Grado 1
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Fundamentos de Ingeniería ElectrónicaGrado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática, Tecnologías
Industriales, Ingeniería Mecánica, Ingeniería de la Energía
Sesión 13: Ejercicios con Diodos. Conceptos de Energía y Rendimiento
2
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Índice
Ejercicios con Diodos.● Repaso de teoría● El diodo zener. Regulador de tension con Zener.● Ejemplos.
Concepto de Energía y Rendimiento.● Fuentes de alimentación. Conversor AC/DC● Conceptos básicos.● Parámetros típicos de una fuente de alimentación.● Diagrama de bloques de una fuente de alimentación.
3
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Curva Característica (repaso)
ID
VD
)1( TD
V
V
SD eII
Vg
-Vr
-VZ
–
VD
ID
ÁNODO (zona p)
CÁTODO (zona n)
SD II
D OND OFFD ZENER
D
Tensión de ruptura
Tensión zener Tensión umbral
ID la que
solicite el
circuito
Efecto avalancha
Efecto zener
¿Destrucción?
4
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Modelos de circuito equivalente
(repaso)
ID
VD
Zona 2: Directa y corte
Vg
D OFFA C
ID = 0
0 0
A C
+ -Vg
Fuente de
tensión
D ON
Zona 1: Diodo Ideal
Directa y conducción
VD
ID
0V
D ONVD = 0
ID > 0
Corto
Circuito
A C
CURVA CARACTERÍSTICA REAL
VS. APROXIMACIONES
VDVg
-Vr
-VZ
D OND OFF
D ZENER
inversa directa
ID
Z1Z2Z3Z4
+ –VD
ID
A C
5
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Ej 1: Recortador con 2 diodos
Obtenga VD1, ID1, VD2 y ID2 utilizando la 2ª aproximación del
diodo (caída de tensión constante, Vg = 0.7V en directa) para los
diodos D1 y D2.
R1=5k
Vs=5.7V
+
-
D2
D1
R2=10k
+
+
-5V
+
-
Vo
6
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Ej 1: Recortador con 2 diodos
Obtenga VD1, ID1, VD2 y ID2 utilizando la 2ª aproximación del
diodo (caída de tensión constante, Vg = 0.7V en directa) para los
diodos D1 y D2.
R1=5k
Vs=5.7V
+
-
D2
D1
R2=10k
+
+
-5V
+
-
Vo
7
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Regulador de tensión Zener
VDC
Tensión de
rizado (Vrpp)
t
Vi
Vz
t
VoVD
-VZ
D ZENER
inversaID
8
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Ej. 2: Circuito regulador Zener
Represente las señales Vi(t) y
Vo(t) en función del tiempo, y la
función de transferencia Vo
frente a Vi.
Suponga que aplica en Vi una
tensión sinusoidal de 1kHz y
10Vpp, que las resistencias R y
RL son iguales a 1kΩ, y que el
diodo zener posee una tensión
Vg distinta de 0 V.
9
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
t Media Onda Onda Completa
t
t
VDC
Tensión de
rizado (Vrpp)
t
VDC
t
Fuente de alimentación. Conversor AC-DC
10
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Conceptos de Energía y Rendimiento
La fuente de alimentación convierte la energía eléctrica desde un “generador” a una “carga” que debe ser alimentada con unas “especificaciones” de tensión y corriente
determinadas
GENERADOR DE ENERGÍA ELÉCTRICA
La red alterna de distribución de energía
(Ejemplo: red europea 50 Hz, 230 Vca)
CARGA ELÉCTRICA
Circuitos analógicos y digitales del
sistema electrónico
(Ejemplo: +5V, +3,3V para circuitos digitales)
+
-
iE(t)
+Vcc
0 V
Fuente de
alimentación
+
-
io(t)CARGA
GENERADOR
𝒗𝑬(𝒕) 𝒗𝒐(𝒕)
t
𝒗𝑬
t
Vcc
𝒗𝒐
http://www.cablecom.es/product_info.php?manufacturers_id=16&products_id=439http://www.cablecom.es/product_info.php?manufacturers_id=16&products_id=439
Grado 11
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Conceptos Básicos
La POTENCIA INSTANTÁNEA se expresa en Vatios
(W) y es el producto instantáneo de la tensión y la
corriente
( ) ( )· ( )p t v t i t
La ENERGÍA se expresa en Julios (J) y es la integral
de la potencia instantánea𝐸 =
𝑡1
𝑡2
𝑝(𝑡)
Es la única definición de potencia asociada a la energía eléctrica que se puede transformar
en calor, luz, energía mecánica, etc..
A la potencia media se le conoce como POTENCIA ACTIVA
Si las formas de onda de corriente y tensión son periódicas, se define la POTENCIA
MEDIA como el valor medio de la potencia instantánea
𝑃 =1
𝑇
0
𝑇
𝑝 𝑡 ∙ 𝑑𝑡 =1
𝑇
0
𝑇
𝑣 𝑡 ∙ 𝑖 𝑡 ∙ 𝑑𝑡
Grado 12
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Conceptos Básicos
• POTENCIA INSTANTÁNEA
Ejemplo:
𝑣(𝑡) = 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜 ∙ s𝑒𝑛 𝑡
𝑖(𝑡) =𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜
𝑅∙ s𝑒𝑛 𝑡
𝑝(𝑡) =𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜2
𝑅∙ 𝑠𝑒𝑛2𝑡
R
+
-
i(t)
+
-
𝒗𝑬(𝒕) 𝒗𝒐(𝒕)
𝑣𝐸 𝑡 = 𝑣𝑜 𝑡 = 𝑣(𝑡)
𝐸 =
0
𝑡
𝑣 𝑡 ∙ 𝑖 𝑡 ∙ 𝑑𝑡 =
0
𝑡
𝑅 ∙ 𝑖 𝑡 ∙ 𝑖 𝑡 ∙ 𝑑𝑡 =
0
𝑡
𝑅 ∙ 𝑖 𝑡 2 ∙ 𝑑𝑡 =
0
𝑡𝑣 𝑡 2
𝑅∙ 𝑑𝑡
t
i(t)
t
p(t)
v(t)
0 t
𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜
• ENERGÍA
• POTENCIA ACTIVA (POTENCIA MEDIA)
𝑃 =1
𝑇
0
𝑇
𝑝 𝑡 ∙ 𝑑𝑡 =1
𝑇
0
𝑇𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜2
𝑅∙ 𝑠𝑒𝑛2𝑡 =
1
𝑅∙1
𝑇
0
𝑇
𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜2 ∙ 𝑠𝑒𝑛2𝑡 =
𝑉𝑒𝑓2
𝑅
Grado 13
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Conceptos Básicos
Se diseña con ALTO RENDIMIENTO porque significa: Ahorro energético (menor coste de la energía eléctrica) Aumento autonomía (menor descarga de las baterías) Reducción de las pérdidas
PÉRDIDAS = CALOR
𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝜂 =𝑃0𝑃𝐸=
𝑃0𝑃𝑜 + 𝑃𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠
𝜂 = 50% 𝑃𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 = 𝑃𝑜 Alta temperatura Menor fiabilidad Menor tiempo vida
Necesidad sistemas refrigeración y disipadores Complicación mecánica y coste Tamaño Peso
+Vcc
0 V
Fuente de
alimentación
CARGAGENERADOR
Potencia
entrada𝑃𝐸
Potencia
salida𝑃0
𝑃𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠Pérdidas de
Potencia
Fuente:
http://www.cablecom.es/product_info.php?manufacturers_id=16&products_id=439http://www.cablecom.es/product_info.php?manufacturers_id=16&products_id=439
Grado 14
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Parámetros típicos de una fuente de alimentación
V
I
Una FUENTE IDEAL proporciona una tensión V independientemente de la corriente I que
circule por ella
Ejemplo: la batería de un vehículo
+
-
+
-
+
- ∆ 𝑉𝐵𝐴𝑇∆ 𝐼𝐵𝐴𝑇
= 𝑅𝐵𝐴𝑇Impedancia de salida de la fuente
Una FUENTE REAL proporciona una tensión V que depende de la corriente I que
proporciona
IV
+
-
𝑽𝑩𝑨𝑻
𝑰𝑩𝑨𝑻
𝑹𝑩𝑨𝑻𝑽
14 V
12 V
13 V∆ 𝑉𝐵𝐴𝑇
∆ 𝐼𝐵𝐴𝑇𝑰𝑩𝑨𝑻
𝑽𝑩𝑨𝑻
Grado 15
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Parámetros típicos de una fuente de alimentación
La CALIDAD de la conversión de la fuente de alimentación se mide con:
Factor de regulación de línea
Factor de regulación de carga
(impedancia de salida)
∆ 𝑉𝑜
∆𝐼𝑜
∆ 𝑉𝑜
∆𝑉𝐸
Rizado de tensión máximo admisible ∆ 𝑉𝑜(valor típico menor del 1% del valor de Vo)
t
La fuente de alimentación debe
proporcionar una tensión fija Vo,
independiente de los valores de Io y
+
-
Fuente de
alimentación
+
-
Vo
Io
CARGAVE
∆ 𝑉𝑂
𝑰𝑶
𝑽𝑶
𝑽𝑶∆ 𝑉𝑂
∆ 𝑉𝑂
𝑽𝑶
VE
VE
Grado 16
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Diagrama de bloques de una fuente de alimentación típica
+
-
iE(t)
Fuente de
alimentaciónvE(t)
+
-
vo(t)
io(t)
CARGA
t
vE(t)
t
vo(t)
TRANSFORMADOR
t
t
vE(t)
FILTRORECTIFICADOR
C
t
ALTERNA ALTERNA REDUCIDAALTERNA CON
VALOR MEDIOCONTINUA (CON RIZADO)
R
Estabilizadoró
Reguladorde tensión
t
vo(t)
CONTINUA
Grado 17
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Ejemplo 1
+
-
+
-+
-
N1 N2
50 Hz
230 Vrms
v1(t)v2(t)
vo (t)R=100
D1
D2D3
D4
22
1 N
N
+
-
+
-+
-
N1 N2
50 Hz
230 Vrms
v1(t)v2(t)
vo (t)R=100
D1
D2D3
D4
C R
io(t)
El circuito de la figura permite alimentar desde una fuente de tensión alterna de 230
Vca y 50 Hz, una carga R de 120 Ω con una tensión continua. Suponiendo los
componentes ideales y considerando que el valor de C es suficientemente elevado para
reducir el rizado de la tensión de salida a un máximo de un 5% del valor de la tensión de
pico del secundario, Se pide:
1. Calcular el valor de C
2. Calcular el valor medio de la tensión de salida Vo
3. Calcular la potencia entregada a la carga considerando que la tensión Vo es
continua e igual a su valor medio
Grado 18
http://www. dte.uc3m.es
Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Ejemplo 2
RL=6 kΩ
+
Vo
-
R=1,2 kΩ+
VE
-
-1 mA
-10,1V
-10,05V
-20 mA
0,7 V 1,1 V
IAK
VAK
1 mA
5 mA
Una fuente de tensión continua cuyo calor
varía entre 18 y 24 V alimenta una carga RL
con el circuito de la figura. Sabiendo que la
característica del diodo zener es la
proporcionada, se pide:
1. Determinar el factor de regulación de línea
2. Calcular el rendimiento mínimo del
circuito
3. Calcular la potencia máxima disipada en
todos los elementos del circuito
1 V
-10V
Top Related