CURSO TALLER

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ACTIVIDAD 17
I. DIODO EMISOR DE LUZ – LED
Un diodo emisor de luz, también conocido como LED (acrónimo del inglés de Light-Emitting
Diode) es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz coherente de espectro reducido
cuando se polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por él una corriente
eléctrica. Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia. El color (longitud de onda),
depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede variar
desde el ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo. Los diodos emisores de luz que
emiten luz ultravioleta también reciben el nombre de UV LED (UltraV'iolet Light-Emitting Diode) y
los que emiten luz infrarroja suelen recibir la denominación de IRED (Infra-Red Emitting Diode).
Las ventajas del LED son:
1. Velocidades extremadamente altas (pocos nanosegundos).
2. Ancho de banda espectral estrecho, centrado próximo al pico de respuesta de
muchos detectores de Si.
3. Bajo costo.
4. Larga vida comparada con las lámparas.
5. Linealidad en un amplio margen en Psalida en función de Ientrada.
6. Adaptable a funcionar con láser coherente.
7. Funcionamiento a baja tensión, lo cual los hace compatibles con circuitos integrados.
8. Variedad de colores.
Las desventajas del LED son:
1. La potencia de salida radiante y la situación del centro de longitud de onda dependen
de la
temperatura.
2. Fácil destrucción por sobretensión o sobrecorriente.
3. Teóricamente no se consigue buen rendimiento excepto con enfriamiento especial o
trabajo intermitente.
4. Ancho de banda óptico grande, comparado al láser.
DIODO ZENER
REGULADORES DE VOLTAJE
DIODO ZENER
Existe otro tipo de diodo, el llamado diodo zener, cuyas características en polarización directa
son semejantes a las del diodo rectificador, pero que en polarización inversa se comporta de
manera diferente, lo que le permite tener una serie de aplicaciones que no posee el diodo
rectificador.
Un diodo zener tiene un voltaje de avalancha relativamente bajo, menor de 100v. Aunque puede
funcionar como rectificador la mayoría de aplicaciones se basan en hacerlo funcionar en la zona
de avalancha, allí el diodo conduce y mantiene un voltaje entre sus terminales que es el voltaje
Zener ( V Z ) o de avalancha. La máxima corriente que puede conducir es
I MAX
P DMAX
VZ
Por ejemplo, para un diodo zener de 1.5 voltios de 1 vatio, la máxima corriente en avalancha es
I MAX
P DMAX
1W
VZ
1 . 5V
66 mA
En la figura 1 se muestra el símbolo de un diodo zener.
Figura 1. Símbolo de diodo zener.
Cuando el diodo zener esta polarizado inversamente, una pequeña corriente circula por él,
llamada corriente de saturación I SAT , esta corriente permanece relativamente constante
mientras se aumenta la tensión inversa hasta que el valor de ésta alcanza V Z , llamada tensión
Zener (que no es la tensión de ruptura zener), para la cual el diodo entra en la región de
avalancha. La corriente empieza a incrementarse rápidamente por el efecto avalancha, como
se muestra en la figura 2. En esta región pequeños cambios de tensión producen grandes
cambios de corriente. El diodo zener mantiene la tensión prácticamente constante entre sus
extremos para un amplio rango de corriente inversa.
Si ahora se va disminuyendo la tensión inversa se volverá a restaurar la corriente de saturación
I SAT cuando la tensión inversa sea menor que la tensión zener. El diodo podrá cambiar de una
zona a la otra en ambos sentidos sin que para ello el diodo resulte dañado, esto es lo que lo
diferencia de un diodo rectificador y es lo que le da al diodo zener su característica especial.
El progresivo aumento de la polarización inversa hace crecer el nivel de corriente y no debe
sobrepasarse un determinado nivel de tensión especificado por el fabricante pues en caso
contrario se dañaría el diodo, además siempre debemos tener en cuenta la máxima potencia
que puede disipar el diodo y trabajar siempre en la región de seguridad.
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Figura 2. Característica I-V de un diodo zener.
Caracteristicas del diodo zener
El diodo zener viene caracterizado por:
1. Tensión Zener V Z .
2. Rango de tolerancia de V Z . (Tolerancia: C: ±5%)
3. Máxima corriente Zener en polarización inversa I MAX .
4. Máxima potencia disipada P DMAX .
5. Máxima temperatura de operación del zener.
1. REGULADOR SIMPLE CON UN DIODO ZENER
El caso más simple es el regulador con un diodo zener, indicado en la figura 3. Si bien el circuito
parece muy sencillo, su diseño requiere cierto cuidado para lograr las mejores condiciones de
operación para el zener y el mejor rendimiento.
La corriente i S entregada por el generador está dada por
iS
iZ
iL
vG
vL
RS
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Figura 3. Circuito simple con diodo zener.
Suponiendo por el momento que v G es constante, vemos que las corrientes por el zener y por
la carga responden a un principio de bascularidad, es decir que la corriente entregada por la
fuente bascula entre el zener y la carga según sea lo requerido por esta última.
Normalmente i L es una variable aleatoria que depende de la carga y de sus condiciones de
operación. Por ejemplo, si la carga fuera un amplificador de audio, la corriente variaría alrededor
de un punto de trabajo conforme va variando la señal. Nos interesa ver cómo varía la corriente
por el zener:
iZ
vG
vL
iL
RS
Si se supone que por especificaciones se debe cumplir que
i L max
iL
i L max
iZ
i L min
Se debe verificar que:
vG
vL
RS
vG
vL
RS
i L min
Para garantizar el funcionamiento del zener es necesario que en la peor condición circule por él
al menos la corriente i Z m in que asegura que la regulación. Esta condición se da para
iL
i L max de donde resulta
i S min
i L max
i Z min
Para esto hace falta que
RS
vG
vL
i L max
iZ
min
Si ahora se permite que la tensión del generador varíe
vG m in
vG
v G m a x , la resistencia
deberá satisfacer la condición anterior aun para el mínimo valor de v G , es decir
RS
v G min
i L max
vL
iZ
min
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Figura 4. Encapsulado de un diodo zener real.
En el medio se consiguen diodos zener con voltaje zener de los siguientes valores: 3.3 – 3.6 –
3.9 – 4.3 – 4.7 – 5.1 – 5.6 – 6.2 – 6.8 – 7.5 – 8.2 – 9.1 – 10 – 11- 12 – 15 – 16 – 18 - 20 – 22 –
24 – 27 – 30 y 33 voltios a unas potencias de 0.4 – 1 – 5 – 10 y 50 vatios.
REGULADORES INTEGRADOS DE VOLTAJE
Los circuitos electrónicos deben funcionar, en su gran mayoría, con voltajes DC, y por ello es
primordial que posean una etapa electrónica llamada fuente de alimentación o fuente de poder,
la cual transforma el voltaje de 220 AC de la red eléctrica domiciliaria en voltaje DC. La fuente de
poder o Power Supply es diseñada de muchas formas según el requerimiento específico del
equipo, su uso o complejidad. Es por esto que a la hora de realizar cualquier circuito electrónico
práctico, el diseñador debe necesariamente realizar una fuente de alimentación acorde a las
necesidades del circuito. Una tecnología muy común en es el uso de Reguladores de Voltaje
Integrados Estos dispositivos de gran utilidad aúnan todas las ventajas de una fuente de
alimentación en un solo encapsulado, reduciendo el problema de diseños discretos con zener y
transistores u otros componentes. En la figura 5 se muestra la función de un regualdor de
voltaje
Figura 5. Función de un regualdor de voltaje.
En esta tecnología encontramos Reguladores Integrados Fijos y variables, y según su conexión
con la salida, se pueden conectar en serie y/o paralelo.
REGULADORES FIJOS DE LA FAMILIA 78XX Y 79XX
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En la mayoría de las aplicaciones se requiere una tensión fija y estable de un determinado valor.
Una de las familias de reguladores ideales para este tipo de necesidades es la 78xx, de salida
positiva, y ground o common a negativo, y 79xx, de salida negativa y ground positivo. El
fabricante utiliza los códigos que se muestran en la figura 6, relacionados con estos integrados
IC (Integrated Circuit):
Figura 6. Reguladores de voltaje fijos de +5v y -5v.
Las primeras letras (LM) corresponden al código que indica el fabricante y los dos número
finales (05) corresponden al voltaje de salida. Puede haber una última letra (T) que indica un
código adicional referido al tipo de cápsula o case (package de aluminio, epoxy o acero) que
tiene relación con la potencia y corrientes del integrado. Los voltajes de salida se encuentran en
forma escalonada, como se muestra en la figura 7, aún cuando existen fabricantes que
construyen modelos con otros rangos de voltajes.
Figura 7. Reguladores de voltaje fijos existentes.
La conexión típica de un regulador de esta familia se muestra en la figura 8:
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Figura 7. Conexión típica de reguladores de voltaje fijos.
Como se observa, sólo fueron agregados dos capacitores al circuito integrado, C1, que se halla
a la entrada del regulador, filtra la tensión de posibles transitorios y ruidos de RF
(radiofrecuencia), mientras que C2, que se encuentra a la salida, disminuye la posible tensión
de rizado que pudiera haber reforzando además la acción de C1. En cuanto a la tensión de
entrada, se puede mencionar que puede ser de un rango muy amplio, como se aprecia. Por
ejemplo, si el regulador elegido es uno de nueve volts (LM7809), la tensión de entrada podrá ser
de entre 12 y 39 voltios.
En la figura 8 se muestra el tipo de encapsulado típico en los reguladores de voltaje fijos.
Figura 8. Encapsulado de reguladores de voltaje fijos.
Un ejemplo de la aplicación de un regulador en una fuente de voltaje de 12 volts, es el siguiente
circuito.
Figura 9. Fuente de 12 voltios regulada.
REGULADORES VARIABLES LA FAMILIA LM317 Y LM337
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Existen algunos reguladores en los que se puede ajustar la tensión de salida (Vs) mediante una
resistencia variable, como el LM317 que se muestra en la figura 10.
Figura 10. Regulador variable LM 317.
Los reguladores de la familia LM317 – LM338 y LM350 son de voltaje positivo y los de la familia
LM337 son de voltajes negativos.
Figura 11. Distribución de pines del Regulador variable LM 317.
Documento editado por: docente Ing. Iván Mora
Documento revisado por: docente Ing. Álvaro Ospina
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