Universidad Politcnica de Victoria

Electrnica AnalgicaUnidad 1: Diodos SemiconductoresReporte de prctica: Circuitos con diodos

Dr. Carlos Adrin Calles Arriaga

Integrantes: Jesus Alberto Perez RincnCarrera: Mecatrnica

Fecha: 13/Mayo/2014

Resumen

En esta prctica se elabor una serie de circuitos recortadores con el propsito de saber el comportamiento del diodo rectificador. El circuito se resolvi de forma prctica y mediante simulacin. Para realizar la prctica se utilizaron 4 diodos rectificadores (1N4001), un condensador de 1000 uF a 25V, 1 LED, 1 transformador 127v/6v, 1 regulador de voltaje 78056 resistencias de diferentes valores, un protoboard. E equipo necesario para realizar esta prctica; 1 osciloscopio, 1 generador de seales, 1 fuente de alimentacin y para hacer las simulaciones correspondientes al circuito se utiliz el software de simulacin.

I Introduccin.

La denominacin semiconductor advierte en si misma sus caractersticas. El prefijo semi es aplicado normalmente a un rango de nivel entre dos lmites. El trmino conductor se aplica a cualquier material que permite el flujo generoso de carga cuando una fuente de voltaje de magnitud limitada se aplica a travs de sus terminales. Por tanto un semiconductor [1], es un material que posee un nivel de conductividad que se localiza entre los extremos de un dielctrico y de un conductor.Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por una juntura llamada barrera o unin. Esta barrera o unin es de 0.3 voltios en el diodo de germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio. En la figura 1.1 se muestra la simbologa del diodo semiconductor.

Fig. 1.1 Diodo semiconductor

Principio de operacin de un diodoEl semiconductor tipo N tiene electrones libres (exceso de electrones) y el semiconductor tipo P tiene huecos libres (ausencia o falta de electrones). En la figura 1.11 se muestra el interior de diodo semiconductor del tipo n y p.Tipo NTipo P Fig. 1.11 Interior del diodo semiconductor

En un material tipo n (Fig. 1.12a) el electrn se denomina portador mayoritario y el hueco, portador minoritario.Para el material tipo p, el nmero de huecos sobrepasa por mucho al nmero de electrones como se muestra en la Fig. 1.12b.

Figura 1.12 (a) material tipo n, (b) material tipo p.

El diodo semiconductor puede trabajar de dos maneras:Polarizacin Directa Se establece una situacin de polarizacin directa o de encendido cuando una tensin positiva se aplica al lado P y una negativa al lado N, los electrones en el lado N son empujados al lado P y los electrones fluyen a travs del material P ms all de los lmites del semiconductor. De igual manera los huecos en el material P son empujados con una tensin negativa al lado del material N y los huecos fluyen a travs del material N. Fig. 1.13 muestra la polarizacin directa del diodo semiconductor.Un diodo semiconductor se encuentra en polarizacin directa cuando se establece una asociacin tipo p con positivo y tipo n con negativo.

Fig. 1.13 Unin p-n bajo polarizacin directa.Polarizacin inversa La polarizacin inversa se da cuando una tensin positiva se aplica al lado N y una negativa al lado P, los electrones en el lado N son empujados al lado N y los huecos del lado P son empujados al lado P. En este caso los electrones en el semiconductor no se mueven y en consecuencia no hay corriente. Fig. 1.14 Polarizacin inversa del diodo semiconductor.

Fig. 1.14 Unin p-n bajo polarizacin inversa.Nota: El funcionamiento antes mencionado se refiere al diodo ideal, sto quiere decir que el diodo se toma como un elemento perfecto (como se hace en casi todos los casos), tanto en polarizacin directa como en polarizacin inversa.En esta prctica a realizar, se pretende obtener las mediciones de las ondas de voltaje en el diodo rectificador con diferentes arreglos de circuitos recortadores.

II DesarrolloCon el propsito de demostrar e identificar el funcionamiento de un diodo como elemento de un circuito electrnico, se realizara la elaboracin de cinco circuitos recortadores en los cuales se aplicara una seal triangular de 15 Vp-p a la entrada y se medir con el osciloscopio el voltaje de salida.Primeramente se calibro el canal del osciloscopio a utilizarse para realizar las mediciones en los circuitos. Se construyeron uno a uno los circuitos dados en la prctica.Tanto el primer circuito como los que a continuacin se muestran se les realizaron las mismas series de pasos. Los cuales son: Construccin del circuito, conexin de fuente (5v), conexin de generador de seales con una onda triangular de 15 Vp-p, y finalmente la conexin del osciloscopio a las terminales del circuito recortador. Nota: Para todos los circuitos realizados se gener una seal triangular de 15Vp-p como se muestra en la Fig. 1.15.

Fig. 1.15 Generador de Seales1. Construccin del Primer circuito Fig. 1.16. Se aliment con una fuente de poder a 5V Fig. 1.17. Adems de la seal triangular creada por el generador de seales Previamente se continu a realizar la simulacin en el software Proteus Fig. 1.18.

Fig. 1.16 Construccin de Circuito unoFig. 1.17 Fuente de poder a 5V

Fig. 1.18 Simulacin del circuito #1Construccin de circuito dos (Fig. 1.19, Fig. 1.20, Fig. 1.21). Fig. 1.19 Construccin del circuito dosFig. 1.20 Fuente de poder a 5V

Fig. 1.21 Simulacin de circuito #2

Construccin del circuito tres (Fig. 1.22, Fig. 1.23, Fig. 1.24). Fig. 1.22 Construccin del circuito tres Fig. 1.23 Fuente de poder a 5.1V

Fig. 1.24 Simulacin de circuito #3

Construccin del circuito cuatro (Fig. 1.25, Fig. 1.26, Fig. 1.27). Fig. 1.25 Construccin del circuito cuatroFig. 1.26 Fuente de poder a 5.2V

Fig. 1.27 Simulacin del circuito #4Construccin del circuito cinco (Fig. 1.28, Fig. 1.29, Fig. 1.30).En este circuito recortador a comparacin de los cuatro anteriores se necesit de una fuente de poder ms. Fig. 1.28 Construccin de circuito cincoFig. 1.29 Fuente de poder, una lnea de 5.1V y una ms de 4.9V

Fig. 1.30 Simulacin del circuito #5

2.El siguiente circuito indicado en la prctica, es necesario de un transformador de 127V/6V, un condensador de 1000Uf a 25V, un regulador de voltaje 7805, cuatro diodos rectificadores 1N4001 y un diodo LED.Este circuito es la implementacin de una fuente de voltaje de CD, mediante los pasos dados en la prctica, se obtendrn y guardaran las formas de onda de voltaje en el osciloscopio.En las siguientes imgenes se mostraran los pasos realizados de la construccin de esta fuente de voltaje CD.A). Conecte el transformador y mida el voltaje de salida Fig. 2.10, Fig. 2.11.

Fig. 2.10 Medicin del voltaje del transformador Fig. 2.11 Simulacin de medicin de voltaje

B). Conecte el puente rectificador, con una resistencia a la salida, mida el voltaje de salida Fig. 2.12 Fig. 2.13.

Fig. 2.12 Medicin de voltaje en las salidas de la resistencia.

Fig. 2.13 Simulacin de medicin de voltaje en las terminales de la resistencia.

C). Retire la resistencia y conecte el condensador y mida el rizo de voltaje, Fig. 2.14, Fig. 2.15.

Fig. 2.14 Medicin de voltaje en las terminales del condensador

Fig. 2.15 Simulacin de medida de voltaje en las terminales del capacitor.

D). Conecte el regulador con un LED a la salida, mida el voltaje de salida, Fig. 2.16, Fig. 2.17.

Fig. 2.16 Medicin de voltaje de salida en las terminales del Diodo LED.

Fig. 2.17 Simulacin de medicin de voltaje en las terminales del Diodo LED.

E). Conecte una carga de acuerdo a la capacidad de corriente del regulador y mida el voltaje de salida Fig. 2.18, Fig. 2.19.

Fig. 2.18 Medicin de voltaje en las terminales del regulador de voltaje.

Fig. 2.19 Simulacin de medicin de voltaje en la salida del regulador de tensin.

F). Calcule la regulacin de voltaje que presenta la fuente Fig. 2.20, Fig. 2.21.

Fig. 2.20 Medicin del voltaje total que entrega la fuente.

Fig. 2.21 Simulacin de medicin de a salida de voltaje total en la fuente.

III Resultados

A continuacin se muestran los resultados obtenidos por el osciloscopio al igual que por medio de la simulacin en Proteus. Estos resultados son las ondas de la salida de voltaje de cada circuito de la parte 1 y de la parte 2 se muestran las salidas de voltaje de cada uno de los pasos mencionados.1. Resultados de la parte 1. Circuitos recortadores (Los primeros cinco circuitos).

Circuito #1. En la Fig. 3.10 se muestra la onda obtenida en el osciloscopio y en la Fig. 3.11 se muestra la onda obtenida por la simulacin del software.

Fig. 3.10 Onda generada por el Osciloscopio. Fig. 3.11 Onda generada por la simulacin.

En la onda generada se puede mostrar que es una media onda positiva y no se muestra la parte negativa esto se debe a la conexin del circuito, ya que el diodo esta polarizado directamente y no inverso.

Circuito #2. En la Fig. 3.12 se muestra la onda obtenida por el osciloscopio y el la Fig. 3.13 se muestra la onda obtenida por la simulacin.

Fig. 3.12 Onda generada por el osciloscopio.Fig. 3.13 Onda generada por simulacin.En esta segunda onda que pertenece al circuito nmero dos se puede observar como se muestra una onda de tipo negativa debido a la conexin empleada.

Circuito #3. En la Fig. 3.14 se muestra la onda obtenida por el osciloscopio y el la Fig. 3.15 se muestra la onda obtenida por la simulacin.

Fig. 3.14 Onda generada por el Osciloscopio. Fig. 3.15 Onda generada por la simulacin.

La onda generada nos dice que este circuito al igual que el primero es de tipo positivo ya que su onda se encuentra elevada.

Circuito #4. En la Fig. 3.16 se muestra la onda obtenida por el osciloscopio y el la Fig. 3.17 se muestra la onda obtenida por la simulacin.

Fig. 3.16 Onda generada por el Osciloscopio. Fig. 3.17 Onda generada por la simulacin.

Circuito #5. En la Fig. 3.18 se muestra la onda obtenida por el osciloscopio y el la Fig. 3.19 se muestra la onda obtenida por la simulacin.

Fig. 3.18 Onda generada por el Osciloscopio. Fig. 3.19 Onda generada por la simulacin.

Estos Fueron los resultados obtenidos de los circuitos recortadores de esta practica A continuacin se muestran los resultados de la segunda parte de la prctica.

2. Resultados de la parte 2. Circuito de una fuente de voltaje de CD.A continuacin se muestran los resultados obtenidos tanto en la prctica como en la simulacin hecha en el software Proteus.A). Conecte el transformador y mida el voltaje de salida Fig. 4.10, Fig. 4.11, Fig. 4.12.

Fig. 4.10 Medicin de las terminales del transformador por medio del multmetro.

Fig. 4.11 Onda obtenida de las terminales Fig. 4.12 Simulacin de onda de voltaje.del transformador.

B). Conecte el puente rectificador, con una resistencia a la salida, mida el voltaje de salida, Fig. 4.13, Fig. 4.14.

Fig. 4.13 Onda de voltaje obtenida. Fig. 4.14 Onda de voltaje obtenida por simulacin.

C). Retire la resistencia y conecte el condensador y mida el rizo de voltaje, Fig. 4.15, Fig. 4.16.

Fig. 4.15 Onda de voltaje obtenida. Fig. 4.16 Onda de voltaje obtenida por simulacion.

D). Conecte el regulador, con el LED a la salida, mida el voltaje de salida, Fig. 4.17. Fig. 4.18.

Fig. 4.17 Onda obtenida Fig. 4.18 Onda obtenida por simulacin.

E). Conecte una carga de acuerdo a la capacidad de corriente del regulador y mida el voltaje de salida Fig. 4.19, Fig. 4.20.

Fig. 4.19 Onda obtenida.Fig. 4.20 Onda obtenida por simulacin.

IV Discusin de resultados

Los resultados obtenidos fueron los esperados ya que las simulaciones del osciloscopio concuerdan con los resultados de las simulaciones creadas por el software Proteus.Solo en los resultados de los incisos A) y D) se obtuvieron resultados diferentes esto fue debido a que se conectaron las puntas del osciloscopio o ya sea del generador de seales puesto que la onda del inciso A) es inversa a la obtenida en la simulacin. En el inciso D) tambin se observa esa diferencia entre las ondas de ambos resultados esto debido a los problemas ya mencionados en el primer inciso.

V. Conclusiones

En conclusin se puede afirmar que el diodo semiconductor en este caso el utilizado fue un diodo rectificador, se pudo demostrar mediante las simulaciones de una serie de circuitos recortadores positivos y negativos, como es que funciona un diodo rectificador, adems de implementar una aplicacin de estos la cual es un circuito utilizado para las fuentes de voltaje DC.Con esta prctica quedan todas las dudas acerca de del diodo rectificador ya que se observaron cmo funcionan cuando se polarizan directamente o inversamente.

Referencias Bibliogrficas

[1] R. Boylestad, Electrnica de teora de circuitos y dispositivos electrnicos, Editorial Prentice Hall, 8va edicin.