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«Conceptos eléctricos»

La corriente máxima (también conocida como corriente admisible y, sobre todo en los países hispanoamericanos, como ampacidad, tomado del inglés ampacity) es la máxima intensidad de corriente que puede circular de manera continua por un conductor eléctrico sin que éste sufra daños.

Esta corriente varía según las condiciones en que se encuentre el conductor, su sección, el material de su aislamiento y de la cantidad de conductores agrupados.

**Corriente máxima en conductores unipolares de Cobre**
Sección	Sin ventilación	Con ventilación
0,35 mm²	1,00 A	1,00 A
0,50 mm²	3,00 A	3,00 A
0,75 mm²	8,00 A	10,0 A
1,00 mm²	10,5 A	12,0 A
1,50 mm²	13,0 A	15,5 A
2,50 mm²	18,0 A	21,0 A
4,00 mm²	24,0 A	28,0 A
6,00 mm²	31,0 A	36,0 A
10,0 mm²	42,0 A	50,0 A
16,0 mm²	56,0 A	68,0 A
25,0 mm²	73,0 A	89,0 A
35,0 mm²	89,0 A	111 A
50,0 mm²	108 A	134 A
70,0 mm²	136 A	171 A
95,0 mm²	164 A	207 A
120 mm²	188 A	239 A
150 mm²	310 A	385 A

Circuitos recortadores: Recortan parte de una señal que está por encima o por debajo de un nivel específico.

Fig. 1 Circuito recortador y sus respectivas señales de salida

a) b)

c) d)

Fig. 2 Circuitos Recortadores a) 2 niveles, c) a un nivel.

Circuitos sujetadores o cambiadores de nivel

Desplazan por completo el voltaje de la señal en un nivel de CD y la cantidad de desplazamiento depende directamente del circuito. El análisis de estos circuitos inicia con aquella parte de la señal de entrada que dará polarización directa al diodo. Se asumirá que el capacitor se carga de forma instantánea al nivel de voltaje que determine la red durante la conducción del diodo. Se asumirá que el voltaje del capacitor se mantendrá constante en magnitud y polaridad durante el periodo en que el diodo está “apagado”. La salida siempre debe ser igual a la excursión de voltaje de la señal de entrada.

Fig. 3 Circuitos cambiadores de nivel, contienen un capacitor.

Para el caso de entrada senoidal, se reemplaza esta señal por una onda cuadrada con los mismos valores pico. La salida resultante tendrá una forma envolvente para la respuesta senoidal.

Fig. 4 Circuito cambiador de nivel con entrada senoidal, se obtiene un envolvente a la salida.

Diodos Zener

El análisis de las redes que componen los diodos Zener.

Fig. 5 Circuito regulador con diodo Zener

El análisis de las redes que utilizan diodos Zener es muy similar al que se aplica al de diodos semiconductores de las secciones anteriores. Se debe determinar el estado del diodo seguido por una sustitución del modelo adecuado y una determinación de las otras cantidades desconocidas de la red.

Fig. 6. Corrientes y voltajes en el circuito básico de regulación con Zener.

Cuando el voltaje VL excede el voltaje de ruptura del diodo, entonces la corriente se incrementa, luego el voltaje en el Zener y en la carga se mantiene constante e igual al voltaje nominal del diodo Zener. Así, VL=Vz. En la práctica, la fuente de corriente es un resistor, como lo indica la Fig. 6. Este resistor R se diseña para que el diodo esté correctamente polarizado y por lo menos circule la corriente mínima bajo cualquier exigencia de carga, esto dentro de los límites especificados por el regulador. El regulador se diseña bajo las condiciones más exigidas, es decir: Iz min, ILmax, vsmin. Existe otra condición, la cual ocurre cuando la corriente de carga es máxima(ILmin), luego la corriente del Zener será máxima (Izmax), para esta situación lo peor que puede ocurrir es que el voltaje no regulado de la entrada sea máximo (vsmax), en base a estos antecedentes se puede encontrar una expresión para R.

En un diseño práctico no basta determinar el valor de la resistencia, sino que se deben especificar los requerimientos de potencia de los componentes, de tal forma que puedan ser manejadas por los elementos utilizados. De la ecuación anterior se puede determinar la corriente máxima que circulará por el diodo Zener. Ya que la ecuación tiene dos incógnitas, como regla práctica se hace que la corriente máxima del Zener sea al menos 10 veces la corriente mínima, luego tenemos:

Ejemplo:

Diseñar un regulador simple para una corriente máxima de 250mA y un voltaje de 5.0 volts, considera que le voltaje no regulado es 10±2 volts. Especifica el diodo adecuado y la potencia del resistor.

Resolución:

Lo primero es determinar cuál es diodo apropiado para la aplicación, que permita mantener el voltaje solicitado y además sea capaz de soportar una corriente que, en la peor situación, será levemente superior a la máxima requerida ¿Por qué? De acuerdo al circuito, podemos usar la expresión determinada en el apartado anterior, se tiene entonces:

El primer problema es elegir el Zener adecuado, considera un diodo de 5.1 volts.

El segundo problema es que no se conoce el valor de Iz min del diodo, se debe recurrir a hoja de especificaciones del diodo.

Como se observa, no existe ningún parámetro llamado Izmin, sólo tenemos Vz, Iz y PD, entonces sólo nos queda elaborar un criterio. Un criterio podría ser usar PD, luego sacar la corriente máxima usando el voltaje Vz y dividir por 10 (o por 15 o por 20) para obtener la corriente mínima. Sin embargo, este valor puede resultar mayor que el Iz especificado. Por otro lado, esto nos da un margen bastante amplio de seguridad para el diseño. En el caso de dar un valor superior a Iz, podría considerarse como éste o una fracción, pero el regulador siempre quedaría sobre dimensionado. Por otro lado, existen fabricantes que sí entregan los valores máximos. Una última opción sería determinarlo prácticamente.

Este diseño aparentemente se ve bien, pero ocurre la siguiente situación:
Cuando el sistema opera en vacío (sin carga), toda la corriente circulará por el diodo Zener, que corresponde a 260 mA aproximadamente, de acuerdo a las características de potencia, entonces el diodo sufriría un severo daño. Una solución sería poner una carga mínima y la otra cambiar el Zener.

Otro criterio sería considerar lo que por lo general ocurre, esto es, la corriente mínima de un Zener de 1 watt tiene un valor que fluctúa entre 1 y 2 mA. Luego, este valor puede establecerse como corriente mínima.