LABORATORIO DE ELECTRONICA 1

PROYECTO 2

Francis Pérez C.I 26668068

Naudy Escalona C.I 20348277

Simulación: comportamiento del diodo zener y rectificador de onda completa.

1. ANALISIS DEL DIODO ZENER COMO COMPONENTE.

- 1 Dibujar en el simulador PROTEUS el siguiente circuito.

2. Ajustar los valores de Vi, proceda a simular y anote en la Tabla 1 los valores de IZ y VZ (Z, de “zener”: sentido inverso)

Tabla 1

Vi(V) 0 0.5 1 2.5 4 5.1 8 10Iz(Ma) 0 0 0 0 0 0.52 13 21.9Vz(V) 0 0.5 1 2.5 4 4.99 5.13 5.19

3. Invertir el diodo, repita el paso 2, anote en la Tabla 2 los valores de IF y

VF (F, de “forward”: sentido directo)

Tabla 2

Vi(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.5 2If(mA) 0 0.01 0.53 1.31 2.14 2.99 5.15 7.34Vf(V) 0 0.2 0.28 0.31 0.33 0.34 0.37 0.39

4. En el informe escrito dibujar la gráfica de las características Tensión – Corriente, con los valores obtenidos en las Tablas 1 y 2. Escriba las conclusiones.

Grafica 1

Región polarizada

inversamente

Grafica 2

Región Polarizada Directamente

Curva característica del Diodo Zener

.

Conclusiones:

En la gráfica, podemos observar el comportamiento del diodo en la región de polarización inversa y en la región de polarización directa. En la región de polarización inversa, el diodo no conduce corriente ya que la tensión de entrada Vi es menor que la tensión del Zener Vz, en esta situación, la tensión del diodo será igual a la tensión Vi. Cuando la tensión Vi alcanza el valor de Vz, el diodo comenzara a conducir corriente, manteniendo a su salida niveles similares de tensión ante cualquier valor de tensión de entrada y actuara así como un regulador de tensión o fuente DC con valor de regulación de aproximadamente Vz, en este caso 5.1V.

Los niveles de corriente presentan variaciones importantes ante cualquier variación de la tensión de entrada. En el caso de la región de polarización directa, se puede observar que el diodo Zener se comporta como un diodo convencional, conduciendo corriente cuando el valor de voltaje presente en el ánodo es superior al valor de voltaje del cátodo y comportándose como un circuito abierto en caso contrario. La tensión de salida presenta una ligera caída de aproximadamente 0.7V.

5. En el informe escrito dibuje la curva característica de un diodo zener de 9V. Explique detalladamente las características.

.

Curva característica de un Diodo Zener de 9V.

En la siguiente grafica se puede ver la curva característica de un diodo Zener de 9V. Al ser utilizado en su región de polarización inversa, el circuito se comportará como un regulador de voltaje de 9V cuando la tensión de entrada en el Zener sea superior a este valor, esto quiere decir que ante cualquier tensión de entrada, la tensión de salida seguirá siendo aproximadamente igual a 9V en tanto que la corriente si presentará variaciones importantes en su valor. Por otra parte, el diodo se comporta como un diodo convencional en su región de polarización directa, permitiendo la circulación de corriente cuando la tensión aplicada al ánodo es superior a la tensión aplicada al cátodo y comportándose como circuito abierto cuando esta tendencia se invierte.

2.

ANÁLISIS DEL RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA I

1. Monte en el simulador PROTEUS el siguiente circuito.

2.

Coloque el Canal_1 (CH1) del osciloscopio virtual en paralelo a la entrada Vi, y el Canal_2 (CH2) con la resistencia RL (Vo), ajuste los controles, proceda a simular y dibuje la forma de onda, en Vi y Vo que luego anexará en el informe escrito.

3. Dibuje el recorrido de la corriente en el puente rectificador en la siguiente gráfica para el ½ ciclo positivo

3. ANÁLISIS DEL RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA II

1. Dibuje en el simulador PROTEUS el siguiente circuito

2. Coloque el Canal_1 (CH1) del osciloscopio virtual en paralelo a la entrada Vi, y el Canal_2 (CH2) con la resistencia RL (Vo), ajuste los controles, proceda a simular y dibuje la forma de onda, en Vi y Vo que luego anexará en el informe escrito

3. Establezca un cuadro comparativo de: Diferencias, Similitudes, Ventajas y Desventajas, en cuanto al análisis del rectificador de onda completa I y II

RECTIFICADOR 1 RECTIFICADOR 2

SIMILITUDESTanto el rectificador 1 como el 2 transfieren energía de entrada a la salida durante ambas mitades del ciclo de entrada.

DIFERENCIASEl rectificador 1 presenta una caída de tensión mayor que la del rectificador 2.

El rectificador 1 emplea 4 diodos para cumplir su labor el 2 emplea solo 2 diodos.

VENTAJAS Solo hace necesaria la mitad del número de vueltas para el devanado secundario. Evita la magnetización del

El punto medio del secundario puede utilizarse como masa circuital común entre el secundario y la caga

No se produce magnetización neta

núcleo del transformador permanente.DESVENTAJAS Si un terminal de la fuente se

conecta a tierra, ningún terminal de resistencia de carga puede conectarse a tierra.

Requiere transformador con derivación central.

4. DISEÑO

1. Diseñe un Regulador de Voltaje con un Diodo Zener, simule en la herramienta PROTEUS, verifique el correcto funcionamiento, luego cambie el Zener por un I.C. (Circuito Integrado) Regulador y establezca la comparación.

LABORATORIO

1. Identifica en el siguiente esquema y nombra los elementos que intervienen en la etapa de:

Entrada

Reducción de tensión

Rectificación

Filtrado

Regulación

Salida

Entrada: El elemento que interviene en la etapa de entrada es la fuente de tensión AC de 120 Vac.

Reducción de tensión: El elemento que interviene en la etapa de reducción de tensión es el transformador T el cual atenúa la señal AC de 120 Vac a 12 Vac.

Rectificación: El elemento que interviene en la etapa de rectificación es el puente rectificador DF10M.

Filtrado: el elemento que interviene en la etapa de filtrado es el capacitor C1, el cual se encarga de reducir los rizos de salida del puente rectificador.

Regulación: Los elementos que intervienen en la etapa de regulación son la resistencia R1 y el diodo Zener, que al trabajar con la configuración mostrada (polarización inversa) funcionara como un regulador de voltaje igual a 5.1V.

Salida: los elementos que intervienen en la etapa de salida son la resistencia R2 y el diodo LED.

2. Haga los cálculos para el condensador C1 y las resistencias R1 y R2.

Para calcular R2, se debe utilizar la información de la hoja de datos del LED Rojo TLSU114P donde podemos observar que el dispositivo tiene una caída de tensión típica de 2V cuando sobre el circula una corriente de 20mA, en tanto la tensión del diodo zener utilizado es de 5.1V. De esta manera, el valor de resistencia R2 vendrá dado por la siguiente ecuación:

𝑅2 = 𝑉𝑧 – 𝑉𝑙𝑒𝑑 / 𝐼𝐿𝑅2 = 5.1 – 2 / 20𝑚

𝑅2 = 155 𝛺Por otra parte, podemos ver en el datasheet que la corriente máxima y mínima de operación del diodo LED es de 30mA y 10mA respectivamente, con lo cual podemos utilizar estas corrientes como ILmax e ILmin.Podemos calcular Izmax empleando la siguiente fórmula:

𝐼𝑧𝑚𝑎𝑥 = ILmin ∗ ( − 𝑉𝑠𝑚𝑖𝑛) + 𝐼𝐿𝑚𝑎𝑥 ∗ (𝑉𝑠𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑧) /𝑉𝑠𝑚𝑖𝑛 − 0.9 ∗ 𝑉𝑧 − 0.1 ∗ 𝑉𝑠𝑚𝑎𝑥

Considerando que el voltaje a la salida del transformador será una sinusoidal con amplitud de 12V, luego pasara por el puente rectificador donde se rectificara y sufrirá una caída de tensión de 1.4V (0.7 por cada uno de los dos diodos que conducen en cada semiciclo) y finalmente pasa por una etapa de filtrado donde consideraremos en este diseño un valor de rizo de 0.1V, tendremos que Vsmax y Vsmin tendrán valores de 10.6V y 10.5V respectivamente. 𝐼𝑧𝑚𝑎𝑥 = 10𝑚 ∗ (5.1 − 10.5) + 30𝑚 ∗ (10.6 − 5.1) /

10.5 − 0.9 ∗ 5.1 − 0.1 ∗ 10.6

𝐼𝑧𝑚𝑎𝑥 = 10𝑚 ∗ (5.1 − 10.5) + 30𝑚 ∗ (10.6 − 5.1) /10.5 − 0.9 ∗ 5.1 − 0.1 ∗ 10.6

𝐼𝑧𝑚𝑎𝑥 = 22.89 𝑚𝐴Calculamos R1: 𝑅1 = 𝑉𝑠𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑧 /𝐼𝐿𝑚𝑖𝑛 + 𝐼𝑧𝑚𝑎𝑥

𝑅1 = 10.6 − 5.1 /10𝑚 + 22.89𝑚𝑅1 = 167.22 𝛺

La ecuación para el cálculo de la capacitancia en el condensador C1: 𝐶1 = 𝑉𝑠𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑧 /𝛥𝑉 ∗ 𝑓𝑝 ∗ 𝑅1

Tomando en cuenta que la frecuencia fp es el número de pulsos por segundo que a su vez es dos veces la frecuencia de la señal de entrada, es decir 120 Hz, tendremos que: 𝐶1 = 10.6 − 5.1 120 ∗ 0.1 ∗ 167.22 𝐶1 = 2.74 𝑚𝐹

3. Con ayuda del osciloscopio visualice la forma de onda en el zener. ¿Cuál es su interpretación?

En la simulación se puede observar como la tensión en el diodo Zener (señal azul) fue transformada de una forma de onda AC senoidal a una onda continua o DC

como consecuencia de un proceso de rectificación y filtrado llevados a cabo en el puente de diodos y el capacitor. Esta señal luego es regulada al valor de voltaje deseado que es aproximadamente igual a Vz.

4. ¿Cuál es el voltaje de salida en el zener?

5.12Vdc

5. Dibuja el esquema reemplazando el ZENER por el IC LM7805 (regulador)

6. Monte el circuito, repita los puntos 3 y 4 y compárelo con el circuito del Zener, establezca un cuadro de diferencias y similitudes

En la

simulación se puede observar como la tensión a la salida del regulador (señal azul) fue transformada de una forma de onda AC sinusoidal a una onda continua o DC como consecuencia de un proceso de rectificación y filtrado llevados a cabo en el puente de diodos y el capacitor que luego son inyectados como onda de entrada en el regulador y este finalmente se encarga de llevar a la salida el nivel de voltaje deseado.

¿Cuál es el voltaje de salida en el regulador?

5Vdc

LM7805 – ZENER 1N4733A

Semejanzas Su voltaje de salida cae por debajo de 5 V cuando la tensión de entrada es inferior a 5v.

Ambos pueden emplearse como regulador de voltaje de 5 V cuando el voltaje de entrada es mayor de 5 V.

Diferencia

El LM7805 requiere capacitores de acople a la entrada y a la salida, mientras el Diodo Zener no los requiere.

EL LM7805 mantiene un valor de voltaje a la salida fijo para valores de entrada superiores a 8 V mientras el voltaje de salida del zener presenta ligeras variaciones cuando la tensión aplicada a la entrada varia.