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UNIVERSIDAD AUTONOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería y Negocios

Ingeniería Mecatrónica – Práctica de Electrónica Analógica Nombre:

Medina Olguin Aaron Alfredo

Fecha: 14 de Marzo de 2012

PRACTICA # 1: “Características del Diodo de Unión PN” I.- Marco Teórico:

Verificar datos técnicos de 1N4001 o 1N4004 -Voltaje inverso (reverse voltage) Un diodo rectificador empleado en fuentes de alimentación (circuitos que convierten una tensión alterna en una tensión continua). La serie de diodos del 1N4001 al 1N4007 son siete diodos que tienen las mismas características con polarización directa, pero en polarización inversa sus características son distintas. Primeramente analizaremos las "Limitaciones máximas" que son estas:

Voltaje inverso repetitivo de pico Voltaje inverso de pico de funcionamiento Voltaje de bloqueo en cc

Símbolo VRRM VRWM

IN4001 50V 50V

VR

50V

Estos tres valores especifican la ruptura en ciertas condiciones de funcionamiento. Lo importante es saber que la tensión de ruptura para el diodo es de 50 V, independientemente de cómo se use el diodo. Esta ruptura se produce por la avalancha y en el 1N4001 esta ruptura es normalmente destructiva. -Corriente directa rectificada (rectified forward current) Un dato interesante es la corriente media con polarización directa, que aparece así en la hoja de características:

Corriente directa rectificada con polarización directa

Símbolo I0

Valor 1A

Indica que el 1N4001 puede soportar hasta 1 A con polarización directa cuando se le emplea como rectificador. Esto es, 1 A es el nivel de corriente con polarización directa para el cual el diodo se quema debido a una disipación excesiva de potencia. Un diseño fiable, con factor de seguridad 1, debe garantizar que la corriente con polarización directa sea menor de 0,5 A en cualquier condición de funcionamiento. Los estudios de las averías de los dispositivos muestran que la vida de éstos es tanto más corta cuanto más cerca trabajen de las limitaciones máximas.

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Ingeniería Mecatronica – Práctica de Electrónica Analógica -Voltaje directo (forward volage) Otro dato importante es la caída de tensión con polarización directa:

Caída de instantánea directa

tensión máxima con polarización

Símbolo

Valores Típicos

VF

0.93V

Valores Máximos 1.1V

Estos valores están medidos en alterna, y por ello aparece la palabra instantáneo en la especificación. El 1N4001 tiene una caída de tensión típica con polarización directa de 0,93 V cuando la corriente es de 1 A y la temperatura de la unión es de 25 ºC. II.- Material necesario: Fuente de alimentación CD variable y regulada, de bajo voltaje Multímetro digital Tablero para experimentos (protoboard) Resistores de 250, 330 y 5.6KΩ Potenciómetro de 2KΩ Diodos de silicio 1N4001 (o 1N4002) III.- Desarrollo de la Práctica:

A.- Polarización del diodo. 1) Identifique los extremos ánodo y cátodo de un diodo de silicio y arme el circuito mostrado en la figura 1. 2) Ajuste la salida de la fuente de CD variable de manera que el voltaje en el diodo (V AK) mida 0.7 volts. Mida y anote en la tabla 1.1, la corriente del diodo (ID). 3) Invierta el diodo y mida ID. Anote los resultados en la tabla 1.1. 4) Mida VAK con el diodo en polarización inversa y anótelo en la tabla. Calcule y anote la resistencia del diodo (VAK/ID). 5) Quite el diodo del circuito y mida su resistencia en ambas polarizaciones directa e inversa.

B.- Características voltaje-corriente. 6) Cambie la posición del diodo en el circuito de manera que reciba polarización directa. Ajuste la fuente variable de acuerdo a los valores de VAK que se muestran en la tabla 1.2. Mida y anote la corriente I D para cada valor de VAK. 7) Invierta la polarización del diodo de manera que reciba polarización inversa. De nuevo fije la fuente de CD variable de acuerdo a los valores de VAK que se muestran en la tabla 1.2. Mida y anote la corriente ID para cada valor de VAK. Esta corriente es pequeña por lo que se requerirá la escala de microamperes. 8) Trace la curva característica de un diodo en papel cuadriculado; para ello grafique V AK en el eje X se representen los valores entre 0 y 3 volts y en el eje negativo aparezcan los valores entre 0 y 50 volts. La escala del eje Y deberá servir para todo el intervalo de corrientes correspondientes a la polarización directa e indirecta.

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Ingeniería Mecatronica – Práctica de Electrónica Analógica _________________________________________________________________________________

Figura 1 Paso

VAK

2

0.7V

3, 4

22.9V

5

ID 10.45 mA 0

Resistencia del diodo 9.26MΩ

N/A Directa: 1.78M N/A N/A Inversa: Tabla 1.1 Mediciones del diodo

Paso 6 Polarización Paso 7 Polarización VAK directa ID, mA VAK inversa ID, µA 0.1 0 0 0 0.2 0 -2 0 0.3 0 -4 0 0.4 0.01 -6 0 0.5 0.18 -10 0 0.6 1.21 -12 0 0.7 10.42 -16 0 Tabla 1.2 Características voltaje-corriente

C.- Cálculos de voltaje y corriente. 9) Calcule y mida Vo e ID del siguiente circuito:

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Ingeniería Mecatronica – Práctica de Electrónica Analógica _________________________________________________________________________________ 10) Calcule y mida Vo, ID y VD2 del siguiente circuito:

11) Calcule y mida Vo, ID y VD2 del siguiente circuito:

IV.- Cálculos y mediciones:

V0 (V) ID (mA)

Medid o 10.75 1.92

Calcula do 10.6 1.927

9)

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Ingeniería Mecatronica – Práctica de Electrónica Analógica _________________________________________________________________________________ 10)

V0 (V) ID (mA) VD2 (V)

Medid o 0 0

Calcula do 0 0

11.64

11.3 ;

11)

V0 (V) ID (mA) VD2 (V)

Medid o 0.708 14

Calcula do 0.7 15

0.708

0.7

V.- Resultados y Conclusiones:

En esta Práctica aprendimos a identificar las polarizaciones del diodo de silicio y los voltajes que debe dar en respuesta a un determinado voltaje de suministro, pudimos darnos cuenta que al momento de polarizar inversamente el diodo de silicio el diodo prácticamente se transformar en una resistencia muy grande y evita el flujo de la corriente y al mismo tiempo el diodo toma automáticamente el voltaje de la fuente de alimentación de entrada y al polarizarlo directamente pudimos corroborar que el una vez que en el diodo sobrepasa el voltaje de ruptura se convierte automáticamente como en un dispositivo conductor permitiendo el flujo de la corriente. VI.- Bibliografía: -

http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema3/Paginas/Pagina9.htm

Universidad Autónoma de baja california

Medina Olguín Aarón Alfredo #277477

Circuitos Analógicos

Investigación: Fuentes de alimentación Lineales y conmutadas

03/14/12 Tecate baja california

Fuentes Conmutadas Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma energía eléctrica mediante transistores en conmutación. Mientras que un regulador de tensión utiliza transistores polarizados en su región activa de amplificación, las fuentes conmutadas utilizan los mismos conmutándolos activamente a altas frecuencias (20-100 Kilociclos típicamente) entre corte (abiertos) y saturación (Cerrados). La forma de onda cuadrada resultante es aplicada a transformadores con núcleo de ferrita (Los núcleos de hierro no son adecuados para estas altas frecuencias porque...) para obtener uno o varios voltajes de salida de corriente alterna (CA) que luego son rectificados (Con diodos rápidos)y filtrados (Inductores y condensadores)para obtener los voltajes de salida de corriente continua (CC). Las ventajas de este método incluyen menor tamaño y peso del núcleo, mayor eficiencia por lo tanto menor calentamiento. Las desventajas comparándolas con fuentes lineales es que son más complejas y generan ruido eléctrico de alta frecuencia que debe ser cuidadosamente minimizado para no causar interferencias a equipos próximos a estas fuentes. Las fuentes conmutadas tienen las siguientes ventajas: 





La eficiencia de las fuentes conmutadas está comprendida entre el 68 y el 90%. Esto hace reducir el costo de los dispositivos de potencia. Además, los dispositivos de potencia funcionan en el régimen de corte y saturación, haciendo el uso más eficiente de un dispositivo de potencia. Debido a que la tensión de entrada es conmutada en un forma de alterna y ubicada en un elemento magnético, se puede variar la relación de transformación pudiendo funcionar como reductor, elevador, o inversor de tensión con múltiples salidas. No es necesario el uso del transformador de línea, ya que el elemento magnético de transferencia de energía lo puede reemplazar, funcionando no en 50/60 Hz, sino en alta frecuencia de conmutación, reduciendo el tamaño del transformador y en consecuencia, de la fuente; reduciendo el peso, y el coste.

Un transformador de energía de 50/60 Hz tiene un volumen efectivo significativamente mayor que uno aplicado en una fuente conmutada, cuya frecuencia es típicamente mayor que 15 kHz. La desventaja de las fuentes conmutadas es su diseño más elaborado. Un diseño de una fuente conmutada puede llevar varias semanas o meses de desarrollo y puesta a punto, dependiendo de los requerimientos. Segundo, el ruido es mayor que el de las fuentes lineales. En la salida y entrada, radia interferencia electromagnética y de radiofrecuencia. Esto puede dificultar el control y no deberá ser ignorado durante la fase de diseño. Por éste motivo se deberán agregar de protección, de arranque suave, y filtros de línea adicionales como etapas previas. Tercero, la fuente conmutada toma proporciones de energía de la entrada en pulsos de tiempos limitados para transferirlo a la salida en otras condiciones de corriente y tensión, por lo que le llevará mayor tiempo de restablecimiento al circuito para soportar variaciones en la entrada. Esto se llama “respuesta transitoria en el tiempo“. Para compensar este funcionamiento lento, los capacitores de

filtro de salida se deberán incrementar para almacenar la energía necesaria por la carga durante el tiempo en que la fuente conmutada se está ajustando.

Fuentes Lineales En electrónica, una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (ordenador, televisor, impresora, router, etc.). La fuente lineal ofrece al diseñador tres ventajas principales:   

Simplicidad de diseño. Operación suave y capacidad de manejar cargas. Bajo ruido de salida y una respuesta dinámica muy rápida. Para potencias menores a 10W, el costo de los componentes es mucho menor que el de las fuentes conmutadas.

Las desventajas del regulador lineal es su límite de aplicación. Sólo pueden ser reductores de tensión, lo que significa que se necesitará una caída de tensión aceptable para poder controlar la polarización de la etapa de potencia lineal y la regulación en la línea. En aplicaciones de línea de 50Hz, deberán utilizarse transformadores de linea adicionales de gran volumen, condicionando su versatilidad y practicidad. Segundo, cada regulador lineal puede tener sólo una salida. Por esto, para cada salida regulada adicional necesaria, deberá incrementarse el circuito de potencia. Tercero, y quizás el más importante es su eficiencia. En aplicaciones normales, los reguladores lineales tienen una eficiencia del 30 al 60%. Esto significa que por cada Watt los costos se irán incrementando. Esta pérdida llamada “headroom loss“, ocurre en el transistor de paso y, desafortunadamente es necesaria para polarizar la etapa de potencia y para cumplir con las especificaciones de regulación de línea, cuando la mayoría del tiempo el regulador no funcionará en esas condiciones.

Generalmente, la industria está optando por el uso de fuentes conmutadas en la mayoría de las aplicaciones. En baja potencia, donde es necesaria una mejor característica de rizado se está optando por insertar una fuente lineal en serie con la fuente conmutada.