¡Descarga Introducción a los Diodos, Transistores y Tiristores: Conceptos Básicos y Aplicaciones y más Apuntes en PDF de Ingenieria Eléctrica solo en Docsity!
Introduccion El presente trabajo tiene como finalidad hacer un pequeño recorrido por algunos de los componentes basicos, que como todo electricista, debemos conocer, ya que nos topamos con ellos practicamente en cualquier lado, hablamos de componentes como los diodos, la resistencias, transistores, zener, tristores, triacs entre otros, estos se encuentran en distintos aparatos en nuestro hogar, en nuestras oficinas o hasta en nuestros telefonos celulares, por eso, es necesario que tengamos una base solida del conocimiento de estos componentes, y tener claro el funcionamiento y comportamiento de estos componentes. Es por ello que en este trabajo daremos un recorriedo definiendolos, estudiado su comportamiento a traves de su curva caracteristica, veremos en donde puede ser aplicada cada uno, asi como tambien como realizar una medicion correcta de estos. Todo esto y mucho mas a continuacion. El diodo : es un componente discreto que permite la circulación de corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea en el sentido contrario. La curva característica representa: el comportamiento en el flujo de electrones (corriente) que ocurre al ser sometido el diodo a una tensión que polarice al mismo directa o inversamente. En la siguiente figura queda representado lo que sucede si aumentamos la tensión en un diodo polarizado directa o inversamente:
Cálculos: Cuando se polariza en inversa el diodo debe soportar toda la tensión inversa VR a la que está sometido (Vcc), de otra manera se destruye. Pero cuando se polariza en directa en sus extremos cae la tensión directa VD que es del orden de 0,6V y el resto cae en los elementos que se encuentran en serie con él. Al mismo tiempo debe ser capaz de soportar la corriente ID que circula por él. La ecuación de cálculo es: Vcc = Rs * ID + VD medicion: Hoy en día existen multímetros (VOM) digitales que permiten probar con mucha facilidad un diodo, pues ya vienen con esta opción listos de fábrica. El método de prueba que se presenta aquí es el método típico de medición de un diodo con un multímetro analógico (el que tiene una aguja), aunque también se puede usar un multímetro digital. Para empezar, se coloca el selector para medir resistencias (ohmios / ohms), sin importar de momento la escala. Se coloca el cable de color rojo en el ánodo de diodo (el lado de diodo que no tiene la franja) y el cable de color negro en el cátodo (este lado tiene la franja). El propósito es que el multímetro inyecte una corriente continua en el diodo (este es el proceso que se hace cuando se miden resistores).
· Si la resistencia que se lee es baja indica que el diodo, cuando está polarizado en directo,
funciona bien y circula corriente a través de él (como debe de ser).
· Si esta resistencia es muy alta, puede ser una indicación de que el diodo esté “abierto” y
deba que ser reemplazado. 2 – Se coloca el cable de color rojo en el cátodo y el cable negro en el ánodo del diodo. En este
produce al conectar la batería de forma incorrecta o al invertir las polaridades de la batería. el suministro de DC. EN SUPRESIÓN DE PICOS DE VOLTAJE En caso de un inductor o cargas inductivas, la eliminación repentina de la fuente de suministro produce un voltaje más alto debido a la energía almacenada en el campo magnético. Estos picos inesperados en el voltaje pueden causar un daño considerable a los componentes del circuito. Por lo tanto, un diodo se conecta a través del inductor o cargas inductivas para limitar los grandes picos de voltaje. EN PANELES SOLARES Los diodos que se utilizan para la protección de paneles solares se denominan diodos de derivación. Si el panel solar está defectuoso o dañado o sombreado por hojas caídas, nieve u otras obstrucciones, la potencia de salida general disminuye y se produce daño en el punto caliente porque la corriente del resto de las celdas debe fluir a través de esta celda defectuosa o sombreada que provoca un sobrecalentamiento. Resistencia: La resistencia es un componente electrónico diseñado para causar una caída de tensión al flujo de electricidad en un punto dado, es decir. En otras palabras se opone al paso de la corriente en un circuito electrónico, su magnitud de resistencia depende de su cantidad de ohmio [Ω] (Unidad de medida de la resistencia). Ω] (Unidad de medida de la resistencia). ] (Unidad de medida de la resistencia). Curva caracteristica: Calculo: En un circuito eléctrico podemos calcular la resistencia total del circuito, o la resistencia de cada receptor dentro del circuito, mediante la ley de ohm: R = V/I; V en voltios e I en amperios nos dará la resistencia en Ohmios (Ω))
Tolerancia La tolerancia de una resistencia eléctrica/ resistor es el valor ohmico que nos dice que tanto (en porcentaje) puede variar el valor de la resistencia , osea, esta se define como el campo comprendido entre el valor máximo y el mínimo de su valor indicado por el fabricante.. Toda resistencia presenta una serie de bandas de colores que nos sirven para indentificar el valor de la resistencia (en ohms) asi como tambien su tolerancia (en %). esta ultima siempre sera la ultima franja de izquierda a derecha, y el valor lo determinara el color basado en el siguiente codigo de colores. Medicion: Existen diversos métodos para saber el valor de una resistencia. El primer método y el más fácil de utilizar es con un aparto de medición (óhmetro o multímetro). Para medir con estos instrumentos solo es cuestión de poner las puntas en cada un de las terminales y automáticamente te dará su valor.
· Estufas eléctricas (paneles convectores, caloventores)
· Secadores, alisadores de pelo, afeitadoras eléctricas
· Duchas, calefones y termotanques eléctricos
· Cocinas eléctricas, hornos tipo grill y microondas
· Computadoras
· Electrodomésticos varios
Condensador Un condensador es un componente eléctrico que almacena carga eléctrica en forma de diferencia de potencial para liberarla posteriormente. También se suele llamar capacitor eléctrico Curvas caracteristicas: Gráficas que muestran la evolución de la intensidad instantánea en el circuito y de la diferencia de potencial en el condensador durante el proceso de carga: Gráficas que muestran la evolución de la intensidad instantánea en el circuito y de la diferencia de potencial en el condensador durante el proceso de descarga:
Calculos: proceso de carga Consideremos el circuito en el que supondremos que el condensador está inicialmente descargado. Si cerramos el interruptor se observará un paso de corriente y empezará a cargarse el condensador, de forma que una vez alcanzada la carga máxima, la corriente en el circuito es cero. Aplicando la ley de mallas de Kirchhoff obtenemos: donde ξ es la fuerza electromotriz del generador de corriente, I es la intensidad de corriente que circula por la malla, R es la resistencia patrón, q es la carga electrica del condensador y C su capacidad Proceso de descarga Consideremos ahora el circuito
a) El valor del capacitor es más alto que el intervalo de medición b) El capacitor está dañado. La función para medir capacitancia únicamente la podrás encontrar en un multímetro digital que cuenta con esa función. Pero, lo que sí puedes hacer es probar si tu capacitor funciona. 1 Para realizar la prueba de tu capacitor el multímetro debe colocarse en ohmetro en una escala baja (por ejemplo, para medir 200 ohms) y deberás descargar el capacitor. 2 Se colocan las puntas del multímetro en las terminales del capacitor (no importan su polaridad), la aguja del multímetro deberá subir rápidamente y después bajar. 3 Intercambia las puntas del multímetro para repetir la medición con la polaridad inversa, la aguja deberá subir y bajar nuevamente; si es así el capacitor funciona correctamente. Funcionamiento: Cuando la corriente fluye por un capacitor, las cargas se “pegan” en las placas porque no pueden atravesar el material dieléctrico aislante. Los electrones (partículas cargadas negativamente) son pegados a una de las placas, y esta se carga negativamente. La gran masa de las cargas negativas de una de las placas empuja las cargas iguales de la otra placa, haciendo que esta otra placa sea de carga positiva. Las cargas positivas y negativas en cada una de las placas se atraen, porque eso es lo que hacen cargas opuestas. Pero, con el material dieléctrico aun entre ellos, por más que se quieran atraer, las cargas van a estar pegadas a las placas por siempre(o hasta que tengan otro lugar para ir). Las cargas estacionarias de estas placas crean un campo eléctrico, el cual induce energía eléctrica potencial y voltaje. Cuando las cargas se agrupan en un capacitor de esta forma, el capacitor esta almacenando energía de igual manera que una batería almacena energía química. Aplicacion: Hay muchas aplicaciones para este pequeño componente pasivo. Para darle una idea de sus varios usos, aquí hay algunos ejemplos: Capacitores de Desacoplamiento (Bypass): Mucho de los capacitores que se ven en los circuitos, especialmente los que están presentes en circuitos integrados, son de desacoplamiento. Filtros de Fuentes de Poder Se pueden utilizar los diodos rectificadores para convertir el voltaje CA que sale del enchufe de la pared a voltaje CC que es requerido por la mayoría de los elementos electrónicos. Almacenamiento y Suministro de Energía Parece obvio que si un capacitor almacena la energía, una de sus aplicaciones debería ser suministrar energía a un circuito, al igual que una batería. El problema es que el capacitor tiene una densidad de energía más baja que las baterías; simplemente no pueden almacenar la misma cantidad de energía de lo que pueden las baterías químicas del mismo porte (¡Pero esa brecha está disminuyendo!).
Filtros de Señal Los capacitores tienen una respuesta única a las señales de frecuencias variables. Pueden bloquear las bajas frecuencias o los componentes de señales CC mientras permiten atravesar a las frecuencias altas Transistor El transistor es un componente electrónico constituido por materiales semiconductores que prácticamente revolucionó todos los aparatos electrónicos sin excepción alguna, ya que gracias a sus pequeñas dimensiones y sus múltiples funcionalidades logró disminuir los tamaños de todo aparato considerablemente. Gracias a los transistores también se logró la construcción de circuitos integrados, es decir “Chips con infinidad de transistores capaces de tener diversos circuitos eléctricos y electrónicos en encapsulados plásticos de tan solo unos pocos centímetros” Curva Caracteristica: Calculos: basandonos en el siguiente circuito :
funcionamiento. Regiones de funcionamiento Los transistores cuentan con tres regiones de funcionamiento y cada una hace una funciona diferente, ya sea como interruptor abierto, cerrado o como amplificador. El uso de estas regiones se basa en la cantidad de voltaje que circule por la base del transistor. Region de corte: Se dice que un transistor entra en región de corte cuando el voltaje de la base es nulo o menor a 0.6v, ya que que no logra activar el paso de corriente entre el colector y el emisor, es decir se comporta como un interruptor abierto. Región de saturación El funcionamiento de esta región es el caso contrario a la de corte, ya que cuando el voltaje que circula por la base supera al establecido por el fabricante, satura al transistor y este permite la circulación entre colector y emisor como si fuera un cable normal, es decir se comporta como un interruptor cerrado. Región activa Este caso se logra cuando el voltaje de la base esta en un rango intermedio entre la región de saturación y la de corte. Cuando logramos estabilizar el transistor es capaz de amplificar las señales de entrada las veces que tenga el valor de ß ya que este multiplica la corriente del transistor. Aplicaciones: Aplicaciones de los Transistores Los transistores tienen multitud de aplicaciones, entre las que se encuentran: Amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación) Generación de señal (osciladores, generadores de ondas, emisión de radiofrecuencia) Conmutación, actuando de interruptores (control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de impulsos PWM) Detección de radiación luminosa (fototransistores)
Zener A diferencia de un diodo convencional que bloquea cualquier flujo de corriente a través de sí mismo cuando está polarizado al revés, tan pronto como la tensión inversa alcanza un valor predeterminado, el diodo Zener comienza a conducir en la dirección inversa. Esta es la característica más destacada de este elemento.La corriente que fluye en ese punto, aumenta drásticamente al valor máximo del circuito. El punto de tensión en el que el voltaje se estabiliza se denomina «tensión zener» (Vz). Curva caracteristica Calculos: La potencia que disipa un diodo zener es simplemente la multiplicación del voltaje para el que fue fabricado por la corriente que circula por él. Pz = Vz x Iz. Esto significa que la máxima corriente que puede atravesar un diodo zener es: Iz = Pz/Vz. (en amperios). Donde: Iz = Corriente que pasa por el diodo Zener Pz = Potencia del diodo zener (dato del fabricante) Vz = Voltaje del diodo zener (dato del fabricante) El cálculo del resistor Rs está determinado por la corriente que pedirá la carga (lo que vamos a conectar a esta fuente de voltaje). Ver esquema del regulador de voltaje con diodo zener, con el resistor Rs conectado entre Vin y el cátodo del zener. Este resistor se puede calcular con la siguiente fórmula: Rs = [Ω] (Unidad de medida de la resistencia). Venmin – Vz]/1.1 x ILmáx, donde: Ven (min): es el valor mínimo del voltaje de entrada. (acordarse que es un voltaje no regulado y puede variar)
conecta en paralelo).Como un estabilizador de voltaje. Aplicaciones: Como un estabilizador de voltaje La principal aplicación de un diodo Zener en elEl circuito electrónico es como un regulador de voltaje. Proporciona un voltaje constante a la carga de una fuente cuyo voltaje puede variar en un rango suficiente. Para la protección del medidor Los diodos Zener se emplean generalmente en Multímetros para proteger el movimiento del medidor contra el daño de las sobrecargas accidentales. El diodo Zener está conectado en paralelo con el medidor desde el punto de vista de seguridad.uiente figura muestra la disposición del circuito del diodo Zener como regulador. Para la formación de ondas Los diodos Zener también se utilizan para convertir la onda sinusoidal en ondas cuadradasDurante el semiciclo positivo y negativo, cuando elEl voltaje en los diodos está por debajo del valor Zener, ya que ofrecen una ruta de alta resistencia. La tensión de entrada aparece en los terminales de salida. Sin embargo, cuando la tensión de entrada aumenta más allá del valor Zener, el diodo Zener ofrece una ruta de baja resistencia y conduce una gran corriente. Como resultado, una fuerte caída de voltaje aparece a través dela resistencia en serie R y, por lo tanto, los picos de la onda de entrada se recortan cuando aparecen en la salida, como se muestra en la figura anterior. La onda sinusoidal de entrada se recorta en los picos y aparece una onda cuadrada en la salida. Mosfet Un MOSFET es un transistor de efecto de campo por medio de un semiconductor óxido que se usa como dieléctrico. De otra forma, es un transistor (conduce o no conduce la corriente) en el que se utiliza un campo eléctrico para controlar su conducción y que su dieléctrico es un metal de óxido
Calculos: La operación de un transistor MOSFET se puede dividir en tres regiones de operación diferentes, dependiendo de las tensiones en sus terminales. Región de corte. El transistor estará en esta región, cuando VGS < Vt. En estas condiciones el transistor MOSFET, equivale eléctricamente a un circuito abierto. Región óhmica. Cuando un MOSFET está polarizado en la región óhmica, el valor de RDS(on) viene dado por la expresión: VDS(on) = ID(on) x RDS(on) En casi todas las hojas de datos, asocian el valor de RDS(on) a una corriente de Drenaje (ID) específica y el voltaje Puerta-Surtidor. Región de Saturación. El transistor MOSFET entra en esta zona de funcionamiento cuando la tensión entre el Drenador y el Surtidor (VDS) supera un valor fijo denominado tensión de saturación (Vds sat) Drenador-Surtidor; este valor viene determinado en las hojas características proporcionadas por el fabricante. En esta zona, el MOSFET mantiene constante su corriente de Drenador (ID), independientemente del valor de tensión que haya entre el Drenador y el Surtidor (VDS). Por lo tanto, el transistor equivale a un generador de corriente continua de valor ID.
de una tensión (con un valor mínimo llamada tensión umbral) en el terminal llamado puerta (gate). Es un interruptor controlado por tensión. Al aplicar tensión conduce y cuando no hay tensión en la puerta no conduce. El transistor de efecto de campo se comporta como un interruptor controlado por tensión, donde el voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador y fuente. El movimiento de carga se produce exclusivamente por la existencia de campos eléctricos en el interior del dispositivo. Aplicaciones La forma más habitual de emplear transistores MOSFET es en circuitos de tipo CMOS, consistentes en el uso de transistores PMOS y NMOS complementarios. Las aplicaciones de MOSFET discretos más comunes son:
· Resistencia controlada por tensión.
· Circuitos de conmutación de potencia (HEXFET, FREDFET, etc).
· Mezcladores de frecuencia, con MOSFET de doble puerta.
Tristor El tiristor es un semiconductor de potencia que se utiliza como interruptor, ya sea para conducir o interrumpir la corriente eléctrica, a este componente se le conoce como de potencia por que se utilizan para manejar grandes cantidades de corriente y voltaje, a comparación de los otros semiconductores que manejan cantidades relativamente bajas Curva caracteristica:
Funcionamiento: Los tiristores están conformados por 3 terminales un ánodo, un cátodo y una compuerta o mejor conocida “gate”, su funcionamiento se asemeja al de un relevador o un interruptor mecánico, Ya que cuando aplicas una corriente a la terminal gate este se activa y obtiene la característica de dejar pasar a la electricidad. Aplicaciones Normalmente son usados en diseños donde hay corrientes o tensiones muy grandes,
