Aplicaciones del diodo Zener y el diodo túnel, Diapositivas de Física

¡Descarga Aplicaciones del diodo Zener y el diodo túnel y más Diapositivas en PDF de Física solo en Docsity!

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA DOCENTE: Mg. Luis Ponce Martínez

INTRODUCCIÓN

Los diodos más utilizados son los rectificadores los cuales se emplean en fuentes de alimentación para convertir la tensión alterna en continua. Pero la rectificación no es la única función que desempeñan. En esta sesión se discutirá otras aplicaciones del diodo ,comenzaremos por el diodo Zener ,cuyas propiedades mas útiles son las de la zona de ruptura. Se vera también el diodo túnel que no es tan conocido pero no menos importante. Diodo Zener DIODO TÚNEL

GRAFICA CORRIENTE-TENSIÓN (I-V)

• La Figura c muestra la gráfica I-V de un diodo zenner. En la zona directa comienza a conducir aproximadamente a los 0 , 7 V, igual que un diodo normal de silicio.
• En la zona de fugas (entre cero y la zona zener) circula solamente una pequeña corriente inversa.
• En un diodo zener la ruptura tiene un codo muy pronunciado, seguido de un aumento casi vertical en la corriente. c) Curva del diodo Zener −𝑉𝑍 −𝐼𝑍𝑇 −𝐼𝑍𝑀 𝐼 𝑉

• Obsérvese que la tensión es casi constante , aproximadamente igual a VZ en la mayor parte de la zona de ruptura. En las hojas de características es frecuente que se indique el valor de VZ para un valor particular de la comente IZT. La Figura muestra la máxima corriente inversa IZM Mientras la corriente inversa sea menor que IZM el diodo esta funcionando dentro de su zona de seguridad. Si la corriente es mayor que IZM, el diodo se destruirá. c) Curva del diodo Zener −𝑉𝑍 −𝐼𝑍𝑇 −𝐼𝑍𝑀 𝐼 𝑉

REGULADOR ZENER

• Un diodo zener recibe a veces el nombre de diodo regulador de tensión porque mantiene la tensión entre sus terminales constante, incluso cuando la corriente sufra cambios. En condiciones normales, el diodo zener debe tener polarización inversa, como se ve en la Figura (d). Además, para trabajar en la zona zener, la tensión de la fuente VS debe ser mayor que la tensión de ruptura VZ. Siempre se emplea una resistencia en serie RS y para limitar la corriente a un valor menor de su limitación máxima de comente. En caso contrario, el diodo zener se quemaría , como cualquier dispositivo que disipase excesiva potenciaUNMSM FIEE Mg. Luis Ponce Martínez 7 Figura (d) + 𝑉 𝑍 − 𝑅 𝑆

𝑉 𝑆 −

• En la Figura (e) se ve la salida de una fuente de alimentación conectada a una resistencia en serie con un diodo zener. Este circuito se utiliza cuando se desea una tensión continua de salida que sea menor que la salida de la fuente de alimentación. Un circuito como este recibe el nombre de REGULADOR ZENER DE TENSIÓN O SIMPLEMENTE REGULADOR ZENER. Figura (e) + 𝑉 𝑍 − 𝑅 𝑆

𝑉𝑆 − FUENTE RECTIFICADORA CON FILTRO CON CONDENSADOR A LA ENTRADA

DIODO ZENER IDEAL

• Para detección de averías y análisis preliminares, la zona zener se puede aproximar mediante una recta vertical. En consecuencia, la tensión es constante incluso cuando la corriente cambie, lo cual equivale a ignorar la resistencia zener. En la Figura (f) se ilustra la aproximación ideal para un diodo zener. Esto significa que el diodo zener, al funcionar en la zona de ruptura, se comporta técnicamente como una batería. En un circuito, este hecho quiere decir que un diodo zener se puede sustituir mentalmente por una fuente de tensión de valor VZ, suponiendo que el diodo zener este funcionando en zona de ruptura Fig. (f) Aproximación ideal para un diodo zener

= 𝑉𝑧 −

EL REGULADOR

ZENER CON CARGA

• En la Figura (f 1 y f 2 ) se muestra un regulador zener con carga. El diodo zener funciona en la zona de ruptura y mantiene constante la tensión en la carga. Incluso cuando la tensión en la fuente cambie o la resistencia de carga varíe, la tensión en la carga sigue estando fija e igual a la tensión zener. Figura (f1) Regulador zener con carga - Circuito básico. Figura (f1) Regulador zener con carga - Circuito Práctico.

𝑉𝑍 − 𝑅𝑆

𝑉𝑆 − FUENTE DE ALIMENT ACION 𝑅𝐿

𝑉 𝑍 − 𝑅 𝑆

𝑉 𝑆 − 𝑅𝐿

𝑉 𝐿 −

Corriente en

serie

A menos que se indique otra cosa, en todo el estudio siguiente diremos que el diodo zener esta funcionando en la zona de ruptura. En la Figura (f 1 ), la corriente que circula por la resistencia en serie esta dada por: Esta es la ley de Ohm aplicada a la resistencia limitadora de corriente. Es la misma haya o no una resistencia de carga. En otras palabras, si se desconecta la resistencia de carga, la comente en RS seguir siendo igual a la tensión en la resistencia dividida por la resistencia. UNMSM FIEE Mg. Luis Ponce Martínez 13

Corriente

por la carga

Idealmente, la tensión en la carga es igual a la tensión zener, ya que la resistencia de carga esta en paralelo con el diodo zener. Matemáticamente seria : Esto permite aplicar la ley de Ohm para calcular la corriente por la carga:

Efecto Zener

Cuando un diodo está fuertemente dopado, la zona de deplexión se hace muy estrecha. A causa de esto, el campo eléctrico a través de la zona de deplexión (tensión dividida por distancia) es muy intenso. Cuando la fuerza del campo alcanza aproximadamente 300. 000 V/cm, el campo es lo suficientemente intenso para empujar a los electrones fuera de sus orbitales de valencia. La creación de electrones libres de esta forma se conoce como efecto zener (también denominado como emisión por campo grande).

COEFICIENTE DE TEMPERATURA

Al elevarse la temperatura ambiente circundante, la tensión zener cambia un poco. En las hojas de características el efecto de la temperatura se indica como coeficiente de temperatura, que es el cambio en la tensión de ruptura por cada grado que aumenta la temperatura. Para diodos zener con tensiones de ruptura menores de 4 V (efecto zener), el coeficiente de temperatura es negativo. Por ejemplo: un diodo zener con una tensión de ruptura de 3 , 9 V puede tener un coeficiente de temperatura de - 1 , 4 mV/°C. Si la temperatura aumenta 1 °C, la tensión de ruptura decrece 1 , 4 mV.

EFECTO EN EL RIZADO

Podemos usar el circuito equivalente mostrado en la Figura (h). En otras palabras, las únicas componentes que afectan al rizado son las tres resistencias que se muestran. Podemos simplificar esto incluso más. En un diseño típico, RZ es mucho menor que RL; por tanto, las únicas dos componentes que tienen un efecto significativo en el rizado son la resistencia serie y la resistencia zener mostrada en la Figura (h 1 ). Figura (h) Figura (h1) +^ 𝑅𝑆 𝑉𝑅(𝑖𝑛) − FUENTE DE ALIMEN- TACION 𝑅𝐿

𝑉𝑅(𝑜𝑢𝑡) − +^ 𝑅𝑆 𝑉𝑅(𝑖𝑛) − FUENTE DE ALIMEN- TACION

𝑉𝑅(𝑜𝑢𝑡) − 𝑅𝑍 𝑅𝑍 El regulador Zener reduce el rizado. h)Circuito equivalente para señal completo; h1)circuito equivalente para señal simplificado.

Como la Figura (h 1 ) es un divisor de tensión, podemos escribir la siguiente ecuación para el rizado de salida: Los cálculos del rizado no son críticos; es decir, no tienen que ser exactos. Como RS es siempre mucho mayor que RZ en un diseño típico, podemos usar esta aproximaci 6 n para las detecciones de averías y análisis preliminares: