Circuitos elevadores CC

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Circuito elevador CC

Convertidor DC-DC de 1.5V a 15V

Este circuito es esencialmente un convertidor DC-DC elevador (step up), permite obtener 15 voltios de salida a partir de una simple pila de 1.5 voltios (B1) sin necesidad de utilizar transformadores ni circuitos integrados especializados. El corazón del circuito es un oscilador, desarrollado alrededor de dos transistores complementarios (Q1 y Q2), que gobierna una bobina (L1).

Al conectar B1, circula inicialmente una corriente a través de R2 y R1, causando que Q1 y Q2 conduzcan. Como resultado, L1 es atravesada por una corriente que magnetiza progresivamente su núcleo hasta saturarlo. Cuando esto sucede, cesa interiormente el flujo de corriente y el campo magnético que rodea la bobina colapsa, generándose una fuerza contraelectromotriz (fcem) que polariza inversamente la base de Q1. Como resultado, Q1 y Q2 dejan de conducir. El proceso se repite indefinidamente.

La energía de la fcem generada por L1 se rectifica mediante un diodo Schottky (D1) y se almacena en un condensador electrolítico (C1) como un voltaje D.C. Puesto que este voltaje es relativamente alto, mayor de 20V, cualquier voltaje de salida por debajo de este valor puede ser fácilmente obtenido utilizando un diodo zener o un regulador de tres terminales. En este caso se emplea un zener de 15V(D2), pero se puede utilizar otra tensión de referencia dependiendo de las necesidades particulares.

Convertidor.gif

Elementos del circuito

Diodo

Características del diodo semiconductor (el más común)

  • Componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido.
  • Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por una juntura llamada barrera o unión.
  • Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el diodo de germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio
  • El semiconductor tipo N tiene electrones libres (exceso de electrones) y el semiconductor tipo P tiene huecos libres (ausencia o falta de electrones).
  • En corriente directa los electrones del lado N pasan al lado P y pasan más allá del lado P, haciendo que el diodo se comporte como un cortocircuito.
  • En corriente inversa los electrones del lado N son empujados al lado N y los del P al P, haciendo que se cree un circuito abierto

Diodo Schottky

El diodo Schottky tiene las siguientes caracterísitcas:

  • Proporciona conmutaciones muy rápidas entre los estados de conducción directa e inversa
  • Muy bajas tensiones umbral, aproximadamente 0,2 V a 0,4 V
  • Constituido por una unión metal-semiconductor (barrera Schottky)
  • Dificultad de conseguir resistencias inversas relativamente elevadas cuando se trabaja con altos voltajes inversos.


Estas dos caracterísitcas se contradicen:

  • La alta velocidad de conmutación permite rectificar señales de muy altas frecuencias y eliminar excesos de corriente en circuitos de alta intensidad. (Encontrado en la Wikipedia)
  • El diodo Schottky tiene poca capacidad de conducción de corriente en directo (en sentido de la flecha). Esta característica no permiten que sea utilizado como diodo rectificador. Hay procesos de rectificación (por ejemplo fuentes de alimentación) en que la cantidad de corriente que tienen que conducir en sentido directo es bastante grande.(Encontrado en Electrónica Unicorm)


Componenetes del Circuito

Diodo Schottky (ECG584)

Datasheet Diodo Schottky NTE 584

Documentación

Enlace Wikipedia diodo Schottky
Enlace Electrónica Unicorm diodo Schottky
Enlace Wikipedia diodo
Enlace Electrónica Unicorm diodo

Transistor

  • El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador.

Bipolar (o BJT)

  • El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio.
  • Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor.
  • El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el gráfico de transistor.
  • Unión base y colector se llama Jc
  • Unión base y emisor se llama Je
  • Según polarización de estas uniones se trabaja en tres zonas:
    • Activa:
      • La región activa es la normal de funcionamiento del transistor. Existen corrientes en todos sus terminales
      • Je directamente polarizada y Jc inversamente polarizada
      • En general, y a efectos de cálculo, se considera que se verifica lo siguiente: V_{BE} = V_\gamma y I_C = \beta \cdot I_B (donde V_\gamma es la tensión de conducción de la unión base-emisor, en general 0,6 voltios)
      • Otra característica que se cumple en zona activa: I_E = I_C + I_B
    • Saturación:
      • Je directamente polarizada y Jc directamente polarizada
      • Se cumple: V_{BE} = V_{BE_{sat}} y V_{CE} = V_{CE_{sat}}
      • Las tensiones base-emisor y colector-emisor de saturación suelen tener valores determinados (0,8 y 0,2 voltios habitualmente)
      • En saturación circula también corriente por sus tres terminales, pero ya no se cumple la relación: I_C = \beta \cdot I_B
    • Corte:
      • Cuando el transistor se encuentra en corte no circula corriente por sus terminales: I_E = 0
      • Je inversamente polarizada y Jc inversamente polarizada
      • Para polarizar el transistor en corte basta con no polarizar en directa la unión base-emisor del mismo, es decir, basta con que V_{BE} = 0
  • Corriente colector se llama Ic
  • Corriente emisor se llama Ie
  • Vee: potencial conectado al emisor
  • Vcc: potencial conectado al colector
  • La potencia disipada se calcula con la siguiente fórmula: P = V_{CE} \cdot I_C


(Imagen pdf)

Para el transistor NPN:
(Imagen)
En la imagen se ve como la unión NP (emisor/base) está polarizada directamente y la unión PN (base/colector) inversamente. Ahora el transistor está trabajando en la zona Activa.
En este caso la corriente fluye desde el borne negativo al emisor. Los electrones atraviesan la base P debido a que esta base es más estrecha y tiene pocos huecos libres. Al atravesar la base P se dirigen al colector N atraidos por el positivo de la segunda bateria. La corriente entre emisor y colector será grande y en cambio la de la base será muy pequeña.
Según se incrementa la polarización directa va aumentando la corriente del colector, emisor y base.

Para el transistor PNP:
(Imagen)
Aquí lo que se mueven son los huecos que hay en P emisor a P colector, atravesando los electrones de N. Para tener el transistor PNP en la misma situación que el NPN, la bateria va a cambiar de posición para que PN esté en directa y NP en inversa.
El sentido de la corriente exterior va a ser inverso al ser inversos los sentidos del movimiento de huecos y de electrones.



(Colocar bien)
El transistor bipolar basa su funcionamiento en el control de la corriente que circula entre el emisor y el colector del mismo, mediante la corriente de base. En esencia un transistor se puede considerar como un diodo en directa (unión emisor-base) por el que circula una corriente elevada, y un diodo en inversa (unión base-colector), por el que, en principio, no debería circular corriente, pero que actúa como una estructura que recoge gran parte de la corriente que circula por emisorbase.
En la figura 9 se puede ver lo que sucede. Se dispone de dos diodos, uno polarizado en directa (diodo A) y otro en inversa (diodo B). Mientras que la corriente por A es elevada (IA), la corriente por B es muy pequeña (IB). Si se unen ambos diodos, y se consigue que la zona de unión (lo que llamaremos base del transistor) sea muy estrecha, entonces toda esa corriente que circulaba por A (IA), va a quedar absorbida por el campo existente en el diodo B. De esta forma entre el emisor y el colector circula una gran corriente, mientras que por la base una corriente muy pequeña. El control se produce mediante este terminal de base porque, si se corta la corriente por la base ya no existe polarización de un diodo en inversa y otro en directa, y por tanto no circula corriente.
Figura9.png



Ecuacines:

  • I_E + I_B + I_C = 0
  • Parámetro \alpha: \alpha = \frac {I_C}{I_E}
  • Parámetro \beta:  \beta = \frac {I_C}{I_B}
  • Relación entre los dos parámetros: \beta = \frac {I_C}{I_B} = \frac{I_E}{I_E - I_C} = \frac {I_C}{I_E \cdot(1-I_C/I_E)} = \frac {\alpha}{1 - \alpha}
  • En general el parámetro α será muy próximo a la unidad1 (la corriente de emisor será similar a la de colector) y el parámetro β tendrá un valor elevado (normalmente > 100)
  • A partir de las ecuaciones anteriores se puede obtener una más que es útil cuando se trabaja con pequeñas corrientes de polarización, en las que el efecto de la corriente inversa que circula entre colector y base puede no ser despreciable: I_C = \beta I_B + (\beta + 1)I_{C0}

En esta ecuación se ha denominado IC0 a la corriente inversa de saturación de la unión colector-base, la cual, en general se puede aproximar por ICn, y corresponde a la corriente que circularía por dicha unión polarizada en inversa si se deja al aire el terminal de emisor.



Imágenes de referencia:
Tensiones.png
Corriente.png



Curvas características:

JFET

MOSFET

Componentes del Circuito

Transistor BC556 PNP

Datasheet BC556 http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/BC556B-D.PDF

Transistor BC546 NPN

http://itee.uq.edu.au/~elec3400/datashts/BC549.pdf

Documentación

Enlace Electrónica Unicorm transitor
Enlace Wikipedia transistor
Enlace apuntes electrónica
Enlace Apuntes sobre Transistores
http://www.youtube.com/watch?v=aUvVk026cDE&feature=relmfu

Diodo Zener ECG5024

Bobina

Condensador electrolítico

(Falta titulo)

Fuerza contraelectromotriz

Rizado

Articulo Wikipedia del efecto rizado