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Práctica 5: DIODO ZENER Y ALGUNAS APLICACIONES Objetivo: El alumno comprobará las características eléctricas del diodo Zener, así como el funcionamiento de distintos circuitos de aplicación con diodo Zener. Armará los circuitos que permitan obtener las características eléctricas del Zener y de los circuitos como recortadores y reguladores con diodo Zener. Obtendrá, interpretará y reportará las gráficas correspondientes a cada circuito (curva característica del Zener, del voltaje de salida y de entrada), así como la función de transferencia en modo graficador XY, e interpretará y reportará las mediciones realizadas con el osciloscopio, en tablas y/o gráficas según lo indique el desarrollo. TAREA PREVIA PARA TENER DERECHO A REALIZAR LA PRÁCTICA  Investigar las características de funcionamiento y limitaciones del diodo Zener.  Investigar las características de funcionamiento y limitaciones de los circuitos recortadores, y reguladores con diodo Zener.  Investigar el efecto Zener y el efecto avalancha. E indicar cuándo se presentan en el diodo Zener.  Traer hojas de especificaciones de los diodos Zener, que se emplearán el la práctica.  Traer los cálculos realizados de los voltajes de salida de los circuitos recortadores, y reguladores.  Antes de realizar la práctica el alumno consulte las hojas de especificaciones de tres distintos diodos Zener y presente por escrito las características de voltaje de ruptura Zener (mínimo y máximo), la corriente zener (mínima y máxima), la potencia máxima del Zener, así como la resistencia interna de cada diodo Zener que se vaya a emplear en la práctica y reportarlos en una tabla.  Traer los circuitos armados.  Realizar la simulación de los circuitos para obtener las características eléctricas del diodo Zener y de los circuitos recortadores y reguladores. Material: Diodos Zener de 3.9V, 5.1V y 9.1V a 1W; 2 resistencias de 1kΩ a 1W ó 2W, y las resistencias que se muestran en las tablas y en cada uno de los circuitos.

Elizabeth Arévalo González/Electrónica/ICE/ESIME Zacatenco-2015

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Práctica 5: DIODO ZENER Y ALGUNAS APLICACIONES Desarrollo: 1 Consultar las hojas de especificaciones de los diodos Zener a emplear. Realizar una tabla que contenga información relevante para el buen funcionamiento del dispositivo. Además de dibujar el isométrico del dispositivo, indicando como están las terminales. 2. Armar el circuito como se indica en la figura para obtener la curva característica de cada diodo Zener. 2.1 Emplear el variac de la mesa de trabajo como fuente de CA, para alimentar al circuito y variar la amplitud de la señal alterna hasta ver el rompimiento del voltaje zener para cada diodo Zener que esté bajo prueba, a temperatura ambiente (T=TA) y mayor a la ambiente (T>TA). 2.2 Reportar las mediciones que se solicitan en la tabla. Diodo Zener

VU a T=TA

VZ a T=TA

VU a T>TA

VZ a T>TA

VZrodilla VZmáx

IZ a T=TA IZrodilla

IZmáx

Coeficiente de temperatura

3.9V 5.1V 9.1V

+ CHY inv 1K

_

+

_ Variac

Z

CHX

+

Circuito para obtener la curva característica de diodos Zener

Elizabeth Arévalo González/Electrónica/ICE/ESIME Zacatenco-2015

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Práctica 5: DIODO ZENER Y ALGUNAS APLICACIONES 2.3 Dibujar la curva características de cada diodo Zener a temperatura ambiente, observadas en el osciloscopio; reportando en cada gráfica los valores medidos de voltaje y corriente en polarización directa e inversa.

Diodo Zener de 3.9V

Diodo Zener de 5.1V

Diodo Zener de 9.1V

2.4 Observar la curva características de cada diodo Zener a temperatura mayor a la ambiente. Para lo cual se recomienda acercar un cerillo (por aproximadamente 5 segundos) al diodo Zener, que esté bajo prueba; y sobre las gráficas a temperatura ambiente dibujar las gráficas con el incremento de la temperatura, para ello utilizar colores diferentes especificando en cada gráfica a qué efecto corresponde con respecto a la temperatura. 2.5 Calcular la resistencia estática, dinámica y de rodilla Zener para cada diodo. Reportar los cálculos y los valores de cada resistencia dinámica. 2.6 Anotar comentarios, observaciones y conclusiones.

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Práctica 5: DIODO ZENER Y ALGUNAS APLICACIONES

3 Armar los circuitos recortadores con diodo Zener. 3.1 Armar los siguientes circuitos y reportar la medición y la gráfica del voltaje de salida (VO), así como la función de transferencia. Utilizar el diodo Zener de 5.1V ó bien el de 3.9V. Para cada uno de los circuitos indicar que diodos se utilizaron.

1K

1K + CHX

+

Variac

1K + CHY

+ CHX

+

+ CHY

Variac

Z1

Variac

Z

Z D ( Si)

Z2

_

+ CHY

+

+ CHX

_

_

_

_

_

Circuito recortador de nivel con diodo Zener.

Circuito recortador de nivel con dos diodos Zener.

Circuito recortador de nivel con diodo Zener y diodo rectificador.

Curva del circuito recortador de nivel con diodo Zener

Curva del circuito recortador de nivel con dos diodos Zener

Curva del circuito recortador de nivel con diodo Zener y diodo rectificador

3.2 Anotar comentarios, observaciones y conclusiones.

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Práctica 5: DIODO ZENER Y ALGUNAS APLICACIONES 4. Armar los siguientes circuitos, utilizando el diodo Zener de 5.1V para ser empleado como regulador de voltaje. 4.1 Realizar las mediciones del voltaje en el Zener y la corriente en el Zener, así como de la resistencia de carga, como se indica en las tablas. 4.2 Para el primer circuito regulador, calcular el voltaje mínimo necesario de la fuente (VS) para mantener al diodo Zener en regulación, considerando las características eléctricas del diodo y del circuito. Reportar los cálculos y los resultados. 4.3 Para el segundo circuito regulador, calcular la resistencia de carga mínima necesaria para mantener al diodo Zener en regulación, considerando las características eléctricas del diodo y del circuito. Reportar los cálculos y los resultados. Nota: TODAS LAS RESISTENCIAS DEBEN SER A 2W O MÁS, COMPRAR DOS DE 330Ω

Rs = 330

Rs = 330 +

Variac en CD

+

A Vs _

+

+

A

Variac en CD

V

_ Z

RL 330

Circuito regulador de voltaje con fuente variable (Vs), para RS=RL=330Ω VS VZ IZ VRL IL 0V 3V 6V 9V 12V 15V 18V 21V

RL 0Ω 100Ω 150Ω 330Ω 560Ω 820Ω 1KΩ 1.5KΩ

+

A Vs = 20V _

V

_ Z

+

A RL

Circuito regulador de voltaje con fuente fija: VS=20V, RS=330Ω y variar RL VZ IZ VRL IL

3.4 Anotar comentarios, observaciones y conclusiones.

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