada por el CN5 'c#clic nucleotide*bindin! do"ain del carbo1ilo ter"inal de la est!eorema de má"ima trans#erencia de potencia Las uentes de voltaje reales tienen el si!uiente circuito e$uivalente3
donde V I 1 Ri VL Si el valor de Ri 'resistencia interna en las uentes de ali"entación es alto, en la car!a aparecer/ sola"ente una pe$ue%a parte del voltaje debido a la ca.da $ue 0a# en la resistencia interna de la uente- Si la ca.da en la resistencia interna es pe$ue%a 'el caso de la uentes de tensión nuevas con Ri pe$ue%a casi todo el voltaje aparece en la car!aSi en el circuito anterior Ri < O0"ios, RL < O0"ios # V D Voltios I V Ri RL D (+ (-2 a"periosEsto si!niica $ue la tensión en RL es3 V RL I 1 R (-2 1 < (D VoltiosEste dato nos dice $ue cuando la resistencia interna # RL son i!uales solo la "itad de la tensión ori!inal aparece el la car!a 'RLLa potencia en RL ser/3 8 I D 1 RL (-2 D 1 < (< @atts 'vatios, lo $ue si!niica $ue en la resistencia interna se pierde la "is"a potenciaSi a0ora se au"enta # dis"inu#e el valor de la resistencia de car!a # se reali6an los "is"os c/lculos anteriores para averi!uar la potencia entre!ada a la car!a se puede ver $ue esta sie"pre es "enor a los (< @atts $ue se obtienen cuando RL Ri 'recordar $ue Ri sie"pre es i!ual a < o0"ios-
* Si RL o0"ios •
I V Ri RL D (D D a"perios
•
8 ID 1 RL D D 1 (+ @atts
* Si RL (D o0"ios •
I V Ri RL D D) (-D a"perios
•
8 ID 1 RL (-D D 1 (D (M-D< @atts
ructura "olecular del canal CN '0#perpolari6ationactivated, c#clic nucleotide*!ated-
