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1. APLICACIONES CON DIODOS. 1.3.1 Rectificadores de Media Onda y Rectificadores de Onda Completa. Señal Alterna: Se define como toda forma de onda que varía su polaridad con respecto al tiempo. Una señal alterna esta definida en base a varios parámetros, a continuación se definen cada uno de ellos.

Ciclo: Es la variación completa que puede alcanzar una señal. Puede ser medida desde cualquier punto de la señal, lo importante es que el ciclo finaliza una vez se regresa al punto de partida. Período: Es el tiempo que le toma a la señal el completar un ciclo o una variación completa. El período de una señal se representa por la letra (T) y sus unidades son en segundos. Frecuencia: Es el numero de ciclos que se repiten en el lapso de un segundo (ciclos/segundos). Se representa por la letra (F) y sus unidades son el Hertz (Hz). El osciloscopio es un instrumento que solo mide el periodo de una señal, por tanto la frecuencia de una señal solo se puede calcular por medio de la ecuación: 𝐹 =

1 𝑇

Amplitud: Valor máximo o valor pico que alcanza una señal durante una variación completa. Este valor puede ser positivo o negativo. El valor máximo o pico se puede referir al voltaje o la corriente, pero en nuestro caso es el voltaje pico de la señal, su unidad es el voltio. El valor pico de una señal alterna o una señal de corriente directa, solo puede obtenerse mediante la medición con un osciloscopio. Ejemplo: Calcular el periodo de una señal cuya frecuencia es de 60Hz. Desarrollo: F = 60Hz.

𝑆𝑖 𝐹 =

1 𝑇

∴ 𝑇=

1 𝐹

Sustituyendo. 𝑇 =

1 60𝐻𝑧.

= 16.66 𝑚𝑠.

Desarrollo: Una señal cuya frecuencia es de 60Hz, se esta repitiendo 60 veces durante un segundo y cada uno de sus ciclos tarda 16.66 ms en completarse. Valor RMS o voltaje efectivo: el Vrms de una señal AC es el voltaje de corriente directa equivalente, que produce la misma energía que una señal alterna durante un ciclo completo. Este valor es el que medimos con un voltímetro en la opción de corriente alterna.

El valor RMS de una señal se calcula a partir de la siguiente ecuación: 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑃𝑖𝑐𝑜

ó 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 0.707 × 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑃𝑖𝑐𝑜. √2 La comprensión sobre cada uno de los parámetros de una señal alterna es importante para entender los conceptos sobre rectificadores con diodos. 𝑉𝑟𝑚𝑠 =

El Transformador. Un transformador es básicamente un dispositivo de acoplamiento eléctrico que aísla eléctricamente una señal de entrada de una de salida y nos permite transformar niveles de voltaje. El transformador esta formado por dos bobinas de alambre enrolladas alrededor de un núcleo de hierro laminado. Cada una de estas bobinas esta aislada eléctricamente una de la otra, por lo que no existe un contacto eléctrico entre una bobina y la otra. El principio de funcionamiento de un transformador se basa en el electromagnetismo. Cuando una corriente que alterna su polaridad con el tiempo (C.A.), circula por un conductor de cobre, se generan alrededor del conductor líneas de campo magnético. Estas líneas de campo magnético que se generan en la bobina primaria, viajan a través del núcleo y llegan a la bobina secundaria y cuando líneas de campo magnético cortan a un conductor, se genera en este una corriente alterna. La intensidad del campo magnético depende de la intensidad de la corriente. Un transformador puede ser: a) Reductor: El voltaje de entrada alto se reduce a un voltaje de salida pequeño. Np  Ns. b) Elevador: El voltaje de entrada bajo se aumenta a un voltaje mayor de salida. Np  Ns. c) De Acoplamiento: El voltaje de entrada es igual al voltaje de salida. Np = Ns. Cada uno de estos tipos de transformadores se fabrica tomando en cuenta una relación de vueltas entre las bobinas primaria y secundaria, la corriente y otros aspectos. Pero en general la formula que se ocupa para calcular los parámetros más importantes de un transformador es: Un transformador ideal es un dispositivo que no posee pérdidas, ya que la potencia de entrada del transformador es igual a la potencia de salida. Potencia Primario = Potencia Secundario. Ejemplo: Se tiene un Tx con una relación de vueltas de 10 : 1. Si el primario posee 1000 vueltas y el voltaje del secundario de 12Vac. ¿Encontrar el valor del voltaje del primario

Rectificador de Media Onda. Rectificar: proceso por medio del cual se convierte una señal de corriente alterna a una forma de onda pulsante que puede tener niveles promedio de voltaje positivo o negativo. Un circuito rectificador de media onda esta formado por un transformador reductor (reduce el nivel de voltaje CA), un diodo semiconductor de silicio (es el elemento que transforma la AC en DC pulsante) en serie con una resistencia la cual representa la carga conectada al circuito. En la siguiente figura se observa la configuración de este circuito. Este circuito recibe el nombre de rectificador de media onda debido a que la señal de salida que se mide con un osciloscopio entre los terminales de la resistencia se encuentra recortada. Ver figura siguiente.

Ejemplo: Para la figura anterior, calcular el valor del Vrms, Vpico, Vprom, Idc y potencia disipada por la RL. Desarrollo: 1. Determinar Vrms en el secundario del transformador. 𝑁𝑝 𝑉𝑝 = 𝑁𝑠 𝑉𝑠 Despejando Vs: 𝑉𝑠 =

𝑉𝑝 × 𝑁𝑠 𝑁𝑝

Sustituyendo los valores: 𝑉𝑠 =

120𝑉𝑎𝑐 × 1 ∴ 𝑽𝒓𝒎𝒔 = 𝟏𝟑. 𝟑𝟑𝑽𝒂𝒄 9

2. Determinar voltaje pico. 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 × √2 Sustituyendo: 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜 = 13.33 × √2 ∴ 𝑽𝒑 = 𝟏𝟖. 𝟖𝟔𝑽𝒂𝒄 Durante cada semiciclo positivo el diodo se polariza en directa, por tanto consume 0.7V. El voltaje pico en RL es: 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜 = 18.86𝑉 − 0.7𝑉 ∴ 𝑽𝒑 = 𝟏𝟖. 𝟏𝟓𝑽𝒂𝒄 3. Voltaje DC o Vprom en RL: 𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 =

𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑃𝑖𝑐𝑜 𝑒𝑛 𝑅𝐿 𝜋

Sustituyendo: 𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 =

18.15𝑉 𝜋

;

𝑽𝒑𝒓𝒐𝒎 = 𝟓. 𝟕𝟖𝑽𝒅𝒄.

4. Corriente DC en RL: 𝐼𝑑𝑐 =

𝑉𝑑𝑐 𝑅𝐿

;

𝐼𝑑𝑐 =

5.78𝑉𝑑𝑐 ; 1𝐾Ω

𝑰𝒅𝒄 = 𝟓. 𝟕𝟖𝒎𝑨.

5. Potencia disipada por RL: 𝑃𝑅𝐿 = (𝐼𝑑𝑐)2 × 𝑅𝐿.

;

𝑃𝑅𝐿 = (5.78𝑚𝐴)2 × 1𝐾Ω

;

𝐏𝐑𝐋 = 𝟑𝟑. 𝟒𝟏𝐦𝐖

Dentro de las características de este rectificador podemos observar que la frecuencia de la señal de entrada es igual a la frecuencia de la señal de salida, además el diodo solo deja pasar los semiciclos positivos de la señal de entrada quedándose solamente con 0.7V. Durante el semiciclo negativo el diodo es expuesto al total del voltaje en inversa. Rectificador de Onda completa. Este tipo de rectificador requiere un transformador con derivación central o TAP central, además utiliza dos diodos los cuales trabajan uno para cada semiciclo de la señal de entrada. El transformador con TAP central equivale a tener dos bobinados secundarios en el transformador de igual número de vueltas y en los cuales se induce el mismo voltaje, al sumar el voltaje de cada uno de los bobinados se obtiene el voltaje total del secundario del transformador.

El rectificador de onda completa equivale a tener dos rectificadores de media onda actuando juntos, uno de ellos trabaja para el semiciclo positivos y otro para el semiciclo negativo. En la siguiente figura se logra observar el funcionamiento del rectificador y las señales de entrada y de salida para cada semiciclo y para toda la forma de onda.

Fig. Cuando ocurre el semiciclo positivo el D1 queda polarizado en directa mientras que D2 en inversa, comportándose como un interruptor abierto. Por lo tanto D1 deja pasar la señal del semiciclo positivos (memos los 0.7V) a la resistencia de carga RL manteniendo la polaridad indicada en la figura. Cuando ocurre el semiciclo negativo el D2 queda polarizado en directa mientras que D1 queda en inversa, comportándose como un interruptor abierto. Por lo tanto D2 deja pasar la señal del

semiciclo negativo (menos los 0.7V) a la resistencia de carga RL manteniendo la polaridad indicada en la figura. Como resultado de la operación de cada uno de los diodos se obtiene una señal de salida DC con el doble de pulsos que la señal del rectificador de media onda. Ejemplo: Para la figura anterior, calcular el valor del Vrms, Vpico, Vprom, Idc y potencia disipada por la RL. Desarrollo: 1. Determinar Vrms en el secundario del transformador. 𝑁𝑝 𝑁𝑠

=

𝑉𝑝 𝑉𝑠

𝑉𝑠 =

Despejando Vs:

𝑉𝑝 𝑁𝑝

× 𝑁𝑠 Sustituyendo los valores: 𝑉𝑠 =

120𝑉𝑎𝑐 10

×1 ∴

𝑽𝒓𝒎𝒔 = 𝟏𝟐. 𝟎𝑽𝒂𝒄. Como el transformador es de TAP central cada bobinado queda con 6Vac 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 × √2

2. Determinar voltaje pico. 𝟖. 𝟒𝟗𝑽𝒂𝒄

Sustituyendo: 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜 = 6𝑉𝑎𝑐 × √2 ∴ 𝑽𝒑 =

Durante cada semiciclo positivo el diodo se polariza en directa, por tanto consume 0.7V. El voltaje pico en RL es: 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜 = 8.49𝑉 − 0.7𝑉 ∴ 𝑽𝒑 = 𝟕. 𝟕𝟗𝑽𝒂𝒄 3. Voltaje DC o Vprom en RL:

𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 =

𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 = 4. Corriente DC en RL:

𝐼𝑑𝑐 =

(2×𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜) Π

(2 × 7.79) Π 𝑉𝑑𝑐 𝑅𝐿

;

; 𝐼𝑑𝑐 =

Sustituyendo:

𝑽𝒑𝒓𝒐𝒎 = 𝟒. 𝟗𝟔𝑽𝒅𝒄. 4.96𝑉𝑑𝑐 1𝐾Ω

;

𝑰𝒅𝒄 = 𝟒. 𝟗𝟔𝒎𝑨.

5. Potencia disipada por RL: 𝑃𝑅𝐿 = (𝐼𝑑𝑐)2 × 𝑅𝐿.

;

𝑃𝑅𝐿 = (4.96𝑚𝐴)2 × 1𝐾Ω

;

𝐏𝐑𝐋 = 𝟐𝟒. 𝟔𝟎𝐦𝐖

En un rectificador de onda completa la frecuencia de la señal de salida es el doble de la frecuencia de la señal de entrada, a causa de la rectificación de onda completa el periodo de la señal de salida se reduce a la mitad del periodo de la señal de entrada (ver diagrama de señales). Además el requisito d P.I.V. de los diodos en un rectificador de este tipo es el doble que los rectificadores de media onda debido a que durante el semiciclo que los diodos se polarizan en inversa se exponen al voltaje del secundario mas el voltaje presente en RL, por tanto el voltaje es el doble. Ejemplo: Si el voltaje en inversa pico de un rectificador de onda completa es de 18.75V. ¿Qué valor tendrá el PIV del diodo?

Desarrollo: Voltaje inversa = 18.75V.

PIV = 2(18.75V)

PIV = 37.50V.

Rectificador de Onda Completa tipo Puente. El rectificador tipo puente es similar a un rectificador de onda completa con dos diodos ya que ambos producen una señal de salida DC pulsante de onda completa. La diferencia se observa en que los rectificadores tipo puente no necesitan de un transformador con TAP central para funcionar y utilizan requieren de 4 diodos conectados en configuración tipo puente, donde dos diodos trabajan para cada uno de los semiciclos de la señal de entrada. Una ventaja de este rectificador es que toda la tensión de entrada del secundario se utiliza para alimentar al puente rectificador, por lo que se logra una mayor tensión DC de salida. Este tipo de rectificador se puede utilizar sin necesidad de un transformador reductor. Los circuitos con puentes rectificadores se pueden fabricar conectando cuatro diodos o conectando un puente rectificador como encapsulado tal y como los muestra la siguiente figura.

A continuación se explica en la siguiente figura el funcionamiento del rectificador tipo puente.

Tarea: tomando como referencia los cálculos efectuados en los circuitos rectificadores anteriores, realizar los siguientes cálculos: Vrms en el secundario del transformador, Voltaje pico, Voltaje DC en RL, corriente en RL y potencia disipada por RL. Cuando ocurre el semiciclo positivo los diodos 1 y 3 quedan polarizados en directa mientras que los diodos 2 y 4 quedan polarizados en inversa comportándose como interruptores abiertos. Los diodos 1 y 3 se encargan de rectificar la señal AC de entrada pero le restan 1.4V. En la figura se logra observar la polaridad adquirida por la RL. Cuando ocurre l semiciclo negativo ocurre lo contrario en el circuito, pero la polaridad de la RL siempre se mantiene igual. Las principal diferencia entre los dos rectificadores de onda completa es que en uno trabajan dos diodos por cada semiciclo y en el otro solo un diodo, también en el rectificador tipo puente los requerimientos de PIV son iguales al voltaje en inversa pico de la señal. Los circuitos rectificadores de media onda y de onda completa entregan una voltaje de salida de DC pulsante, lo cual no es muy útil en el momento de energizar circuitos electrónicos que demanden unos cuanto miliamperios. Para aplicaciones de circuitos electrónicos se requiere un voltaje de CD constante en valor y similar al de una batería.

1.3.2 Filtros Capacitivos. A partir de un voltaje de AC, se obtiene un voltaje de DC estable mediante el proceso de rectificación, para luego filtrarlo a un nivel de voltaje DC y por último regularlo para obtener el voltaje de DC fijo deseado. En el siguiente diagrama a bloque se pueden observar cada una de las partes que forman una fuente de voltaje típica.

Consideraciones de los Filtros. Para el caso de las fuentes de alimentación DC, como las utilizadas en radios, televisores, computadoras y otros equipos electrónicos, el voltaje de DC pulsante generado por un circuito rectificador, no es lo suficientemente adecuado. Se requiere además de un circuito de filtrado que proporcione un voltaje DC mas estable. En la figura siguiente se observa la señal típica de salida de una etapa de filtrado. La señal de salida del circuito filtro cuenta con un valor de DC y cierta variación de AC (rizo). A pesar de que una batería cuenta con voltaje de salida prácticamente constante, el voltaje DC derivado a partir de una señal fuente de AC mediante la rectificación y filtrado tendrá una cierta variación AC (rizado). Mientras mas pequeña sea la variación de AC con respecto al nivel de voltaje DC, mejor será el desempeño del circuito filtro. Considerando que la medición de la señal de salida de un circuito filtro se puede realizar por medio de un voltímetro de DC y uno de AC. El voltímetro de DC únicamente tomara medida del nivel de voltaje promedio DC, mientras que el voltímetro de AC únicamente leerá el valor de rms del componente de AC del voltaje de salida. El porcentaje de rizado en la señal se puede calcular a partir de la siguiente ecuación. 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑖𝑧𝑜 (𝑟𝑚𝑠) 𝑉𝑟(𝑟𝑚𝑠) 𝑟= = × 100% 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝐷𝐶 𝑉𝑑𝑐 Factor de rizo de la señal rectificada. Incluso cuando el voltaje rectificado no sea filtrado, este contendrá un componente de DC y un componente de rizado. Rectificador de media onda: Para una señal rectificada de media onda, el voltaje de DC de salida será.

𝑉𝑑𝑐 = 0.318 × 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑝𝑖𝑐𝑜. El valor rms del componente de ac de la señal de salida puede calcularse mediante la ecuación. 𝑉𝑟(𝑟𝑚𝑠) = 0.385 × 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑝𝑖𝑐𝑜. El porcentaje de rizo de una señal rectificada por un circuito de media onda puede calcularse como. 𝑉𝑟(𝑟𝑚𝑠) 0.385𝑉𝑝 𝑟= × 100% = × 100% = 𝟏𝟐𝟏% 𝑉𝑑𝑐 0.318𝑉𝑝 Rectificador de onda completa: Para una señal rectificada de onda completa, el voltaje de DC de salida será. 𝑉𝑑𝑐 = 0.636 × 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑝𝑖𝑐𝑜. El valor rms del componente de ac de la señal de salida puede calcularse mediante la ecuación. 𝑉𝑟(𝑟𝑚𝑠) = 0.308 × 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑝𝑖𝑐𝑜. El porcentaje de rizo de una señal rectificada por un circuito de onda completa puede calcularse como. 𝑟=

𝑉𝑟(𝑟𝑚𝑠) 0.308𝑉𝑝 × 100% = × 100% = 𝟒𝟖% 𝑉𝑑𝑐 0.636𝑉𝑝

En resumen, una señal rectificada con un circuito de onda completa cuenta con un porcentaje de rizado menor que una señal rectificada con un circuito de media onda, y por tanto, será mejor para aplicarse a un filtro que luego proporcionara la señal de salida para una fuente de alimentación.

Filtros Capacitivos. Un circuito muy popular es el filtro de capacitor mostrado en la figura siguiente, en el que el capacitor se conecta a la salida del rectificador y en paralelo con el elemento de carga. La señal de salida sin filtro es una señal DC pulsante, pero al colocarle el filtro a la salida del rectificador la forma de onda es esencialmente un voltaje de DC con un cierto valor de voltaje de rizo.

Si no se conectara un elemento de carga a través del capacitor, la forma de onda de la señal de salida, sería de forma ideal un nivel de DC constante con un valor de voltaje igual al voltaje pico. Sin a embargo, al conectar la carga al circuito la señal de salida cambia debido a la demanda de corriente, tal como lo muestra la figura siguiente. Periodos de la forma de onda de salida. La figura siguiente se presenta la forma de onda a través de un filtro de capacitor. En el tiempo T1 los diodos del rectificador se encuentran en conducción debido a que el capacitor se esta cargando al nivel de voltaje de la fuente, la corriente en este intervalo de tiempo es de un valor elevado. En el tiempo T2 los diodos no conducen debido a que el capacitor se encuentra ya cargado a un valor de voltaje igual que el

voltaje pico de la fuente, el capacitor se comienza a descargar a través de la resistencia de carga. Dado que el ciclo de carga y de descarga sucede cada medio ciclo en un rectificador de onda 1 completa, el período de la forma de onda rectificada será × 𝑇 (T/2), un medio de la señal de 2 entrada. La señal de salida tendrá por lo tanto un nivel de voltaje DC y un nivel de voltaje de rizo (AC) a medida que el capacitor se cargue y descargue. A continuación se consideran algunos detalles de estas formas de onda y de los elementos de circuito. Voltaje de rizo, Vr (rms): El voltaje de rizo del capacitor se puede determinar en base a otros parámetros del circuito, el voltaje de rizo se calcula a partir de: 𝑉𝑟(𝑟𝑚𝑠) =

𝐼𝑑𝑐 4 × √3 × 𝑓 × 𝐶

=

2.4 × 𝐼𝑑𝑐 2.4 × 𝑉𝑑𝑐 = 𝐶 𝑅𝐿 × 𝐶

Donde: Idc es en miliamperios, C es en microfaradios y RL en kilohmios. Voltaje de DC: Es posible calcular el valor del voltaje DC de salida de la forma de onda a través del capacitor por medio de las siguientes ecuaciones: 𝐼𝑑𝑐 4.17 × 𝐼𝑑𝑐 = 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜 − 4×𝑓×𝐶 𝐶 Donde: Vpico es el voltaje pico del rectificador, es la corriente de carga en miliamperios, y C es el capacitor en microfaradios. 𝑉𝑑𝑐 = 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜 −

Periodo de conducción del diodo y corriente pico del diodo. Es claro en el tema anterior que valores mas grandes de capacitores ofrecen un menor voltaje de rizo y un voltaje promedio de salida mayor, con lo que mejora la acción del filtro. Sin embargo el valor del capacitor también afecta la corriente extraída por los diodos de la fuente de alimentación y mientras mayor sea el valor del capacitor mayor será el pico de corriente producido por los capacitores al momento de iniciar su carga, la cual circula por los diodos del rectificador. Mientras más corto sea el intervalo de tiempo T1, mayor será la cantidad de corriente que soportan los diodos.

Debido a que el consumo de promedio de corriente de la fuente debe ser igual a la corriente promedio del diodo rectificador durante el periodo de tiempo carga, se puede utilizar la siguiente relación: Τ1 × 𝐼𝑝𝑖𝑐𝑜 Τ A partir de la cual se puede obtener el valor de la corriente pico que circula por los diodos del rectificador. 𝐼𝑑𝑐 =

𝐼𝑝𝑖𝑐𝑜 =

Τ × 𝐼𝑑𝑐 Τ1

Donde: T1 = periodos de conducción de los diodos. T = inverso de la frecuencia (f = 120Hz para onda completa) Idc = consumo promedio de corriente del filtro. Ipico = corriente pico a través de los diodos.

1.3.3 Circuitos con Diodos. Circuitos Elevadores de voltaje. Los multiplicadores o elevadores de tensión son circuitos que elevan el nivel de voltaje de entrada de una señal, lo duplican, triplican o cuadruplican. Pero, porque utilizar un circuito electrónico cuando podemos realizar lo mismo con un transformador elevador. La razón es que las tensiones muy altas en el secundario de un transformador, solo se pueden obtener con elementos de grandes dimensiones, los cuales utilizarían gran cantidad de espacio y resultan muy pesados. Para evitar cada uno de esos inconvenientes, resulta más adecuado utilizar circuitos electrónicos que eleven el nivel de voltaje. Doblador de voltaje. Este circuito como su nombre lo indica duplica el nivel de voltaje de entrada. Este tipo de circuito es muy utilizado en los aparatos electrónicos y a continuación se muestra su esquema eléctrico y se analiza su funcionamiento. Durante el semiciclo positivo de la señal de entrada el diodo D1 queda polarizado en directa permitiendo que el capacitor C1 se cargue a un valor de voltaje igual al voltaje pico del semiciclo, mientras tanto el diodo D2 queda polarizado en inversa impidiendo que el capacitor C2 se cargue. Durante el semiciclo negativo de la señal de entrada el Diodo D2 queda polarizado en directa permitiendo así que el capacitor C2 se cargue a un valor de voltaje igual al del semiciclo negativo, mientras tanto D1 quedo polarizado en inversa y la carga que estaba almacenada en C1 junto con la carga de C2 se suman y se obtiene un voltaje total de salida en la resistencia de carga igual al doble del voltaje pico de la señal de entrada, como lo muestra la siguiente ecuación: 𝑉𝑅𝐿 = 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑃𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝐶1 + 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑃𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝐶2 = (2 × 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜)

Triplicadores de voltaje. Este tipo de circuitos se utilizan para las etapas de elevación de voltaje de Flay bat para equipos como monitores, TV, osciloscopios, etc. El funcionamiento de este circuito es el siguiente. Durante el semiciclo negativo de la señal de entrada el diodo D1 se polariza en directa permitiendo que el capacitor C1 se cargue a un valor de voltaje igual al Voltaje Pico del semiciclo. Cuando ocurre el semiciclo positivo de la señal de entrada el diodo D1 queda en inversa y el diodo D2 se polariza en directa permitiendo que el capacitor C2 se cargue a un valor de voltaje igual al doble del voltaje pico del semiciclo (el voltaje pico almacenado en C1 durante el semiciclo negativo mas el voltaje pico del semiciclo positivo). En este momento ya ocurrió un ciclo completo y C1 se descargo a través de D2 en el capacitor C2 y C2 esta cargado con un voltaje igual al doble del voltaje pico. Cuando se repite el semiciclo negativo de la señal de entrada los diodos D1 y D3 quedan polarizados en directa y D2 en inversa, esto permite que C1 se cargue nuevamente a un valor de voltaje igual al voltaje pico, mientras tanto el capacitor C2 se descarga a través de D2 cargando al capacitor C3 con el voltaje que el había almacenado en el semiciclo anterior (2Vp). Al completarse estos semiciclos se obtiene un voltaje de salida igual al triple del voltaje pico. (3Vp), como lo muestra la figura.

Limitadores de nivel de voltaje con Diodos. Un circuito limitador de voltaje se encarga de eliminar partes positivas o negativas de una forma de onda en una señal específica. Este tipo de circuitos es aplicado en la conformación de señales, en protección de circuitos electrónicos y de comunicación. Un circuito limitador o recortador positivo, elimina las partes positivos de una señal dependiendo de las características del circuito. Los limitadores negativos realizan la misma finalidad solo que con los semiciclos negativos de una señal. Los circuitos limitadores se construyen utilizando diodos de pequeña señal que manejan frecuencias muy altas. Existen dos grandes tipos de recortadores con diodos, los cuales se clasifican dependiendo si están conectados en serie o en paralelo. En las configuraciones en serie el diodo se encuentra conectado en serie con la carga, mientras que las configuraciones en paralelo el diodo que da en paralelo con la carga. A continuación se muestra un cuadro donde se pueden observar las diferentes configuraciones y la forma de trabajo de cada una de ellas. Recortadores en Serie.

Recortadores en Paralelo.

Diodo Emisor de Luz. (LED) En un diodo rectificador normal, al polarizarlo en directa conduce una corriente a través de sus terminales disipa energía en forma de calor. En un diodo emisor de luz (LED) al ser polarizado en directa los electrones libres atraviesan la unión PN y cae d un nivel en los huecos. Como pasan de un nivel de energía alta a uno de baja, disipan energía la cual se puede observar en forma de luz.

El símbolo eléctrico del diodo se presenta en la figura siguiente, es similar al del diodo indicando que conduce corriente en una sola dirección (hacia donde apunte la flecha). Las flechas indican que emite radiación en forma de luz. Utilizando materiales como galio, arsénico, fosforo, etc, se pueden fabricar LED de diferentes colores tales como rojo, amarillo, verde, naranja, azul y LED infrarrojos. Al proceso de emisión de luz mediante la aplicación de una fuente de energía eléctrica se le denomina luminiscencia. Para que un LED funcione son necesarias tres condiciones: 1 Estar polarizado en directa. 2 Que el voltaje de fuente sea mayor que el voltaje del LED. 3 Colocar una resistencia limitadora de corriente. La función de la resistencia limitadora es evitar que circule por el LED una corriente mayor a su corriente máxima y consumir el exceso de voltaje dentro del circuito. Dentro de los parámetros eléctricos de los LED su rango de voltaje de alimentación oscila entre los 1.7V a 3.3V, sus requerimientos de potencia típicas oscilan entre los 10mW a 150mW con tiempos de vida de mas de 100,000 horas. Para motivos de estandarización asumiremos que todos los LED con los que trabajemos en este curso consumen 2 voltios. Analizando el siguiente circuito, determinaremos el valor de la corriente que circula por el LED. Desarrollo: Aplicando LVK a este circuito obtenemos la siguiente ecuación. 9𝑉 − 𝑉𝑅𝐿𝐸𝐷 − 𝑉𝐿𝐸𝐷 = 0;

9𝑉 − 𝐼𝐿𝐸𝐷 × 𝑅1 − 𝑉𝐿𝐸𝐷= 0

Despejando corriente de LED de la ecuación. 𝐼𝐿𝐸𝐷 =

9𝑉 − 𝑉𝐿𝐸𝐷 ; 𝑅1

𝑠𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑦𝑒𝑛𝑑𝑜.

𝐼𝐿𝐸𝐷 =

9𝑉 − 2𝑉 280Ω

𝐼𝐿𝐸𝐷 = 25𝑚𝐴

Si reducimos el valor de la fuente de alimentación a 3V, el valor de la corriente disminuye y por tanto el LED alumbrara menos. Entre mas corriente circule por el LED mayor es su intensidad luminosa, pero si reducimos el valor de la corriente su intensidad luminosa desciende. 𝐼𝐿𝐸𝐷 =

3𝑉 − 𝑉𝐿𝐸𝐷 ; 𝑅1

𝑠𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑦𝑒𝑛𝑑𝑜.

𝐼𝐿𝐸𝐷 =

3𝑉 − 2𝑉 280Ω

𝐼𝐿𝐸𝐷 = 3.57𝑚𝐴