El símbolo y el comportamiento de un diodo Zener son los que se muestran en el siguiente esquema: El diodo Zener “encendido” “apagado”(Vz > V > 0V) (Gp:) + (Gp:) Vz
(Gp:) + (Gp:) Vz
(Gp:) + (Gp:) V
El diodo estará “encendido” cuando está polarizado inversamente a un diodo normal, y cuando el voltaje sea superior a Vz. Para que esto suceda, es necesario que la corriente esté en la zona indicada a continuación:
La siguiente representa la curva característica de un diodo Zener: (Gp:) Vz
(Gp:) Izmín
(Gp:) Izmáx
(Gp:) ID (Gp:) VD
(Gp:) Zona de trabajodel diodo Zener
(Gp:) Zona de rupturadel diodo Zener
El diodo Zener
El diodo Zener se utiliza para mantener un voltaje de referen-cia constante, mientras que la corriente que circula a través suyo esté comprendida entre Izmín e Izmáx. (Gp:) Vz (Gp:) RS (Gp:) Ve (Gp:) Iz (Gp:) +
El valor de RS para que el regulador trabaje adecuadamente (sin carga) será: donde RSmín ? RS ? RSmáx. MÁXIMO MíNIMO El diodo Zener
La situación más común es que el circuito opere con carga, tal como se muestra a continuación: Las condiciones de carga pueden variar. El diodo Zener debe mantener sus condiciones de regulación, independiente de la carga. (Gp:) Vz (Gp:) RS (Gp:) Ve (Gp:) Iz (Gp:) + (Gp:) RC (Gp:) I (Gp:) IC
El diodo Zener
Diodos emisores de luz Los diodos más comunes de este tipo son el “diodo emisor de luz”, conocido como “LED” (del inglés: “Light Emitting Diode”) y el de “pantalla de cristal líquido”, o “LCD” (del inglés: “Liquid Crystal Display”). Cuando estos diodos se polarizan en forma directa, se convierten en una fuente de luz debido a una emisión de fotones que se produce en su interior. VD (Gp:) +
ID
El valor de corriente típica de un LED en operación normal es de ID=10-20mA, y el voltaje que cae en el diodo es propio de cada uno (los valores típicos son de alrededor de VD=1,2V). Para calcular adecuadamente el circuito para un LED, debe observarse cuál es su voltaje típico y la corriente de polarización necesaria para obtener una buena emisión: (Gp:) + (Gp:) VD=1,2V (Gp:) ID=20mA (Gp:) VCC= 5V (Gp:) R
Diodos emisores de luz
Rectificador controlado de Silicio (SCR) Introducción Símbolo del SCR El Rectificador Controlado de Silicio (SCR), también conocido como “tiristor”, es de sumo interés en muchas de las aplicaciones actuales, como circuitos de tiempo, fuentes reguladas, control de motores, control de temperatura, etc. Su comportamiento es similar al de un diodo, con la diferencia que cuenta con un tercer terminal, denominado “compuerta”, mediante el cual – además de la polarización directa- se puede establecer cuándo el elemento opera como un circuito abierto o como un circuito cerrado. El símbolo y su composición son: IA A K Cátodo Ánodo Compuerta (Gp:) P (Gp:) N (Gp:) P (Gp:) N
G
Operación de los tiristores Para entender el funcionamiento de un tiristor, puede considerarse el circuito equivalente, al que se le aplica una señal como la indicada: (Gp:) t (Gp:) t1 (Gp:) t2 (Gp:) t3 (Gp:) t4 (Gp:) VG
(Gp:) t1 (Gp:) t2 (Gp:) t3 (Gp:) t4 (Gp:) t (Gp:) VG
(Gp:) +
Cuando el voltaje VG es mayor que VBE2mín, entonces el tiristor conducirá si el voltaje del ánodo es mayor que el del cátodo.
Curva característica de un tiristor El comportamiento de un tiristor puede caracterizarse como: (Gp:) IA
VF (Gp:) IG
(Gp:) IG2
(Gp:) IG1
(Gp:) IG=0
(Gp:) Región de bloqueo directa
(Gp:) Corriente de sostenimiento
(Gp:) Voltaje de corte inverso
(Gp:) VF (Gp:) IA
(Gp:) Voltaje ruptura directo
Apagado de un tiristor Para apagar un tiristor, no basta con desconectar el voltaje de la compuerta. Una forma de hacerlo es aplicando un pulso negativo, como ocurre entre t3 y t4 de la figura anterior. La idea básica para apagar un tiristor es hacer que la corriente que circula a través del mismo sea cero. Esto puede conseguirse de dos formas, tal como se muestra a continuación: (Gp:) INTERRUPCIÓN EN SERIE
(Gp:) IA=0
(Gp:) INTERRUPCIÓN EN PARALELO
(Gp:) IA=0
Apagado de un tiristor El apagado un tiristor también puede hacerse al tratar de hacer circular a través de él una corriente inversa, conocida como “conmutación forzada”. Un forma de lograrlo es como se muestra a continuación: CIRCUITO DE CONMUTACIÓN FORZADA (Gp:) Apagado (Gp:) Apagado
Encen- dido (Gp:) Iapa- gado
TRANSISTOR Q1 (Gp:) + (Gp:) Q1
(Gp:) CIRCUITO DE ENCENDIDO (Gp:) A (Gp:) G (Gp:) K
Aplicaciones del SCR A continuación se verán algunas posibles aplicaciones del tiristor: Interruptor estático (Gp:) A (Gp:) RL (Gp:) R1 (Gp:) K (Gp:) G (Gp:) D1
(Gp:) IL=0
(Gp:) Ve (Gp:) t
(Gp:) IL
(Gp:) RL (Gp:) R1 (Gp:) A (Gp:) K (Gp:) G (Gp:) D1
(Gp:) IG
(Gp:) Previene inversiónen la corriente decompuerta.
Aplicaciones del SCR Otra aplicación del tiristor es: Control de fase de resistencia variable de media onda (Gp:) Ve (Gp:) t
(Gp:) RL (Gp:) R (Gp:) A (Gp:) K (Gp:) G (Gp:) D1 (Gp:) R1
(Gp:) IL
(Gp:) IG
(Gp:) 0°
(Gp:) 90°
El disparo del tiristor debe hacerse entre 0° y 90° (control de fase de media onda con resistencia variable)
Aplicaciones del SCR La última aplicación del tiristor que se verá es: Sistema de alumbrado de emergencia (Gp:) T1 (Gp:) R1 (Gp:) D1 (Gp:) D2 (Gp:) D3 (Gp:) R2 (Gp:) D4 (Gp:) R3 (Gp:) V1 (Gp:) X1 (Gp:) C1
Cuando el sistema funciona normalmente, la lámpara permane-cerá encendida por la tensión continua rectificada. La batería se carga a través de D4. D3 está cortado por-que el cátodo es positivo c/r al ánodo Cuando se interrum-pe la alimentación se dispara D3.
Características del DIAC El DIAC es una combinación paralela inversa de dos terminales de capas semiconductoras, que permiten dispararse en cualquier dirección. A continuación se representan sus características de operación y sus símbolo y estructura típicos: DIACs y TRIACs (Gp:) VF (Gp:) IA
(Gp:) VBR (Gp:) IBR (Gp:) IBR (Gp:) VBR
(Gp:) N1 (Gp:) N2 (Gp:) N3 (Gp:) P1 (Gp:) P2
(Gp:) Ánodo1 (Gp:) Ánodo2
(Gp:) A1 (Gp:) A2
(Gp:) A1 (Gp:) A2
Características del TRIAC El TRIAC es prácticamente un DIAC, pero con un terminal de compuerta para poder controlar las condiciones de encendido. La principal característica es que puede controlar el flujo de corriente en ambos sentidos. Sus características respecto del DIAC cambian en el primer y tercer cuadrante, tal como se muestra a continuación: (Gp:) VF (Gp:) IA
(Gp:) IBR (Gp:) VBR (Gp:) IBR (Gp:) VBR
(Gp:) N4 (Gp:) N2 (Gp:) N1 (Gp:) P2 (Gp:) P1 (Gp:) N3 (Gp:) N5
(Gp:) Ánodo2 (Gp:) Ánodo1 (Gp:) Compuerta
(Gp:) A1 (Gp:) A2 (Gp:) G
Circuito de Aplicación Un circuito bastante común para disparar un TRIAC a través de un DIAC es el que se muestra a continuación: (Gp:) Ve (Gp:) t
(Gp:) R (Gp:) C (Gp:) VC (Gp:) A1 (Gp:) A2 (Gp:) A1 (Gp:) A2 (Gp:) G (Gp:) RL (Gp:) R
(Gp:) IL
(Gp:) IL (Gp:) t