Llega la bombilla digital

Las nuevas lámparas cambian el filamento o el halógeno por un chip. En septiembre llegarán a España las primeras unidades, que fabrican Toshiba, Philips y General Electric

Después de 130 años alumbrando el mundo, ha llegado el momento del relevo para las bombillas incandescentes. Desde que Thomas A. Edison inventara la primera lámpara en 1879, su tecnología ha cambiado poco: una corriente eléctrica pasa por un filamento que, al calentarse, ilumina a su alrededor. Su escasa eficiencia (el 73% de la energía que liberan es en forma de calor y sólo el 8% en luz) las había condenado.

Ahora, en una esperada unión entre tecnología y electricidad, llegan unas bombillas que no llevan ni alambre ni gas en su interior, sino un chip. Son diez veces más eficientes y duran una eternidad, pero también diez veces más caras. Aunque aún no hay precios disponibles, el coste de un bombilla podría estar entre 30 y 60 euros.

El fabricante de ordenadores Toshiba presentó hoy en Madrid sus bombillas E-core. Por fuera parecen las de toda la vida, pero por dentro recuerdan más a un ordenador que a una lámpara. Una placa con chips de un material semiconductor como el silicio está conectada a un cable. Al ser atravesada por la corriente, emite luz. Es lo que se conoce como tecnología LED (diodo emisor de luz, en inglés). Aunque conocida desde los años sesenta, su escaso desarrollo la había arrinconado a servir de chivato de encendido de los aparatos electrónicos.

Son diez veces más eficientes y duran más, pero también son más caras

Sin embargo, en los últimos años se ha vencido gran parte de los obstáculos que presentaba. El color de la luz era uno de ellos. Los primeros LED sólo podían ser rojos; el tono específico dependía del material con el que se hacía. El uso de nuevos semiconductores, como el galio o el indio, abrió la paleta de colores por medio de la combinación con el verde y el azul. Aunque los LED no emiten luz blanca, se recubren con un material como el fósforo para conseguirla.

"La gran ventaja de las incandescentes era su calidez, con una luz casi como la del sol", explica la directora general de la recién estrenada división de iluminación LED de Toshiba, Inés López. Este era otro de los frenos de la tecnología LED: los primeros eran muy fríos, como los tubos fluorescentes de una vieja cocina.

Reproducción del color

Olmedo (Valladolid) se ha convertido en el primer pueblo LED 100%

Además, su capacidad para reproducir fielmente los colores no deja de aumentar. Las nuevas bombillas alcanzan un índice de reproducción cromática (CRI) de 80, frente al 100 de las antiguas. "Pero esto no ha hecho más que empezar, va tan deprisa que no sé de cuánto estaremos hablando en seis meses", añade López. Toshiba traerá a España en septiembre sus primeras bombillas de nueve vatios, equivalentes en teoría a 100 vatios de las viejas lámparas.

El punto fuerte de los LED es que consumen una fracción de la electricidad que se comían las bombillas tradicionales. "En las incandescentes, hasta el 95% de la energía es calor, casi como una estufa. En los LED casi todo es luz", explica el responsable de iluminación con LED de Philips, José Ramón Córcoles. Su bombilla Master LED, con una vida útil de hasta 45.000 horas, consume hasta un 80% menos que las incandescentes.

Iluminando las calles

El consumo medio de cada español al año es de 166 kw, muy lejos de los 43 kw de los franceses. Aunque el Plan de Eficiencia Energética 2004-2012 del Gobierno se fijó el objetivo de bajar el consumo a 75 kw por ciudadano y año, a falta de menos de dos años, ninguna ciudad española lo ha conseguido. El alumbrado público encabeza la lista de derrochadores. Según datos del sector, un tercio de las bombillas que iluminan las calles se basan en tecnología de hace 40 años.

"Sobreiluminamos las ciudades porque nos da una sensación de seguridad", explica Córcoles. Pero, con la tecnología LED, al ser luz blanca, "podríamos bajar el nivel lumínico manteniendo aquella sensación", añade. Philips ya ha puesto sus bombillas en algunas calles de ciudades españolas. Pero sólo Olmedo (Valladolid) se ha convertido en un pueblo LED 100%.

El otro gran actor de la tecnología LED es General Electric. Fue un ingeniero suyo, Nick Holonyak, el que creó el primer diodo emisor de luz en 1962. La compañía tiene previsto lanzar a finales de año la bombilla más avanzada hasta el momento. Con 12 vatios, la Energy Smart A60 dará 806 lúmenes, unidad que mide el flujo luminoso.

Para el responsable de GE Lighting, Miguel Florido, los sistemas actuales ya han cumplido y"ahora toca pasar página". Aunque las bombillas de bajo consumo fluorescentes seguirán por un tiempo, "la eficiencia de los LED está ya por encima y la diferencia seguirá aumentando", explica. Esta tecnología, apoyada en la investigación con nuevos materiales, no deja de crecer. GE ya trabaja en el OLED, donde el material semiconductor es de origen orgánico, que aumentará su flexibilidad. "Podremos iluminar paredes, cortinas... lo que se nos ocurra", dice. El material orgánico con más posibilidades es el carbono, el que usó Edison en el filamento de su bombilla.

Publicado por: Karla Velasquez

Fuente: http://www.publico.es/ciencias/326485/llega/bombilla/digital/led/chip

Diodo Varicap blog 3.8

El Varicap (Epicap, capacidad controlada por tensión o diodo de sintonía) es un diodo que se comporta como un condensador donde la capacidad esta controlada por la tensión. El diodo de capacidad variable o Varactor (Varicap) es un tipo de diodo que basa su funcionamiento en el fenómeno que hace que la anchura de la barrera de potencial en una unión PN varíe en función de la tensión inversa aplicada entre sus extremos. Al aumentar dicha tensión, aumenta la anchura de esa barrera, disminuyendo así la capacidad del diodo. De este modo se obtiene un condensador variable controlado por tensión. Los valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500 pF. La tensión inversa mínima tiene que ser de 1 V.

La aplicación de estos diodos se encuentra, sobre todo, en la sintonía de TV, modulación de frecuencia en transmisiones de FM y radio y en los osciladores controlados por voltaje (oscilador controlado por tensión).

En tecnología de microondas se pueden utilizar como limitadores: al aumentar la tensión en el diodo, su capacidad varía, modificando la impedancia que presenta y desadaptando el circuito, de modo que refleja la potencia incidente.


Las regiones p y n se comportan como las placas de un condensador y la zona de deplexión es como el dieléctrico.

En inversa la anchura de la "Zona de deplexión" aumenta con la tensión inversa y la capacidad disminuye.

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Rectificador de onda completa blog3.7

Un Rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir una señal de corriente alterna de entrada (Vi) en corriente directa de salida (Vo) pulsante. A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal positiva o negativa de corriente continua.

Existen dos alternativas, bien empleando dos diodos o empleando cuatro (puente de Graetz).

Rectificador con dos diodos.

En el circuito de la figura, ambos diodos no pueden encontrarse simultáneamente en directa o en inversa, ya que las diferencias de potencial a las que están sometidos son de signo contrario; por tanto uno se encontrará polarizado inversamente y el otro directamente. La tensión de entrada (Vi) es, en este caso, la mitad de la tensión del secundario del transformador.


Tensión de entrada positiva.

El diodo 1 se encuentra en directa (conduce), mientras que el 2 se encuentra en inversa (no conduce). La tensión de salida es igual a la de entrada. El diodo 2 ha de soportar en inversa la tensión máxima del secundario.


Tensión de entrada negativa.

El diodo 2 se encuentra en directa (conduce), mientras que el diodo 1 se encuentra en inversa (no conduce). La tensión de salida es igual a la de entrada pero de signo contrario. El diodo 1 ha de soportar en inversa la tensión máxima del secundario .


Puente de Graetz o Puente Rectificador de doble onda

En este caso se emplean cuatro diodos con la disposición de la figura. Al igual que antes, sólo son posibles dos estados de conducción, o bien los diodos 1 y 3 están en directa y conducen (tensión positiva) o por el contrario son los diodos 2 y 4 los que se encuentran en directa y conducen (tensión negativa)..

A diferencia del caso anterior, ahora la tensión máxima de salida es la del secundario del transformador (el doble de la del caso anterior), la misma que han de soportar los diodos en inversa, al igual que en el rectificador con dos diodos. Esta es la configuración usualmente empleada para la obtención de onda continua.

Tensión rectificada.

Vo = Vi = Vs/2 en el rectificador con dos diodos.
Vo = Vi = Vs en el rectificador con puente de Graetz.

Si consideramos la caida de tensión típica en los diodos en conducción aproximadamente 0,6 v, tendremos que para caso del rectificador de doble onda la Vo= vi - 1,2v.

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Rectificador de media onda blog3.6

El rectificador de media onda es un circuito empleado para eliminar la parte negativa o positiva de una señal de corriente alterna de entrada (Vi) convirtiéndola en corriente directa de salida (Vo).

Es el circuito más sencillo que puede construirse con un diodo.

Análisis del circuito (diodo ideal)

Los diodos ideales, permiten el paso de toda la corriente en una única dirección, la correspondiente a la polarización directa, y no conducen cuando se polarizan inversamente. Además su voltaje es positivo.

Polarización directa (Vi > 0)

En este caso, el diodo permite el paso de la corriente sin restricción, provocando una caída de potencial que suele ser de 0,7 V. Este voltaje de 0,7 V se debe a que usualmente se utilizan diodos de silicio. En el caso del germanio, que es el segundo mas usado el voltaje es de pena al maximo 0,3 V

Vo = Vi - VD → Vo = Vi - 0,7

la intensidad de la corriente puede fácilmente calcularse mediante la ley de Ohm:

Polarización inversa (Vi <0)
En este caso, el diodo no conduce, quedando el circuito abierto. La tensión de salida es igual a la tensión de entrada, y la intensidad de la corriente es nula:

Vo = Vi
I = 0


Tensión rectificada

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Aplicaciones del Multiplicador blog3.5

Los circuitos multiplicadores son redes de diodos y condensadores que a partir de una tensión alterna proporcionan una tensión continua muy alta. Normalmente se suelen denominar por el factor multiplicador que tienen (triplicador, cuatriplicador...)

Existen controladores integrados para multiplicadores de tensión, que sólo necesitan condensadores externos para proporcionar tensiones reguladas con o sin limitación de corriente.

También se les llama "bombas de tensión", pudiendo proporcionar tanto tensiones positivas como negativas. Su principal inconveniente consiste en que sólo permitan corrientes medias bajas, debido a que utilizan condensadores como elementos de paso de corriente y con valores razonables de condensadores, se obtienen impedancias bastante elevadas.
Los diodos y condensadores forman un multiplicador de tensión para obtener la Vgg (-28V) de la EAROM. Atari, 1982.

Aplicaciones

Se suelen usar para conseguir altas tensiones partiendo de tensiones bajas. Normalmente trabajan como parte de los circuitos polarizadores de las válvulas termoiónicas y siempre acompaña a los tubos de rayos catódicos de los televisores en color (últimas válvulas que todavía siguen utilizándose extensamente).

Se han utilizado ampliamente para proporcionar las tensiones estándar RS232 a partir de 5V solamente. El oscilador y la bomba de tensión van integrados en el circuito de interfaz. Los primeros (como el MAX232 y similares) necesitaban condensadores externos, pero el aumento de la frecuencia del oscilador ha permitido integrarlos también en el mismo chip.

Circuitos nmos como el microprocesador NS16032 (posteriormente NS32016) contenía uno para generar una polarización interna y funcionar a 5V; Necesitaba un condensador externo. También algunas EEPROM incluían un multiplicador de tensión con el mismo fin. Estas no necesitaban condensador externo y permitían la grabación de datos a 5V .

Multiplicador de frecuencia

Es un dispositivo que cambia la frecuencia de una señal, obteniendo a su salida una frecuencia más alta, siendo su relación con la de entrada un número entero.

Están formados por circuitos no lineales, con ganancia o no, de modo que se crean armónicos de la señal de entrada. Se diseña para potenciar la aparición del armónico deseado y cancelar en lo posible la aparición de los demás. La señal se filtra a la frecuencia de salida para evitar armónicos indeseables y, eventualmente, se amplifica.

Multiplicador digital

Es un circuito digital capaz de multiplicar dos palabras de m y n bits para obtener un resultado de n+m bits. A veces el tamaño del resultado está limitado al mismo tamaño que las entradas. Se distinguen:

* Multiplicador paralelo. Es el más rápido y está formado por una matriz de lógica combinatoria que, a partir de todas las combinaciones posibles de las entradas, genera sus productos a la salida.
* Suma y desplazamiento. Está formado por un sumador y un registro de desplazamiento. El sumador comienza con el valor el multiplicando y lo va desplazando y le vuelve a sumar el multiplicando cada vez que el bit correspondiente del multiplicador vale 1. Necesita un reloj y tarda en realizar la multiplicación la longitud en bits del multiplicador multiplicada por el periodo de reloj.

Multiplicador analógico

Es un dispositivo que multiplica dos señales de forma que a la salida se tiene una cuyo valor es igual al producto de los valores de las señales de entrada. Estas señales habitualmente son tensiones, corrientes o tensión por corriente. Habitualmente se emplean pares diferenciales, de modo que una señal se aplica a una de las entradas del diferencial y la otra a su polarización. Pueden trabajar con señales diferenciales combinando tres pares diferenciales (El MC1498 es un ejemplo de esto). Otra estrategia consiste en utilizar otras propiedades, como el efecto Hall, que proporciona una tensión proporcional a la corriente y a un campo magnético.

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Diferentes diodos recortadores y Fijador de nivel blog3.4

Diferentes configuraciones de diodos recortadores


Fijadores de Nivel

Una de las aplicaciones prácticas de los diodos semiconductores son los llamados fijadores de nivel o restauradores de componente continua. Estos circuitos basan su funcionamiento en la acción del diodo, pero al contrario que los limitadores no modificarán la forma de onda de la entrada, sino que le añaden a ésta un determinado nivel de corriente continua. Esto puede ser necesario cuando las variaciones de corriente alterna deben producirse en torno a un nivel concreto de corriente continua. Existen cuatro tipos básicos:

-Fijador positivo: hace que el menor nivel alcanzado por la señal sea 0, fijando el nivel de referencia en un valor positivo.

-Fijador negativo: el mayor nivel alcanzado es 0 ,en otras palabras desplaza el nivel de referencia hacia un valor menor que 0.

Fijador positivo polarizado: Añade el efecto de la polarización de una batería pudiendo ser de dos tipos, según la disposición de la fuente de polarización:

1)Polarizado positivo.Desplaza la señal hacia niveles positivos, permaneciendo la salida incluso en sus valores más bajos por encima de 0.

2)Polarizado negativo. Desplaza la señal hacia un nivel más positivo, pero parte del semiciclo negativo de la señal de entrada Vi sigue teniendo valores negativos.

Fijador negativo polarizado: Se diferencia del polarizado positivo en la inversión del diodo; existen dos tipos igualmente, polarizado positivo y polarizado negativo. Ahora en ambos casos el desplazamiento es hacia valores negativos.

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Formas de onda de los limitadores blog 3.2

Ahora estudiaremos más a fondo qué es lo que hace el limitador estudiando las distintas formas de onda de la tensión en la entrada y en la carga, en el caso concreto en el que nuestra carga no soporta tensiones mayores de 10 V o menores de -10 V.



Imaginemos que alimentamos el circuito con una tensión de entrada Vi senoidal de 30 V eficaces, en el dibujo es la línea sinusoidal de color verde. Esta tensión de entrada tiene picos cuyo valor alcanza los 42 y -42 V respectivamente. El caso es que si estos valores de tensión llegaran a la carga esta quedaría dañada o se destruiría.

Para evitar que esto ocurra, conectamos la resistencia limitadora, los diodos y las baterías o diodos zener, como hemos visto antes.

* Estudiemos cuando comienza a conducir el diodo D1:

La batería que está conectada al diodo D1 polariza su cátodo a 10 V, considerando el diodo ideal, comenzará a conducir cuando la tensión en su ánodo sea mayor que en su cátodo, esto ocurre sólo cuando la tensión de entrada es superior a 10 V.

Cuando Vi supera los 10 V, se convierte en una tensión peligrosa para la carga RL, no obstante en ese mismo momento la tensión en el ánodo del diodo D1 comienza a ser superior que la tensión en su cátodo, con lo que el diodo D1 queda polarizado directamente y comienza a conducir la corriente eléctrica, a partir de este momento la tensión sobrante de la tensión de entrada Vi se ve recortada y no puede llegar a la carga tal y como se ve en la figura de la derecha.

* Estudiemos cuando comienza a conducir el diodo D2:

Este caso es igual al anterior. La batería polariza el ánodo de D2 a -10 V. Cuando la tensión de entrada Vi es más baja de lo que la carga puede soportar (en nuestro caso menor que -10 V), el cátodo del diodo D2 queda a un potencial menor que -10 V, con lo que el diodo se polariza directamente y recorta en este caso, las tensiones negativas de entrada que podrían resultar perjudiciales para la carga, tal y como se aprecia en la gráfica.tos voltajes para experimentos de física de alta energía.

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Limitador blog3.2

Un limitador o recortador es un circuito que permite, mediante el uso de resistencias y diodos, eliminar tensiones que no nos interesa que lleguen a un determinado punto de un circuito. Mediante un limitador podemos conseguir que a un determinado circuito le lleguen únicamente tensiones positivas o solamente negativas, no obstante esto también puede hacerse con un sólo diodo formando un rectificador de media onda, de forma que nos vamos a centrar en un tipo de limitador que no permite que a un circuito lleguen tensiones que podrían ser perjudiciales para el mismo.


Recortador sin polarizar

Imaginemos que en un caso como en el de la figura, no nos interesa que al circuito que estamos protegiendo (en este caso el elemento que vamos a proteger es la resistencia de carga RL) le lleguen tensiones superiores a 0.7 V, tanto positivos como negativos. Montando los dos diodos y la resistencia limitadora como se vé en la figura, nosotros conseguimos que cualquier tensión que exceda de 0.7 V o disminuya de -0.7 V, se vea recortada por los diodos. Estos 0.7 V de los que hablamos son la barrera de potencial del diodo. Hay que tener en cuenta que la resistencia limitadora (Rlim) es mucho menor que la resistencia de carga (RL), de este modo la tensión que cae en la resistencia limitadora es prácticamente nula y podemos despreciarla.

Aunque la resistencia limitadora pueda parecer innecesaria, es importante entender que en realidad es parte imprescindible del limitador, ya que si no estuviera conectada, al polarizarse uno de los diodos directamente (los dos diodos no pueden estar polarizados directamente al mismo tiempo), este comenzaría a conducir la corriente eléctrica sin control y se destruiría. Como su propio nombre indica, la resistencia limitadora tiene como función limitar la corriente que atraviesa los diodos.

De este modo, si la tensión de entrada supera por cualquier motivo los 0.7 V el diodo D1 quedará polarizado directamente y recortará el exceso de tensión. De igual forma, cuando la tensión de entrada disminuya de -0.7 V, el diodo D2 quedará polarizado directamente y recortará el exceso de tensión que podría dañar nuestra carga.


Recortador polarizado


Muchas veces no nos interesa que los diodos recorten las tensiones de entrada a los 0.7 V o a los -0.7 V. Por ejemplo, puede que lo que estemos buscando es que a la entrada no le lleguen tensiones superiores a los 10 V o inferiores a los -10 V (estas tensiones son aleatorias, nosotros elegimos las que más nos interesen), en ese caso no podemos usar el circuito antes mencionado, ahora necesitamos un limitador polarizado. La única diferencia respecto al anterior limitador es que en este caso vamos a polarizar los diodos con baterías, a fin de que sea necesaria una tensión de entrada mayor que 0.7 V para que los diodos se polaricen directamente.

Si lo que buscamos es que la tensión en la carga no sea mayor de 10 V ni inferior de -10 V, montaremos el siguiente circuito.


Veamos cómo funciona el circuito:

* Cuando la tensión de entrada se mantiene dentro de sus límites normales, esto es, entre 10 V y -10 V, ninguno de los diodos hace nada.
* En el momento en que la tensión es superior a los 10.7 V (los 10 V de la batería más los 0.7 V de la barrera de potencial del diodo), el diodo D1 queda polarizado directamente y empieza a conducir, de esta forma no permite que la tensión en la carga aumente.
* Si la tensión de entrada disminuye de los -10.7 V, en este caso es el diodo D2 el que se polariza directamente y comienza a conducir, no permitiendo que la tensión en la carga disminuya hasta niveles peligrosos.

Hay que destacar que en lugar de baterías, también podrían conectarse diodos zener polarizados inversamente cuya tensión zener fuera igual a la de las baterías que necesitamos colocar. Además las dos baterías o diodos zener no tienen por que tener el mismo potencial, todo depende de qué niveles de tensión queramos proteger el circuito. Es muy importante tener en cuenta que, en este último caso, en el que queremos recortar de forma diferente el semiciclo positivo y el negativo, se debe tener la precaución de que la segunda fuente sea mayor que la primera. No puede ser la primera mayor que la segunda, pues, llegado el caso en el que ambos diodos se cierren, cosa que puede ocurrir si (Vi-I.Rlim)>E1 (y por ende si E1>E2, (Vi-I.Rlim)>E2), con lo que ambos diodos están en polarización directa, o cortocircuitados, y la E1 intentará llevar a E2 al potencial que ella posee, con lo que se destruirá la batería.

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Multiplicador de tensión

Un Multiplicador de tensión es un circuito eléctrico que convierte tensión desde una fuente de corriente alterna a otra de corriente continua de mayor voltaje mediante etapas de diodos y condensadores.

La figura muestra un multiplicador de tensión con diodos ideales y condensadores de capacidad infinita. Las cifras en rojo muestran los valores de tensión alterna (RMS), mientras que las negras son la componente continua en cada etapa. Evidentemente, invirtiendo los diodos se obtienen tensiones negativas.

Advertencia: Un multiplicador de tensión sin cargar con una impedancia se comporta como un condensador, pudiendo proporcionar transitorios de elevada corriente, lo que los hace peligrosos cuando son de alta tensión. Habitualmente se agrega una resistencia en serie con la salida para limitar este transitorio a valores seguros, tanto para el propio circuito como ante accidentes eventuales.

Voltaje de ruptura

Mientras esta configuración puede ser utilizada para generar miles de voltios a la salida, los componentes de las etapas individuales no requieren soportar toda la tensión sino solo el voltaje entre sus terminales, esto permite aumentar la cantidad de etapas según sea necesario sin aumentar los requerimientos individuales de los componentes.

Usos

Este circuito se utiliza para la generación del alto voltaje requerido en los tubos de rayos catódicos, tubos de rayos X, para alimentar fotomultiplicadores para detectores de rayos gamma. También se utiliza para la generación de altos voltajes para experimentos de física de alta energía.

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