COMENTARIOS SOBRE LA PRÁCTICA Nº 2 CARACTERISTICAS … · CARACTERISTICAS DE LOS DIODOS RECTIFICADORES ... * Familiarizar al estudiante con la visualización de las curvas características

COMENTARIOS SOBRE LA PRÁCTICA Nº 2

CARACTERISTICAS DE LOS DIODOS RECTIFICADORES CIRCUITOS RECTIFICADORES DE MEDIA ONDA

* Familiarizar al estudiante con el uso de los manuales de los fabricantes de diodos para entender y manejar sus especificaciones.

* Familiarizar al estudiante con la visualización de las curvas características de dichos dispositivos utilizando el osciloscopio en la modalidad X-Y.

* Realizar un análisis detallado del rectificador de media onda con y sin filtro capacitivo.

* Realizar un análisis del rectificador de precisión.

Adicional: Realizar la simulación en MULTISIM del circuito para observar la característica corriente-voltaje del diodo utilizando el osciloscopio virtual.

HOJADEDATOSDELDIODORECTIFICADOR1N400XValoresMáximosAbsolutos

CaracterísticasTérmicas

CaracterísticasEléctricas

CIRCUITOSPARALAPRÁCTICANº2

CARACTERÍSTICACORRIENTEVOLTAJEDELDIODORECTIFICADOR.

CircuitoR=510Ω0,5W

Diodo1N4004onúmerosuperior.

Generador:Ondasinusoidalo triangularde 1kHz, 8Vpico. Puede ajustarse paramejorarlaimagen.

Realice lasimulaciónenMULTISIMparaobservar en la pantalla del osciloscopiovirtual la característica corriente-voltajedeldiodo.

Mediciones Semidenelvoltajedeldiodocuandoempiezaaconducirylaresistenciadinámicard,paralocualsedeterminalapendientedelaformadeondaenpantalla,seleccionandounrangodevoltajeymidiendoenformaindirectaelcorrespondienterangodecorriente(medianteladeterminacióndelacorrientesobrelaresistenciaR).Se colocan las escalas del osciloscopiopara tener lamejor resoluciónposible.

RECTIFICADORDEMEDIAONDASINFILTROCAPACITIVOCircuitoVoltaje a la entrada del rectificador:15Vrmsprovenientesdelsecundariodel transformador o 15 VrmsdirectamentedelVariac.Lafrecuenciaes60Hz.Diodo1N4004onúmerosuperiorR=470Ω;2WATENCIÓN:PARAÉSTEYTODOSLOSDEMÁSEXPERIMENTOSCONVARIAC,SUBIRYBAJARELVOLTAJEDELVARIACLENTAMENTE

Mediciones*Forma de onda del voltaje deentrada (secundario deltransformador o variac) y elvoltajeenlacarga.* Forma de onda del voltaje deentradajuntoconelvoltajeeneldiodo.*Formadeondadelvoltajeeneldiodojuntoconlacorrienteeneldiodo (observe que la corriente por el diodo es lamisma que circulaporlacarga).*Voltajepicoyvoltajermsenlaentrada.*Voltajepicoyvoltajermsenlacarga.*Voltajeycorrientepicoeneldiodo.*Tiempodeconduccióndeldiodo.

RECTIFICADORDEMEDIAONDACONFILTROCAPACITIVOVoltaje a la entrada delrectificador: 15 Vrmsprovenientes del secundario deltransformador o 15 VrmsdirectamentedelVariac.Lafrecuenciaes60Hz.Diodo1N4004onúmerosuperiorR=470Ω;2WC=470µFResistenciaparamedircorrienteeneldiodo:10Ω

Mediciones*Formadeondadelvoltajede entrada (secundario deltransformador o variac) yelvoltajeenlacarga.*Formadeondadelvoltajede entrada junto con lacorrienteeneldiodo.*Formadeondadelvoltajeen el diodo junto con lacorriente en el diodo(colocarunaresistenciadepocosohmiosenserieconeldiodo).*Voltajepicoyvoltajermsenlaentrada.*Voltajepicoyvoltajermsenlacarga.*Voltajeycorrientepicoeneldiodo.*Tiempodeconduccióndeldiodo.

RECTIFICADORDEMEDIAONDADEPRECISIÓN:SUPERDIODO

Sevanamontarsimultáneamenteenel protoboard el superdiodo y elrectificador demedia onda sin filtro.Se va a conectar una resistencia decarga R de 1kΩ a la salida delamplificadoroperacional.

Operacional741

Diodo1N4004onúmerosuperior(2)

R1=R2=R=1kΩ(senecesitancuatroresistenciasentotal)

LosvoltajesViproducidosporelgeneradorde funciones según valores indicados en laguía se van a aplicar simultáneamente alsuperdiodoyalrectificadordemediaonda.

Mediciones

*Formas de onda del voltaje de entrada y salida de ambos circuitosparalosdistintosvaloresindicadosenlaguía.* Voltaje pico en la salida, voltaje pico en el diodo y tiempo deconducción del diodo en el superdiodo para los distintos valoresindicadosenlaguía.

ELPREMIONOBELDEFÍSICA1956

ELTRANSISTORBIPOLAR

ELTRANSISTORBIPOLAR

Eltransistorbipolar(BJTBipolarJunctionTransistor)fuedesarrolladoenlosLaboratoriosBellThelephoneen1948.ElnombreBipolarvienedequeen losprocesosde conducción intervienen tantohuecos comoelectrones.Suinvenciónmarcólaeradetodoeldesarrollotecnológicoeinformáticoquetenemoshoydía.

Durante tresdécadas fue el dispositivoutilizadoen todos losdiseñosde circuitos discretos o integrados. En los 70 y 80 apareció uncompetidormuyfuerte:EltransistordeJuntura,quedioorigenaotroscomponentes,losMOSFETs.ActualmentelatecnologíaCMOSeslamásutilizada en los diseños de circuitos integrados. Pero el BJT se sigueusando en aplicaciones específicas, entre ellas circuitos de muy altafrecuencia.

Unodelosdispositivosmásutilizadosenlossistemasdeelectrónicadepotencia es el IGBT, que combina las características de entrada de inMOSFETconlasdesalidadeunBJT.

ESTRUCTURAFÍSICA

Lostransistoresbipolaresestánconstituidospordosjunturaspnespaldacontraespalda.

MODOSDEOPERACIÓN

Lostransistorestienendosjunturaspn:LaEmisor-Base(EB)ylaColector-Base(CB).Segúnlapolarizacióndelasjunturas,presentancuatromodosdeoperación.

MODO JunturaEB JunturaCBCortado Reversa ReversaActivo Directa ReversaSaturado Directa DirectaActivoinverso Reversa Directa

Enelmodoactivoeltransistoroperacomoamplificador.LosmodosCortadoySaturadoseusanenlasaplicacionesdondelosdispositivostienenqueconmutarentredosestados(circuitoslógicos)Elmodoactivoinversotieneaplicacionesmuylimitadas.

OPERACIÓNDELTRANSISTORNPNENELMODOACTIVO

*Se tienen que polarizar las junturas como indican las baterías. Lafuente VBE polariza en directo la juntura Emisor-Base. La fuente VCBpolarizaeninversolajunturaColector-Base.*Enelanálisissevanaconsiderarsolamentelascorrientesdedifusión.El emisor estámuchomas dopado que la base ymas dopado que elcolector.

*La corriente de Emisor a Base tiene dos componentes: Un flujo deelectronesdeEaByunflujodehuecosdemenormagnituddeBaE.*LacorrienteiEtienedirecciónpositivasaliendodelEmisor*En labase los electrones se conviertenenportadoresminoritariosyalgunos se recombinan mientras que otros son arrastrados hacia elColector.*LacorrientedeBasealimentael flujodehuecosquevade laBasealEmisor y los portadores que intervienen en la recombinación en labase.Esporlotantounmovimientodehuecos.*LacorrienteiBtienedirecciónpositivaentrandoenlaBase.*LacorrientedeColectorestáformadaporloselectronesquepasaronlajunturaColector-Base.*LacorrienteiCtienedirecciónpositivaentrandoenelColector.*DeacuerdoconlasLeyesdeKirchhoff:

iE=iC+iB

OPERACIÓNDELTRANSISTORPNPENELMODOACTIVO

EnambostiposdetransistoreslacorrientedeColectoresindependientedelvoltajeVCB.EstacorrienteesunafraccióndelacorrientedeEmisor,queestácontroladaporelvoltajeVEB.El colector se comporta como una fuente de corriente controlada porvoltaje.

PARÁMETROSBÁSICOSDELTRANSISTORBJT

ComolajunturaEBestápolarizadaendirecto,lacorrienteIEestádadaporlaecuacióndeldiodo

n=1paratransistores

AlColectorllegaprácticamentetodalacorrientedelEmisor.Serelacionanmedianteunparámetrodenominadoα . α :GananciadecorrientedeBaseComún. LacorrientedeBaseesaproximadamente1%lacorrientedeEmisor.DelanálisismatemáticosepuedeconcluirquelacorrientedeBaseyladeColectorestánrelacionadasporunparámetroidentificadocomoβ.

β : GananciadecorrientedeEmisorComún

Losparámetrosα yβ dependendelascaracterísticasdelosdispositivos

€

iE = IES evBE VT −1⎛

⎝ ⎜ ⎞

⎠ ⎟

€

iE = IESevBE VT

€

β =iCiB

€

iC = βiB

€

α =iCiE

€

iC =αiE

RELACIÓNENTRELOSPARÁMETROSBÁSICOSDELBJTLosvaloresdeαyβdependendelascaracterísticasdeldispositivo.Valorestípicosparaβ:100,200,400 Entodotransistor

Paraβ=100α=0,99.Pequeñasvariacionesenαproducengrandescambiosenβ.

€

iE = iC + iB

€

iE = iC +iCβ

=β +1β

iC

€

iC =ββ +1

iE =αiE

€

α =ββ +1

€

β =α1−α

MODELOEQUIVALENTEDEGRANSEÑALENLAREGIÓNACTIVABASECOMÚN

Conestemodeloeltransistorsevaausarcomounareddedospuertos,conelpuertodeentradaentreByEyelpuertodesalidaentreCyB.Deahíque:α :GananciadecorrientedeBaseComún

LacorrienteporelColectortambiénpuedeexpresarsecomo

€

iC = ISevBE VT

MODELOEQUIVALENTEDEGRANSEÑALENLAREGIÓNACTIVAEMISORCOMÚN

Conestemodeloeltransistorsevaausarcomounareddedospuertos,conelpuertodeentradaentreByEyelpuertodesalidaentreCyE.Deahíque:β:GananciadecorrientedeEmisorComún

ESTRUCTURAFÍSICADELOSBJT

CURVASCARACTERÍSTICASDEUNBJTTIPONPNCARACTERISTICASDEENTRADABASE-EMISOR

EnestascaracterísticasseobservaelefectoquetieneelaumentodelvoltajeVCE.CuandoVCEaumenta,crecelazonadecargaespacialdelajunturaBCpolarizadaeninverso.Labasesereduce

CURVASCARACTERÍSTICASDEUNBJTTIPONPNCARACTERISTICASDESALIDAEMISORCOMÚN

DEPENDENCIADEICCONELVOLTAJEDECOLECTOR:

ELEFECTOEARLY

ELEFECTOEARLYLas curvas características para cada valor de voltaje Base-Emisor ocadavalordecorrientedeBasenosonplanas.Extrapolandotodaslascurvascorrespondientesalaregiónactivahacialos valores negativos de VCE se obtiene que todas ellas intersectan elmismovoltaje-VA,denominadovoltajedeEarly.Lapendientedeestascurvas,1/rO,estádadaporlarelación:

LaresistenciarO,noafectalapolarizacióndelostransistores,perosíloscálculosdegananciacuandolosBJTactúancomoamplificadores.€

ro =δiCδvCE vBE =cons tan te

⎛

⎝

⎜ ⎜

⎞

⎠

⎟ ⎟

−1

=VA

IC

REGIÓNDESATURACIÓN

*Eltransistorentraenlaregióndesaturacióncuandosecumpleque

*ElvalordeICsatestádadoporlosvaloresdeloscomponentesdelcircuito:Máximacorrientequepuedecircularporeltransistor.*Lascurvascaracterísticascaenhaciaceroconunapendientemuchomayorquelaquetienenenlaregiónactiva.*EnelpuntoXlacorrienteesICsatyelvalordeICsatestáenelordende0,1a0,3Vparaelejemplo.

€

ICsat < βIB

MODELODELTRANSISTORENLAREGIÓNDESATURACIÓNLascurvascaracterísticasenlaregióndesaturacióntienenunapendientepronunciada.

OTROSCONJUNTOSDECURVASCARACTERÍSTICAS

POLARIDADESDELOSVOLTAJESYLASCORRIENTESENBJTSPOLARIZADOSENLAREGIÓNACTIVA

POLARIZACIÓNBÁSICADETRANSISTORES:ACTIVO

VBE=0,7Vβ =100 Suponemosqueestáenlaregiónactiva

JunturaCBpolarizadaeninverso,porlotantoestáactivo.

€

VBE =VB −VE = 0,7V

€

VE = 4V − 0,7V = 3,3V

€

IE =3,3V3,3kΩ

=1mA

€

α =ββ +1

=100100+1

= 0,99

€

IC =αIE = 0,99x1mA = 0,99mA

€

VC =10V − 4,7kΩx0,99mA = 5,34V

€

IB =ICβ

= 0,01mA

€

VCB = 5,34V − 4V =1,34V

POLARIZACIÓNDETRANSISTORES:SATURADO

VBE=0,7Vβ =100 Suponemosqueestáenlaregiónactiva

JunturaCBpolarizadaendirecto,porlotantonoestáactivoHayqueconsiderarqueeltransistorseencuentraenlaregióndesaturaciónyporlotantoVCE=0,2V

€

VBE =VB −VE = 0,7V

€

VE = 6V − 0,7V = 5,3V

€

IE =5,3V3,3kΩ

=1,6mA

€

IC =αIE = 0,99x1,6mA =1,58mA

€

VC =10V − 4,7kΩx1,58mA = 2,57V

€

VCB = 2,57V − 6V = −3,43V

Conestosvalores,βΙΒ = 100x0,64mA=64mA βΙΒ >>ICsatporlotantoeltransistorestásaturado

€

VBE =VB −VE = 0,7V

€

VE = 6V − 0,7V = 5,3V

€

IE =5,3V3,3kΩ

=1,6mA

€

VC =VE +VCE max = 5,3V + 0,2V = 5,5V

€

IC =10V − 5,5V4,7kΩ

= 0,96mA

€

IB = IE − IC =1,6mA− 0,96mA = 0,64mA

POLARIZACIÓNDETRANSISTORES:ENCORTE

Sinohaycorrientedecolector,VE=0porlotantoVBE=0.SihubieracorrientedecolectorVCtendríaunvoltajepositivo,porlotantoVBE=0.Encualquiercasoeltransistorestáenlazonadecorte.Porlotantotodaslascorrientessonigualacero.Elvoltajedecolectores10Vyeldeemisor0V.EnestecasoelvoltajeVCEesigualaldelafuente.

POLARIZACIÓNDETRANSISTORESPNP:ACTIVO

VEB=0,7Vβ =100 Suponemosqueestáenlaregiónactiva

JunturaCBpolarizadaeninverso,porlotantoestáactivo.

€

VEB =VE −VB = 0,7V