Este documento presenta los objetivos y contenidos de la Unidad III sobre diodos y sus aplicaciones. Los objetivos incluyen conocer los tipos de aproximaciones de diodos, identificar símbolos de diodos, reconocer cómo afecta la frecuencia, interpretar hojas de especificaciones, y analizar rectificadores y otras aplicaciones. Los contenidos cubren circuitos equivalentes de diodos, capacitancias, tiempo de recuperación, potencia de disipación, hojas de especificaciones, rectificadores de media onda y onda completa, recortadores, sujet

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Unidad III. Diodos (Aplicaciones)
Objetivos:
• Conocer los distintos tipos de aproximaciones que existen y para qué casos se utilizan.
• Reconocer el símbolo e identificar las terminales de un diodo.
• Reconocer diodos en varias configuraciones físicas.
• Explicar cómo afecta la frecuencia los circuitos que involucran componentes
semiconductores.
• Adquirir la destreza para la interpretación de hojas de especificaciones de dispositivos
electrónicos.
• Explicar y analizar la operación de rectificadores de media onda.
• Explicar y analizar la operación de rectificadores de onda completa.
• Analizar diferentes aplicaciones de los diodos.
• Determinar con propiedad si un diodo está dañado o no.
Contenidos:
2.7 Circuitos equivalentes del diodo.
2.8 Capacitancias de Difusión y Transición.
2.9 Tiempo de recuperación en inversa (trr).
2.10 Potencia de disipación.
2.11 Hojas de especificaciones de semiconductores
2.12 Rectificadores de media onda y onda completa
2.13 Recortadores.
2.14 Sujetadores
2.15 Detección de fallas en diodos.

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2.7 Circuitos equivalentes del diodo.
Un circuito equivalente es una combinación de elementos apropiadamente seleccionados para
que representen las características terminales reales de un dispositivo o sistema en una región en
particular.
El modelo ideal de un diodo es adecuado en la mayoría de las situaciones de detección de
fallas para determinar si el diodo está trabajando apropiadamente. Sin embargo, es la
aproximación menos precisa. En ella el diodo se representa mediante un interruptor simple.
Se desprecian la resistencia dinámica y la corriente de polarización en inversa.
El modelo práctico es más utilizado en el análisis de circuitos. Incluye una caída de 0,7 V en
condiciones de polarización en directa a través del diodo en estado de conducción. En esta
condición el diodo equivale a un interruptor cerrado en serie con una pequeña fuente de voltaje
equivalente al voltaje de umbral o disparo.
El modelo completo del diodo es una aproximación más precisa que incluye el voltaje de
umbral (potencial de barrera) la resistencia dinámica de polarización en directa y la gran
resistencia interna de polarización en inversa, ya que ésta proporciona una trayectoria para la
corriente de polarización en inversa Is.

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Ejemplos:
1. Para el siguiente circuito y para cada uno de los modelos equivalentes del diodo
determine:
a. El voltaje en polarización directa
b. La corriente en polarización directa
c. El voltaje a través del resistor limitador si !! = 10 Ω
2. Si el diodo en el circuito anterior se polariza en inversa
a. Calcule Is
b. El voltaje en inversa
c. La caída en el resistor limitador si la corriente a través del circuito es
!! = 1!".

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2.8 Capacitancias de Difusión y de Transición.
Todo dispositivo eléctrico o electrónico es sensible a la frecuencia, o sea que sus
características puden cambiar con la frecuencia aplicada. En el diodo hay dos efectos capacitivos
que tienen que ser considerados. Ambos tipos están presentes en las regiones de polarización en
directa o en inversa, pero uno predomina sobre el otro en cada región.
En la región de polarización en inversa se tiene una Capacitancia de Transición o de región de
empobrecimiento (CT) en tanto que en la región de polarización en directa tenemos la
capacitancia de almacenamiento o de difusión (CD). En la región de polarización en inversa hay
una región de empobrecimiento (libre de portadores) que se comporta como un aislante entre las
capas de cargas opuestas. Como el ancho de la región de empobrecimiento se incrementa con el
potencial de polarización en inversa, se reduce a capacitancia de trasición. Recuerde que la
cpacitancia depende del potencial de polarización en inversa aplicado.
2.9 Tiempo de recuperación en inversa.
En el estado de polarización en directa se demostró que hay una gran cantidad de electrones
del material tipo ! que avanzan a través del material tipo !, lo cual es necesario para la
conducción. Los electrones del material tipo ! y los huecos en el material tipo ! lo cual es un
requisito par ala conducción. Si el voltaje aplicado se tiene que invertir para establecer una
condición de polarización inversa, el diodo no cambia instantáneamente. Gracias al gran número
de portadores minoritarios en cada material, la corriente en el diodo se invierte como se muestra
en la siguiente figura:

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En esencia, existe un intervalo !! (tiempo de almacenamiento) requerido para que los
portadores minoritarios regresen a su estado de portadores mayoritarios en el material opuesto. el
diodo permanece en estado de corto circuito con una corriente !!"#$%&' determinada por los
parámetros de la red. Con el tiempo cuano esta fase ha pasado la corriente se reduce al nivel de
no conducción. Este segundo lapso está denotado por !! (intervalo de transición). El tiempo de
recuperación inversa !!! es:
!!! = !! + !!
Esta consideración es muy importante para aplicaciones de conmutación de alta velocidad.
2.10 Potencia de disispación.
Según el tipo de diodo que se esté condidereando, es posible que también se den más datos
como intervalo de frecuencia, nivel de ruido, tiempo de conmutación, etc. El coeficiente de
disipación o potencia máxima está dado por:
!! = !!!!
2.11 Hojas de especificaciones de semiconductores.
Normalmente, los fabricantes proporcionan datos sobre dispositivos semiconductores
específicos. Con frecuencia dan una descripción breve, en otra proporcionan un examen
completo mediante gráficas, material gráfico, tablas, etc. Entre ellas se incluyen:
1. El voltaje en directa (a una corriente y temperatura especificadas) VF
2. La corriente máxima en directa (a una temperatura especificada) IF
3. La corriente de saturación en inversa (a un voltaje y temperatura expecificados) IR
4. El valor nominal del voltaje inverso.

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Recuerde que la curva característica tensión-corriente de los diodos no es lineal por lo cual
algunas de las técnicas de análisis de circuitos podrían no se adecuadas para ananlizar circuitos
con diodos; además, las características de un diodo semiconductor pueden variar de un elemento
al siguiente en el mismo lote. Esta variación puede se leve, pero es obvio que existe una
tolerancia que debe ser considerada. Los métodos gráficos constituyen un enfoque para analizar
circuitos con elementos no lineales.
El análisis por medio de la recta de carga muestra la intersección entre la curva aproximada
del dispositivo y la pendiente debida a la resistencia del circuito, lo cual define la solución para
la red, así como los niveles de corriente y voltaje. Dicha intersección llamada punto de operación
del circuito o punto quiesciente Q, se determina aplicando la ley de voltajes de Kirchhoff:
! = !! + !!R
Otra forma de ver la recta de carga:

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Ejemplos:
Hallar el punto de trabajo para el circuito de la figura si tiene la curva característica mostrada
y el voltaje E = Vss = 3 V y R= 200 Ω

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2.12. Rectificadores de media onda y onda completa:
Por su capacidad para conducir corriente en una dirección y bloquearla en otra, se utilizan
diodos en circuitos llamados rectificadores que convierten voltaje de ca en voltaje de cd. Todos
los dispositivos electrónicos activos requieren una fuente de cd constante que provenga de una
batería.
Operación de un rectificador de media onda.
Para un diodo real típico, la tensión de salida es algo menor que la de la fuente en
aproximadamente 0,7 V a temperatura ambiente.

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Rectificador de media onda con condensador de filtrado.
A menudo se desea convertir una tensión alterna en una tensión continua casi constante, que
se utilizará como fuente de alimentación para circuitos electrónicos. Una forma de lograrlo es
situar una gran capacitancia en las terminales de salida de éste. A causa del ciclo de carga-
descarga, la tensión de la carga tiene una pequeã componente de alterna, llamad rizado. En
general es aconsejable minimizar el rizado por lo que se elige el valor de capacitancia más
grande posible. Así se obtiene una ecuación para determinar la capacitancia del circuito.
! =
!!!
!!
La tension media que se proporciona a la carga está aproximadamente entre las tensiones
máxima y mínima:
!! = !! −
!"
2

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Recuerde la importancia de la tensión inversa de pico. La especificación de tensión de ruptura
debe ser de mayor valor que el PIV. Por ejemplo par el circuito anterior la tensión inversa de
pico debido al condensador de filtrado se incrementa hasta 2Vm.
El voltaje salida promedio en un rectificador de media onda es el valor que se mediría con un
voltímetro de cd. Matemáticamente es:
!!"#$ =
!!
!
= 0,38 !!
Rectificador de onda completa o de doble onda.
Un rectificador de onda completa permite corriente unidireccional (en un sentido) a través de
la carga durante todo el periodo. El resultado de la rectificación de onda completa es un voltaje
de salida con una frecuencia del doble de la frecuencia de entrada y que pulsa cada semiciclo de
entrada.
El número de alternaciones positivas que conforman el voltaje rectificado de onda completa
es dos veces el del voltaje de media onda durante el mismo intervalo. El valor promedio (medido
con un voltímetro de cd) de un voltaje senoidal rectificado de onda completa es dos veces el de
media onda.
!!"#$ =
2!!
!
= 0,637 !!
Rectificador de onda completa con derivación central
Se puede utilizar un transformador de
toma intermedia y dos diodos, los cuales
conducen en semiciclos alternos. Además
el transformador aisla a la carga de la
línea, el problema es que el circuito se
vuelve más voluminoso y más caro. El
voltaje de entrada se acopla a través del
transformador al secundario con
derivación central.

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El voltaje de pico inverso nominal de cada diodo debe ser:
PIV = 2!!(!"#) + 0,7!
Rectificador puente.
Utiliza cuatro diodos y permite la conducción de dos de ellos en cada semiciclo. Debido a ello
el voltaje de salida es:
!!(!"#) = !!(!"#) − 1,4 !.
El voltaje de pico inverso es:
!"# = !!(!"#) + 0,7 !
Observe que el voltaje pico inverso nominal de los diodos de puente es menor que el
requerido para la configuración cond derivación central.

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A continuación se muestra la comparación de los voltajes de rizo correspondientes a voltajes
rectificados de media onda y onda completa con el mismo filtro como capacitor de carga, y
derivados del mismo voltaje de entrada senoidal.

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El factor de rizo es una indicación de la efectividad del filtro y se define como:
! =
!! (!!)
!!"
Mientras los filtros pueden reducir el rizo o fluctuación de las fuentes de alimentación a
un valor bajo, el método más efectivo es una combinación de filtro de entrada con capacitor
utilizado como regulador de voltaje. La mayoría de los reguladores son circuitos integrados de
tres terminales: una de entrada, una de salida y una de referencia y además cuentan con una
referencia de voltaje interno, protección contra cortocircuitos y circuitos de interrupción térmica.
Están disponibles en variedad de voltajes, incluidas salidas positivas y negativas. Además
proporcionan una corriente de uno o más amperes con un alto rechazo a los rizos.

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Circuitos limitadores (recortadores) y sujetadores con diodos.
Los recortadores son redes que emplean diodos para "recortar" una parte de una señal de
entrada sin distorsionar la parte restante de la forma de onda aplicada.

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Un sujetador es una red compuesa de un diodo, un resistor y un capacitor que desplaza una
forma de onda a un nivel de cd diferente sin cambiar la apariencia de la señal aplicada.
Una red sujetadora tiene un capacitor conectado directamente desde la entrada hasta la salida
con un elemento resistivo en paralelo con la señal de salida. El diodo también está en paralelo
con la señal de salida pero puede tener o no una fuente de cd en serie como elemento agregado.
Ejemplo de una red sujetadora con una entrada senoidal.

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Notación para diodos semiconductores:
En la mayoría de los diodos de cualquier marca, ya sea un punto o una banda, aparece en el
cátodo. El ánodo se refiere al potencial positivo y al cátodo a la terminal negativa.

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Ejercicio:
Para cada una de las medidas que aparecen en los multímetros determine si los diodos de los
siguientes circuitos están funcionando apropiadamente.