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• Emmanuel Gonzalez Hernandez

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P R AC T IC A

TV

AP LIC AC IO N E S D E L D IO D O

O BJE T T V O S

- C onocer algunos de los diferentes circuitos bá sicos, donde se em plean diodos, a sl com o la función y a plica ción de ca da uno de estos.

R ectificadores:

Las redes de rectificación, son com únm ente em pleadas e n la conve rsión de se ña le s sinusoidales (C A con prornedio igua l a cero) a form as de onda que tienen niveles prornedio positivos o negativos. E n la figura 1b se observa e l circnito de un ¡e ctifica dor de m edia onda, donde se aprovecha la característica de conducción e n un sólo se ntido del diodo pa ra obte ne r la fonna de onda de la figura lc a partir de la se noide de e ntra da m ostra da en la figura 1 a.

ID

óu*

RL

b)

F igura 1 . a ) S eñal senoidal, b) C ircuito re ctifica dor de m e dia onda , c) S eñal re ctifica da e n un sem iciclo.

E n el circuito de la figura lb, si se coloca el diodo inve rtido, se obtienen los sem iciclos negativos de la senoide de la figura 1a. P a ra obtener un volta je prornedio m a yor a l que se obtiene con la re ctifica ción de l/2 onda, se utiliza rur re ctifica dor de onda com ple ta , e sto puede lograrse con dos diodos y un tra nsfonna dor con derivación ce ntra l o con cua tro diodos y un transform ador sin de riva ción, en e l prirner ca so e l circuito se observa e n la figura 2b, siendo la onda de salida la observa da e n la figura 2c, m ientras que e l otro caso se m uestra en la figura 3.

2t

a)

b)

c)

F igua 2. a) S eñal senoidal, b) R e ctifica dor de onda com pleta con derivación ce ntra l, c) F orm a de onda re ctifica da e n los dos sem iciclos.

E n en el se m iciclo positivo de Ia seíial de e ntra da (F igura 2 a ),e l diodo D ,, de la figura 2b está pola rizado directam ente, tal que e n la resistencia se presenta el pulso I de la figura 2c, rnientras que e l diodo D , está polarizado inversam ente. E n el se m iciclo negativo de la se ña l de e ntra da , el diodo D , se polariza inve rsa m e nte , m ientras que D , que da polarizado en se ntido directo, pre se ntá ndose en la resistencia el pulso 2 de la figura 2 c. E n la figura 3b se obse rva un re ctifica dor de onda com pleta tipo puente.

+

V

a)

b)

c)

F igura 3. a) S eñal senoidal, b)C ircuito re ctifica dor de onda com pleta tipo puente, c) S eñal re ctifica da de onda com ple ta . E n el se rniciclo positivo de la se ña l de e ntra da (figura 3a), los diodos D , y D ¿ e stán pola riza dos directam ente, tal que en la resistencia se presenta e l pulso I de la figura 3c, m ie ntra s los diodos D z y D ¡ están polarizados inversam ente. E n e l sem iciclo ne ga tivo son los diodos D , y D o los polarizados inversam ente, m ie ntra s D z y D ¡ e stá ,n e n sentido directo, pre se ntá ndose en la resistencia el pulso 2 de la figura 3c y así sucesivarne nte . 22

R e coÉ a dores:

E n la salida de los circuitos recortadores, com o su nom bre lo indica, pa re ce ser com o si una porción de la señal de entrada hubiera sido recortada. E ste tipo de circuitos requiere por lo m enos de dos com pone nte s fundam entales, un diodo y una resistencia; sin ernbargo tura batería de C D , se usa frecuentem ente (e n a lgunos casos e l diodo zener puede reem plazar a la ba te ria ).

E xisten una gralr variedad de configuraciones para recortadores, por lo que, a m anera < le e jem plo, en la figura 4 b se observa un re corta dor positivo se rie polarizado con señal de entrada senoidal (frgura 4 a ) y una sa lida com o la m ostra da en la figura 4 c.

a)

b)

c)

F igura 4. a) F onna de onda de entrada: se ña l senoidal, b) C ircuito recortador; diodo en serie con fliente; c) F orm a de onda recortada en e l se m iciclo positivo. S ujetadorts:

Los circuitos sujetadores, sirnplem ente sujetan la form a de onda a un nivel de C D diferente. E stos circuitos tienen un m ínim o re quisito de 3 e le m e ntos: un diodo, un conde nsa dor y una resistencia, a unque tam bién pue de utilizarse una baterla de CD. E n e ste tipo de circuitos, las rna gnitudes de R y C de be n e le girse de ta l m a ne ra que la constante de tie rnpo (eR C ) se a suficientem ente grande para a se gura r que el voltaje e n el capacitor no se desca rgue e n fonna significa tiva dura nte el inte rva lo e n el que el diodo no e sté conduciendo. La consta nte de tie m po (t) de be ser m ayor que el período (T ) de la señal a la cua l se le e sta cam biando el nivel de C D . P ara ve rm ás claram ente esto, vam os a a na liza r el circuito suje ta dorde la figura 5 b, para la entrada de la figura 5 a . 23

a)

b)

c)

F igura 5. a) F orm a de onda de e ntra da , b) C ircuito sujetador básico, c) S eiral de sa lida . D urante el pritne r serniciclo (de 0 a t,) el diodo está polarizado directam ente (se considera corno diodo ide a l), por lo que el capacitor se ca rga instantáne a m e nte (ya que t= R C y esto es igual a cero debido a l diodo ide a l) a 5 volts con la polaridad m ostrada en la figr.ua 5b. P ara la se gunda m itad del período (de t, a tr), el diodo se com porta com o circuito abierto, obte nié ndose e n la salida la sum a del voltaje e n el capacitor m as e l volta je de e ntra da (V i). La form a de onda de salida se m ue ste a en

la figura 5 c. E n el se m iciclo ne ga tivo (de t, a tr) el capacitor em pieza a de scargarse con t:R C , para este caso: r = (1 0 0 KO X 0.1 ¡rF ) = 1 0 m seg y com o e l período de la se ña l al carnbiar e l nive l de C D e s: T :l/f : l/1 0 0 0 H z: 1 m se g y t-tr--T l2 :0.5 m seg por lo tauto, la de sca rga e n e l capacitor es m ínim a, sin em bargo, si los valores de R y C nos dieran una consta nte de tiem po m ucho m enor, la descarga del ca pa citor se ría considerable a fe cta ndo e l funciona m ie nto de l circuito com o sujetador.

M ultiplicadorrs de volta je M e dia nte a ne glos de diodos y capacitores, podem os obtener m ayores voltajes de salida con respecto a l volta je de e ntra da . E n la figura 6 se obse rva un doblador de voltaje de m e dia onda .

24

O -'

2Y m +

F igura 6. C ircuito doblador de volta je de m edia onda.

E n el sem iciclo positivo D , no conduce y D , si, con lo que C , se ca rga ha sta e l valor de V m . E n e l se m iciclo negativo D , conduce y D , no, por lo que C , se carga con V m .+ . V ", : 2V m . N O T A: V m es el volta je de pico de la señal senoidal (V m : {2V ,',,¡. E n la figura 7 se observa un doblador de voltaje de onda com pleta.

o-----= l oll clt

--_gl

F igura 7. D obla dor de volta je de onda com ple ta . D urante e l se m iciclo positivo D , conduce y D , no, con lo que C , se ca rga ha sta V m . E n el sem iciclo ne ga tivo D , no conduce y D , si, con lo que C , se ca rga hasta V m , obteniéndose a la salida V ., + V cu = 2 V m .

M AT E R IAL Y E C antidad

I

i

D escripción O sciloscopio. T ableta experim ental. 25

I

G enerador de funciones. D iodos 1N 4001 o e quiva le nte s. D iodos zener de 8 .2 V , I W . R esistencias de I KQ , l/4 W . R esistencia de 4 7 0 KO . C apacitor 0 .1 pF . C apacitores de 4 7 0 1tF , 2 4 Y . T ransform ador de ll0 Y a24 V c/deriv. ce ntra l.

4 2 2

I I 2 1

D E S AR R O LLO E X P E R IM E N T A L 1.. C IR C U IT O S R E C T ]F IC AD O R E S "

l.l.

Im plem ente los circuitos de las figura s 8b, 8c, 8d, 8e y aplique la form a de

onda de la

figua

8a.

d)

e)

F igura 8 . R ectificadores de m edia onda. l.2 .O bse rve los volta je s de salida (V o) en el osciloscopio y dibújelos. 1.3. Im plem ente los circuitos de las figura s 9 y 1 0 . N O T A: O bserve el voltaje que hay clue a plica r a ca da circuito.

26

'tsJ---G l

F igurn 9. R e ctifica dor de onda com pleta con transform ador con derivación ce ntra l.

'¿ F t-gl

F igura 10. R e ctifica dor de onda com pleta tipo pue nte . 1.4. O bserve los volta je s de salida (V o) en e l osciloscopio

y dibújelos.

2 . C IR C U IT O S R E C O R T AD O R E S D E V O LT AJE .

lli

2.1. Im ple m e nte los circuitos de la s figura s 1 lb, 11c,11d, y aplique la form a de onda de la figtrra lla .

lle ,

1 1f, 1 1 g, 1lh,

2.2. O bserve los volta je s de salida (V o) en e l osciloscopio y dibújelos.

3 . C IR C U IT O S S U JE T AD O R E S D E V O LT AJE . 3.1. Im ple m e nte los circuitos de la s figura s 12b, lZ c, onda de la frgura 1 2 a .

27

y

a plique la form a de

b)

I

KS ¿

s--{ff-l--? vi V-t- Aro

_t o.--------{--.-o e)

F igura 11. C ircuitos recortadores de voltaje.

a)

b)

c)

F igura 12. C ircuitos suje ta dore s de volta je 3 .2 . O bserve los volta jes de salida (V o) en el osciloscopio y dibúje los.

4. C IR C U IT O S M U LT IP LIC AD O R E S D E V O LT AJE . 4 .1 Im ple m e nte los circuitos dobladores de las figura s l3 a y 13b. N O T A: O bserve con cuidado la polaridad de los filros al arm ar e l circuito, a sl com o el volta je m á xirno que soporta n. 28

Dr

47O pF I

l0 V ¡a

Dt

47O PF

Cz

Vo

+

I

l0 V ¿ a 60 H z

F igum 13. C ircuitos dobladores de voltaje. 4.2. O bserve la s señales de salida (V o) en e l osciloscopio y dibújelos. 4.3. C oloque rura resistencia de

I

KQ e n la salida de los circuitos de la figura

13.

4.4. O bserve la señal de salida en las resistencia de de rizo. U tilice el osciloscopio.

29

I

KC ), a sí com o e l volta je

AC T IV ID AD E S C O M P LE M E N T AR T AS l.- D e los

circuitos de la figura 8, ¿ C on cuál se obtiene el m a yor voltaje prom e dio positivo?, ¿ y negativo?, com e nte .

2.- ¿ Q ué ve nta ja s o desventajas presentan (uno con re spe cto a l otro), los rectifica dore s de onda com pleta de la F igura 9, y los de ll2 onda de la figura 8 ?. 3.- M e ncione tre s aplicaciones prácticas de recortadores de voltaje.

4 .- E xplique a que se debe que el voltaje e n la sa lida de los circuitos de la frgxa 12 e sté n rnonta dos sobre una com pone nte de C D positiva y negativa re spe ctivam ente .

5.- E xplique que sncede con el capacitor C , del doblador de voltaje de m edia onda de la F igura 13a, en e l ca so de tener una resistencia de ca rga e n la salida V o.

6.- E xplique ha sta que voltaje se pueden descargar las sa lida s (V o) de los dobladores de volta je de la figura 13, e n ca so de tener ca rga s m uy pe queñas e n la sa lida.

7.- M e ncione dos aplicaciones prácticas de m ultiplicadore s de volta je.

8 .- Im ple m e nte e n e l paquete com puta ciona l W O R K-BE N C H , un circuito de ca da uno de los cuatro pasos del desarrollo experim ental, e im prím a los m ostra ndo el osciloscopio con la s seña le s de e ntra da (V i) y de salida (V o).

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