path: root/ffi/n3.lyx

#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/
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\begin_body

\begin_layout Standard
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
def
\backslash
represent#1{
\backslash
begin{circuitikz}
\backslash
draw (0,0) to[#1] (2,0);
\backslash
end{circuitikz}}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
def
\backslash
show#1{
\backslash
begin{center}
\backslash
represent{#1}
\backslash
end{center}}
\end_layout

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Standard
Un 
\series bold
semiconductor
\series default
 es un material que conduce o no la electricidad dependiendo de su estado.
 Para fabricar dispositivos electrónicos con semiconductores podemos usar
 silicio, germanio o arseniuro de galio.
 Tipos:
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Intrínseco
\series default
 o 
\series bold
puro
\series default
: Cada par de átomos forma un enlace covalente con los 4 átomos cercanos
 (disposición tetraédrica).
 La concentración de huecos (
\begin_inset Formula $n_{p}$
\end_inset

) (zonas sin electrón con carga 
\begin_inset Formula $+|e|$
\end_inset

) es igual a la de electrones libres (
\begin_inset Formula $n_{i}$
\end_inset

), y ambos contribuyen al flujo de corriente.
 A 
\begin_inset Formula $\unit[0]{K}$
\end_inset

 no hay electrones libres, pero a 
\begin_inset Formula $\unit[300]{K}$
\end_inset

 los electrones libres permiten flujo de corriente si se aplica una diferencia
 de potencial, y así a mayor temperatura más rápido se generan electrones
 libres y huecos.
 La 
\series bold
recombinación
\series default
 consiste en que el hueco y el electrón libre se combinan en un enlace covalente.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Extrínseco
\series default
 o 
\series bold
impurificado
\series default
.
\end_layout

\begin_deeper
\begin_layout Itemize
Tipo 
\series bold
N
\series default
: Con impurezas donantes de electrones.
 Los portadores 
\series bold
mayoritarios
\series default
 son los electrones y los 
\series bold
minoritarios
\series default
 los huecos.
 
\begin_inset Formula $n_{i}=n_{p}+N_{D}$
\end_inset

, donde 
\begin_inset Formula $N_{D}$
\end_inset

 es la concentración de átomos donantes.
\end_layout

\begin_layout Itemize
Tipo 
\series bold
P
\series default
: Con impurezas que aceptan electrones (aportan huecos).
 Los portadores mayoritarios son los huecos y los minoritarios los electrones.
 
\begin_inset Formula $n_{p}=n_{i}+N_{A}$
\end_inset

, donde 
\begin_inset Formula $N_{A}$
\end_inset

 es la concentración de átomos aceptadores.
\end_layout

\end_deeper
\begin_layout Standard
Una 
\series bold
unión pn
\series default
 es un cristal semiconductor con impurezas con las que se obtiene una zona
 P y una N, de modo que, por el elevado gradiente, en la unión se forma
 una 
\series bold
zona de deplexión
\series default
 o 
\series bold
de carga espacial
\series default
 en la que los átomos están cargados negativamente al lado de la zona P
 y positivamente al lado de la zona N.
 El efecto de esta zona es una barrera de potencial que impide la circulación
 de electrones.
\end_layout

\begin_layout Standard
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
begin{center}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
begin{tikz}[scale=.7]
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
draw (1,0) -- (5,0) -- (5,2.5) -- (1,2.5) -- (1,0) (3,2.5) -- (3,0) (0,1.25)
 -- (1,1.25) (5,1.25) -- (6,1.25) (1.5,1.25) node{P} (2.5,0.4) node{$-$} (2.5,1.25)
 node{$-$} (2.5,2.1) node{$-$} (4.5,1.25) node{N} (3.5,0.4) node{$+$} (3.5,1.25)
 node{$+$} (3.5,2.1) node{$+$};
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
end{tikz}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
end{center}
\end_layout

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Section
El diodo
\end_layout

\begin_layout Standard
Un 
\series bold
diodo
\series default
 es un dispositivo semiconductor con dos terminales, 
\series bold
ánodo
\series default
 y 
\series bold
cátodo
\series default
, y que, mediante una unión pn, ofrece una baja resistencia cuando los electrone
s van del ánodo (N) al cátodo (P) (polarización 
\series bold
directa
\series default
) y una alta resistencia en la otra polarización (
\series bold
inversa
\series default
).
\end_layout

\begin_layout Standard
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
show{Do}
\end_layout

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Standard
Cuando el diodo se conecta en polarización directa, la zona de carga espacial
 se estrecha y permite el flujo de portadores mayoritarios.
 Los electrones pasan de la zona n a la p, donde pasan a ser minoritarios
 y se combinan con los huecos existentes, y la corriente total corresponde
 a la suma de la corriente debida a los electrones y la debida a los huecos.
\end_layout

\begin_layout Standard
Si se conecta en polarización inversa, la tensión aumenta la zona de carga
 espacial y la corriente está formada por portadores minoritarios, que como
 son pocos dan lugar a una co
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
-
\end_layout

\end_inset

rrien
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
-
\end_layout

\end_inset

te pequeña, independiente de la tensión aplicada.
 Sin embargo, como la concentración de minoritarios depende de la temperatura,
 conforme esta aumenta también aumenta el valor de la corriente inversa.
 Si la tensión inversa es suficientemente alta el campo eléctrico puede
 romper los enlaces covalentes, produciendo gran cantidad de pares hueco-electró
n y por tanto un gran flujo de corriente inversa, a partir de lo que llamamos
 la 
\series bold
zona de ruptura
\series default
.
\end_layout

\begin_layout Section
Modelos
\end_layout

\begin_layout Standard
La gráfica V-I de un diodo típico es la siguiente:
\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Graphics
	filename pegado2.png
	scale 50

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Standard
Llamamos 
\begin_inset Formula $V_{r}$
\end_inset

 a la 
\series bold
tensión de ruptura
\series default
 (negativa), a partir de la cual está la 
\series bold
zona de ruptura
\series default
 o 
\series bold
de avalancha
\series default
, y llamamos 
\begin_inset Formula $V_{f}$
\end_inset

 a la 
\series bold
tensión umbral
\series default
, donde está la asíntota vertical en la zona de polarización directa de
 la gráfica.
\end_layout

\begin_layout Standard
La 
\series bold
ecuación de Shockley
\series default
 del diodo es 
\begin_inset Formula $i_{D}=I_{S}(e^{\frac{v_{D}}{nV_{T}}}-1)$
\end_inset

, donde 
\begin_inset Formula $I_{S}$
\end_inset

 es la 
\series bold
corriente de saturación inversa
\series default
, 
\begin_inset Formula $n$
\end_inset

 es el 
\series bold
coeficiente de emisión
\series default
, entre 1 y 2, y 
\begin_inset Formula $V_{T}=\frac{kT}{q}$
\end_inset

 es la 
\series bold
tensión térmica
\series default
, donde 
\begin_inset Formula $k$
\end_inset

 es una constante, 
\begin_inset Formula $T$
\end_inset

 es la temperatura y 
\begin_inset Formula $q$
\end_inset

 no sé lo que es.
\end_layout

\begin_layout Standard
El 
\series bold
diodo ideal
\series default
 es aquel que en polarización directa actúa como un cortocircuito (
\begin_inset Formula $R=0$
\end_inset

) y en polarización inversa actúa como un circuito abierto (
\begin_inset Formula $R=+\infty$
\end_inset

).
 Para análisis con diodos ideales, primero suponemos cuáles están en corte
 y en conducción, y si 
\begin_inset Formula $i_{D}$
\end_inset

 es positiva en los diodos en conducción y 
\begin_inset Formula $V_{D}$
\end_inset

 negativa en aquellos en corte, la suposición es correcta, y de lo contrario
 hay que cambiarla.
\end_layout

\begin_layout Standard
Otro modelo similar al del diodo ideal es modelo con caída de potencial,
 que se diferencia del diodo ideal en que en polarización directa se produce
 una caída de potencial fija, normalmente alrededor de 
\begin_inset Formula $\unit[0.7]{V}$
\end_inset

.
\end_layout

\begin_layout Standard
El 
\series bold
modelo completo
\series default
 del diodo es como sigue:
\end_layout

\begin_layout Standard
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
begin{center}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
begin{circuitikz}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
draw (0,0) -- (1,0) to[R=$R_f$] (2.5,0);
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
draw (4,0) to[battery, l=$V_{0n}$,mirror] (2.5,0);
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
draw (4,0) to[D*, l=Ideal] (5.5,0) -- (6.5,0);
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
draw (5.5,0) -- (5.5,2) to[R=$R_r$] (1,2) -- (1,0);
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
end{circuitikz}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
end{center}
\end_layout

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Section
Tipos
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
LED
\series default
 (
\emph on
Light-Emitting Diode
\emph default
): Al ser atravesado por una corriente emite una cantidad de luz proporcional
 a la cantidad de corriente que circula, cuya longitud de onda depende del
 material.
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
show{leDo}
\end_layout

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Fotodiodos
\series default
: Si se polarizan en inversa y reciben luz, la intensidad de corriente es
 proporcional a la cantidad de luz incidente.
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
show{pDo}
\end_layout

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Itemize
Diodos 
\series bold
Schottky
\series default
: Conmutación rápida, usada en aplicaciones de alta frecuencia.
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
show{sDo}
\end_layout

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Itemize
Diodos 
\series bold
Zener
\series default
: Capaces de trabajar en la zona de ruptura inversa.
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
show{zzDo}
\end_layout

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Section
Circuitos rectificadores
\end_layout

\begin_layout Standard
Un 
\series bold
circuito rectificador
\series default
 o 
\series bold
convertidor AC-DC
\series default

\begin_inset Foot
status open

\begin_layout Plain Layout
Viva el 
\emph on
rock 'n' roll
\emph default
.
\end_layout

\end_inset

 es aquel que convierte corriente alterna en corriente continua.
 Está formado por un transformador, que reduce el voltaje de la corriente
 alterna, un trafo, que hace que el sentido de la corriente resultante sea
 siempre el mismo, y un condensador, paralelo a la carga, que 
\begin_inset Quotes cld
\end_inset

suaviza
\begin_inset Quotes crd
\end_inset

 la salida del trafo para obtener una corriente prácticamente continua.
 Tipos de rectificador según el trafo (se muestra la imagen del trafo):
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
De media onda
\series default
.
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
begin{center}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
begin{circuitikz}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
draw (0,0) to[sI=$V_p
\backslash
sin(
\backslash
omega t)$] (0,1.5) to[Do] (2,1.5) to[R=$R_L$] (2,0) -- (0,0);
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
end{circuitikz}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
end{center}
\end_layout

\end_inset

El valor medio de la tensión es 
\begin_inset Formula $V_{out(DC)}=\frac{V_{p}}{\pi}$
\end_inset

, la tensión eficaz resultante es 
\begin_inset Formula $V_{out(rms)}=\frac{1}{2}V_{m}$
\end_inset

, y 
\begin_inset Formula $\omega_{out}=\omega_{in}$
\end_inset

.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
De onda completa con trafo de toma intermedia
\series default
.
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
begin{center}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
begin{circuitikz}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
draw (0,0) node[transformer core](T){}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

(T.A2) -- ($(T.A2)+(-1,0)$) to[sI] ($(T.A1)+(-1,0)$) -- (T.A1)
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

(T.B2) to[Do] ($(T.B2)+(3,0)$) to ($(T.B1)+(3,0)$)
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

(T.B1) to[Do] ($(T.B1)+(3,0)$)
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

($0.5*(T.B1)+0.5*(T.B2)+(-0.5,0)$) to ($0.5*(T.B1)+0.5*(T.B2)+(0.5,0)$) node[ground]{}
 to[R=$R_L$] ($0.5*(T.B1)+0.5*(T.B2)+(3,0)$);
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
end{circuitikz}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
end{center}
\end_layout

\end_inset

El valor medio de la tensión es 
\begin_inset Formula $V_{out(DC)}=\frac{2V_{p}}{\pi}$
\end_inset

, la tensión eficaz resultante es 
\begin_inset Formula $V_{out(rms)}=\frac{1}{\sqrt{2}}V_{m}$
\end_inset

, y 
\begin_inset Formula $\omega_{out}=2\omega_{in}$
\end_inset

.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
De onda completa con puente de diodos
\series default
.
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
begin{center}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
begin{circuitikz}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
draw (3.5,0) -- (0,0) to[sI] (0,3) -- (3.5,3)
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

(1,1.5) (1,1.5) node[ground]{} -- (2,1.5) to[Do] (3.5,3) to[Do] (5,1.5)
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

(2,1.5) to[Do] (3.5,0) to[Do] (5,1.5)
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

(5,1.5) to[R=$R_L$] (2,1.5);
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
end{circuitikz}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
end{center}
\end_layout

\end_inset

Similar al de onda completa con trafo de toma intermedia, pero la corriente
 soportada por cada diodo es aproximadamente la mitad y el transformador
 usado es más barato, por lo que se reduce el precio del sistema.
\end_layout

\begin_layout Standard
El diodo sólo conduce cuando la tensión de entrada sea superior a la mantenida
 por el condensador.
 Obtenemos una componente continua y sobre ella una componente alterna,
 cuyo rizado máximo es 
\begin_inset Formula $Q=V_{r}C=It\implies V_{r}=\frac{I}{f_{out}C}$
\end_inset

, y en valor eficaz, 
\begin_inset Formula $V_{r(ef.)}=\frac{I}{2\sqrt{2}Cf_{out}}$
\end_inset

.
\end_layout

\begin_layout Section
Circuitos recortadores
\end_layout

\begin_layout Standard
Recortan una porción de la señal de entrada cuando la tensión es mayor o
 menor que un límite, que depende de la diferencia de potencial producida
 por cada batería más diodo.
\end_layout

\begin_layout Standard
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
begin{center}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
begin{circuitikz}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
draw (0,3) to[american voltage source,l=$v_{in}$] (0,0) (0,3) to[R=$R$]
 (2,3) to[short,-o] (4,3)
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

(0,0) to[short,-o] (4,0)
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

(2,3) to[Do] (2,1.5) (2,0) to[battery] (2,1.5)
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

(3,3) to[battery] (3,1.5) (3,0) to[Do] (3,1.5)
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

(4,1.5) node{$v_{out}$};
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
end{circuitikz}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
end{center}
\end_layout

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Standard
Para analizar circuitos recortadores, comprobamos qué condición se tiene
 que cumplir para que el primero conduzca, el segundo conduzca y no conduzca
 ninguno.
 Para ello vemos que, si no hay nada conectado, 
\begin_inset Formula $v_{in}=v_{out}$
\end_inset

.
 A continuación, para cada caso, obtenemos 
\begin_inset Formula $v_{out}$
\end_inset

 en el circuito.
\end_layout

\begin_layout Section
Diodos Zener
\end_layout

\begin_layout Standard
Estos trabajan entre 
\begin_inset Formula $I_{mín}$
\end_inset

, la intensidad correspondiente a 
\begin_inset Formula $V_{r}$
\end_inset

, e 
\begin_inset Formula $I_{máx}$
\end_inset

, la intensidad correspondiente a la 
\series bold
ruptura Zener
\series default
, 
\begin_inset Formula $V_{z}<V_{r}$
\end_inset

.
 Por seguridad nos mantenemos entre 
\begin_inset Formula $0.9\cdot I_{mín}+0.1\cdot I_{máx}$
\end_inset

 y 
\begin_inset Formula $0.1\cdot I_{mín}+0.9\cdot I_{máx}$
\end_inset

.
 Podemos modelarlo como sigue:
\end_layout

\begin_layout Standard
\begin_inset ERT
status open

\begin_layout Plain Layout


\backslash
begin{center}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
begin{circuitikz}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
draw (0,1) -- (1,1) 
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

(1,0) -- (1,2) to[D*] (2.5,2)
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

(4,0) -- (4,2) to[battery] (2.5,2)
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

(4,0) to[D*] (1,0)
\end_layout

\begin_layout Plain Layout

(5,1) -- (4,1);
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
end{circuitikz}
\end_layout

\begin_layout Plain Layout


\backslash
end{center}
\end_layout

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Standard
Estos diodos se usan para mantener una tensión prácticamente constante en
 un punto, y funcionan consumiendo la energía sobrante.
\end_layout

\end_body
\end_document