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FIEI - UNFV ELECTRONICOS I

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EXPERIMENTO Nº 1 DIODO SEMICONDUCTOR I.-OBJETIVO: -Reconocer las terminales de los diodos, r e a l i z a r l a p r u e b a d e l o s m i s m o s y obtener sus características de acuerdo a h o j a s d e e s p e c i f i c a c i o n e s d e l fabricante (datasheet) y /o ECG. -Medir el voltaje y la corriente del diodo con polarización directa e inversa en un circuito dado. -Comprobar el funcionamiento de un diodo mediante sus diferentes aplicaciones. NOTA : El profesor debe realizar una breve introducción del experimento y sus objetivos. Así mismo debe permanecer durante toda la sesión del experimento, para responder y formular las preguntas necesarias. II.-EQUIPOS Y MATERIALES: - Osciloscopio - Generador de funciones - Fuente de alimentación - Multímetro digital - 1 Transformador de 12 Vrms con toma central - 2 Diodos 1N4148 - 4 Diodos 1N4001 - Condensadores de 3 x 47 F – 16 V; 2 X 1000 uF – 25 v - Resistencias: (½W) 6.8K, 10K. - Tablero de conexión - Alicate corte y punta DESCRIPCION BASICA: Un limitador, como su nombre indica, limita una tensión alterna a unos valores predeterminados; esto puede realizarse: - Eliminando uno de sus semiciclos. - Eliminando parte de la cresta de un semiciclo. - Eliminando parte de la cresta en ambos semiciclos. Su funcionamiento se basa en el hecho de que un diodo no conduce hasta que no esté polarizado directamente. Existen diferentes tipos: a.

b.

Según la forma de obtener la salida: LIMITADOR SERIE - La tensión de salida Vo se obtiene en serie con el diodo limitador. LIMITADOR PARALELO - Vo se obtiene en paralelo con el diodo limitador.

Según donde se realice la limitación: LIMITADOR POSITIVO - Limita la alternancia positiva de la tensión de entrada Vi. LIMITADOR NEGATIVO - Limita la alternancia negativa de la tensión Vi. LIMITADOR PARCIAL O POLARIZADO - Limita sólo parte de una alternancia. Diodo semiconductor PAGINA 1

LAB. CIRCUITOS ELECTRONICOS I EXP.1 LIMITADOR PARCIAL DOBLE - Limita parte de ambas alternancias.

PROCESO OPERATIVO: 1.

Arme el circuito de la figura 1-1.

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2. 3.

Aplique una señal senoidal de 2 Vpp, 5 Vpp y 12 Vpp a 1 KHz. Observe y mida las formas de onda de Vi, Vo y dibujarlas.

Vpp=2 Ch1= 200 mV. RMS=185.52 mV. Vpp= 544.0 mV Vpp=5 Ch1= 500 mV. RMS=730.08 mV. Vpp= 2.00 V Vpp=12 Ch1= 1 V. RMS=2.04 V. Vpp= 5.44 V 4.

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Invertir el diodo D y repetir el paso anterior.

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EXP.1

Vpp=2. Ch1=100 mV RMS=184.64 mV Vpp=552.0 mV

Vpp=5. Ch1=500 mV RMS=730.16 mV Vpp=2 mV Vpp=12.

5.

Modificar el circuito para obtener la figura 1-2.

Fig. 1-2

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6.

EXP.1

Repetir los pasos 3 y 4.

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Invirtiendo el diodo se obtiene lo siguiente Vpp=2 Vpp=5

Vpp=12

Vpp=16

7.

Armar el circuito de la Figura 1-3 haciendo VA = 5V.

Fig. 1-38.

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EXP.1

Vpp=2 Vpp=5 Vpp=12 Vpp=20 Invertir el diodo PAGINA 8

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EXP.1

9. Montar el circuito de la Figura 1-4, haciendo V 1 = V2 = 5V. Cerrar S1 permaneciendo abierto S2.

Fig. 1-4

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10. Repetir el paso 3 11. Cerrar ambos interruptores y repetir la medida de Vo.

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Vpp=2 Vpp=5 PAGINA 12 Cisneros

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Vpp=12 13. Aumentar la frecuencia hasta 100 KHz a partir de Vi = 10Vpp, hasta que se recorte la forma de onda de salida y grafique la forma de onda.

14.

Arme el circuito de la figura 1-5.

Fig. 1-5 15. Mida y anote en la Tabla 1 el voltaje rms (Vrms) en los extremos de la mitad del secundario. 16. Calcule el valor pico (Vp) de la tensión en la mitad del secundario y anote el valor en la Tabla 1. 17. Con el osciloscopio acoplado en DC, observe el voltaje en los extremos de C1. Use el multímetro para medir el voltaje DC en los extremos de C 1 (VC1), y anote este valor en la Tabla 1. 18. Conecte una resistencia de 6.8K en los extremos de C1. Mida y anote el voltaje DC (VR) en la Tabla 1. TABLA Vrms Vp VC1 VR

1 (Salida x 1) 6.6 v 8.48 v 8.59 v 8.26 v

19. Retire la resistencia de carga de 6.8 K. 20. Con el osciloscopio, observe el voltaje a través de C 2. Mida y anote el voltaje DC en los extremos de C2 (VC2) en la Tabla 2. 21. Conecte nuevamente la resistencia en los extremos de C2. Mida y anote el voltaje DC en los extremos de C2 (VR) en la Tabla 2. TABLA 2 (Salida duplicadora) VC2 17.25 v VR 15.78 v Diodo semiconductor PAGINA 13

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EXP.1

22. Retire la resistencia de carga. 23. Con el osciloscopio observe el voltaje en los extremos de la salida triplicadora. Mida y anote el voltaje DC en los extremos de la salida triplicadora (VC3) de la Tabla 3. 24. Conecte la resistencia de carga en los extremos de la salida triplicadora. Mida y anote el voltaje DC en los extremos de la salida triplicadora (use V R de la Tabla 3). 25. Use el multímetro para medir la pequeña tensión de rizado (AC) en los extremos de la salida triplicadora (Vrizado), y anote el valor en la Tabla 3 (esto es aproximado, ya que la mayoría de los multímetros se calibran para leer valores RMS de una onda sinusoidal. El rizado NO es una sinusoide, por lo tanto la lectura es una aproximación). TABLA 3 (Salida triplicadora) VC3 17.45 v VR 15.11 v Vrizado 17.45 v

INFORME PREVIO

CUESTIONARIO: 1. ¿En qué basan su funcionamiento los circuitos limitadores o recortadores?. ¿Cuál es su aplicación?. Una de las aplicaciones del diodo es la de limitar el valor de una señal. Los circuitos recortadores permiten limitar o recortar una porción de la onda de la señal de entrada. Su funcionamiento puede ser la de limitar el valor máximo que puede tomar una señal de referencia o bien una señal de control, en cuyo caso estos circuitos son también conocidos como circuitos limitadores. Esta acción es llevada a cabo mediante diodos semiconductores en combinación con elementos resistivos y fuentes de voltaje. Existe variedad de redes de diodos que se llaman recortadores y tienen la capacidad de recortar una posición de la señal de entrada sin distorsionar la parte restante de la forma de onda alterna. Existen dos categorías generales de recortadores: serie y paralelo. La configuración en serie es donde el diodo está en serie con la carga, mientras que en paralelo tiene un diodo en una trayectoria paralela a la carga.

2. Explique porque se llaman a unos limitadores serie y a otros paralelo. Limitador en serie Si conectamos una resistencia RL, en la posición indicada en la Figura 2.28, al bloque básico indicado antes, obtenemos un circuito limitador serie que opera conforme a la característica Vo-Vi (llamada característica de transferencia) de la propia figura PAGINA 14 Cisneros

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Para tensiones de entrada menores de VB, el diodo opera en inversa, en consecuencia no conduce y la tensión de salida, Vo, es cero. Cuando Vi supera a VB la tensión de salida sigue a la de entrada Vo=Vi- VB Limitador paralelo Proporciona un método alternativo para obtener un cambio abrupto en la pendiente de la curva de transferencia. El circuito limitador paralelo y su curva de transferencia se muestran en la Figura 2.29.

Este circuito funciona de la siguiente manera: para salidas menores que VB el diodo no conduce y el circuito actúa como un divisor de tensión. Si la tensión de salida alcanza el valor VB, el diodo empezará a conducir, forzando que Vo=VB. Esto ocurrirá para un valor de Vi que obtenemos haciendo Vo=VB

3.

Explique brevemente la misión de la batería en un limitador polarizado. Es cuando se desea una tensión mayor a los 0.7v y logra usando la batería de esa manera los diodos se polarizan directamente.

INFORME FINAL Diodo semiconductor PAGINA 15

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1.

EXP.1

Llene las siguientes Tablas para las figuras 1-1, 1-2, 1-3 y 1-4 indicando el tipo de cada limitador. TABLA 1.1 ViPP Vo teórico Vo experimental 2 192.33 mV 185.82 mV 5 707.10 mV 730.08 mV 12 1.92 V 2.04 mV Tipo de limitador : ………………………..

ViPP 2 5 12

TABLA 1.2 Vo teórico Vo experimental 512.65 mV 544.72 mV 1.07 V 1.15 mV 2.31 V 2.50 mV

Tipo de limitador : ………………………..

ViPP 2 5 12

TABLA 1.3 Vo teórico Vo experimental 526.79 mV 446.7 mV 1.76 V 1.74 V 4.07 V 4.10 V

Tipo de limitador: ………………………..

ViPP 2 5 12

TABLA 1.4 Vo teórico Vo experimental 735.39 mV 693.36 mV 1.69 V 1.47 mV 3.90 V 4.05 V

Tipo de limitador : ……………………….. 2.

Explique las diferencias entre Vo teórico y Vo experimental.  Los voltajes teóricos y experimentales de cada resistencia son iguales o muy parecidos.  Las pequeñas variaciones entre el voltaje teórico y experimental se deben a que los circuitos implementados no son ideales.

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FIEI - UNFV LAB. CIRCUITOS ELECTRONICOS I  Aquí es donde las características de medida de los instrumentos como la exactitud y la sensibilidad nos permiten o no detectar posibles diferencias entre valores teóricos y experimentales.  Es importante destacar que el voltaje no es lo importante, sino que la cantidad de corriente que circula.

3.

Explique que función tiene la resistencia R. Una resistencia en un circuito en serie con un diodo, tiene dos funciones: Una es la de ser un divisor de tensión, es decir que hay una determinada caída de voltaje sobre la resistencia y la segunda función, que es la más principal, 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.

4.

Si la amplitud de la tensión senoidal Vi, es suficientemente grande, con un doble limitador polarizado ¿Qué se obtendría en Vo?. Explique.

5.

¿Que se debe tener en cuenta con tensiones de entrada pequeñas?. Explique. Si la tensión de entrada es menor al voltaje del diodo de silicio o de germanio este no va a pasar es decir va ser insuficiente para encender el diodo y este establece que el circuito esta abierto como la aproximación apropiada, por lo tanto, el voltaje y los niveles de corriente resultantes son “0”

6.

Explique el funcionamiento del limitador de la figura 1-4. En el momento en que la tensión es superior a los 5.7 V el diodo D1 queda polarizado directamente y empieza a conducir, de esta forma no permite que la tensión en la carga aumente.

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EXP.1

Si la tensión de entrada disminuye de los -5.7 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. 7.

Explique el motivo de la forma de onda obtenida en paso 13. Porque el circuito consta de 2 diodos una onda positiva y otra onda negativa

8.

En la figura 1-5, ¿Cuál de las salidas tiene la mejor regulación de voltaje?. Tiene mejor salida en el condensador 2.porque para en el tercero ya no cumple su función el circuito

9.

¿Que sucede con el rizado, cuando la carga de 6.8K se conecta a cualquiera de las salidas?. El rizado se reduciría por la caída del voltaje en la resistencia

10.

Anote sus observaciones y conclusiones del experimento. El diodo real no es un dispositivo lineal. Para facilitar el análisis circuital, se reemplaza por un diodo ideal. El equivalente lineal resultante, es mucho más sencillo de analizar. El error involucrado en aproximar el diodo real, es mínimo. Sólo corresponderá decidir el grado de modelación que se desee utilizar y eso depende sólo del tipo de aplicación que el circuito debe satisfacer. En lo que respecta al diseño de circuitos con diodos, es importante tener claro la función y operación que desempeñan los diferentes circuitos elementales (rectificadores, filtros, estabilizadores de tensión, limitadores de señal, etc.), y los diferentes parámetros involucrados en cada uno de ellos (el dominio o rango de la señal, las potencias que deberán soportar los distintos elementos de circuito, la TI, etc.).

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