simulacion electronica

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República Bolivariana De Venezuela Ministerio Del Poder Popular Para La Educación Superior Universidad Fermín Toro Núcleo Araure Edo Portuguesa Mediomundo Marielis

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Page 1: simulacion electronica

República Bolivariana De Venezuela

Ministerio Del Poder Popular Para La Educación Superior

Universidad Fermín Toro

Núcleo Araure

Edo Portuguesa

Mediomundo Marielis

22.104.988

Page 2: simulacion electronica

LABORATORIO DE ELECTRÓNICA I PROYECTO

ANÁLISIS 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.

Page 3: simulacion electronica

Gráfica de la Región Polarizada Inversamente

la región de polarización inversa, el diodo no conduce corriente en tanto la tensión

de entrada Vi sea 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 muy

similares de tensión ante cualquier valor de tensión de entrada y actuara así como

Page 4: simulacion electronica

un regulador de tensión o fuente DC con valor de regulación de aproximadamente

Vz, en este caso

5. En el informe escrito dibuje la curva característica de un diodo Zener de

9V. Explique detalladamente las características.

Curva Característica del 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.

ANÁLISIS DEL RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA I

1. Monte en el simulador PROTEUS el siguiente circuito

Page 5: simulacion electronica

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 anexara en el informe escrito.

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

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,

Page 6: simulacion electronica

proceda a simular y dibuje la forma de onda, en Vi y Vo que luego anexara

en el informe escrito.

DISEÑO

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: 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.

Page 7: simulacion electronica

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.

el valor de resistencia R2 vendrá dado por la siguiente ecuación:

𝑅2 = __𝑉𝑧 – 𝑉𝑙𝑒𝑑 __ 𝐼𝐿

𝑅2 = 5.1 − 2 𝑅2 = 155 𝛺 20𝑚

. Podemos calcular Izmax empleando la siguiente fórmula:

𝐼𝑧𝑚𝑎𝑥 = ___ILmin ( − ∗ 𝑉𝑠𝑚𝑖𝑛 ) + 𝐼𝐿𝑚𝑎𝑥 (∗ 𝑉𝑠𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑧 )__

𝑉𝑠𝑚𝑖𝑛 − 0.9 ∗ 𝑉𝑧 − 0.1 ∗ 𝑉𝑠𝑚𝑎𝑥

Tendremos que Vsmax y Vsmin tendrán valores de 10.6V y 10.5V respectivamente.

𝐼𝑧𝑚𝑎𝑥 = ___10 𝑚 (5.1 − 10.5) + 30∗ 𝑚 (10.6 − 5.1)__∗

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

Page 8: simulacion electronica

10.5 − 0.9 5.1 − 0.1 10.6∗ ∗𝐼𝑧𝑚𝑎𝑥 = 22.89 𝑚𝐴Procedemos a calcular R1 de la siguiente manera:

𝑅1 = 𝑉𝑠𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑧 𝐼𝐿𝑚𝑖𝑛 + 𝐼𝑧𝑚𝑎𝑥𝑅1 = ___10.6 − 5.1

10𝑚 + 22.89𝑚𝑅1 = 167.22 𝛺

La ecuación para el cálculo de la capacitancia en el condensador C1 viene dada por: 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 𝑚𝐹3. Con la 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 sinusoidal a una onda continua o DC

como consecuencia de un proceso de rectificación y filtrado llevados a cabo en el

Page 9: simulacion electronica

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.

LM7805. LM7805 y Zener 1N4733A

SEMEJANZAS Ambos pueden emplearse como regulador de

voltaje de 5V

Cuando el voltaje de entrada es mayor de 5V

Su voltaje de salida cae por debajo de 5V

cuando la tensión de entrada es inferior a 5V

En ambos casos los voltajes y corrientes de la

fuente y la carga pueden variar ampliamente

pero el voltaje a la salida siempre se mantendrá

constante

DIFERENCIAS El voltaje de entrada al LM7805 debe ser al menos de

8V para que el regulador entregue 5V a la salida,

mientras que en el Zener el voltaje de entrada no debe

Page 10: simulacion electronica

ser tan distinto para que actue como regulador 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

Actividades de pre Laboratorio

DEFINA RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA Y ONDA COMPLETA

Un rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir

una señal de corriente alterna de entrada (Vi) en corriente continua de

salida (Vo) pulsante. A diferencia del rectificador de media onda, en este

caso, la parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte

positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal

positiva o negativa de corriente continua.

El rectificador de media onda es un circuito empleado para eliminar la parte

negativa o positiva de una señal de corriente alterna de lleno conducen

cuando se polarizan inversamente. Además su voltaje es positivo.

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA EN PUENTE

En la figura siguiente podemos ver un rectificador de onda completa en puente:

Page 11: simulacion electronica

Mediante el uso de 4 diodos en vez de 2, este diseño elimina la necesidad de la

conexión intermedia del secundario del transformador. La ventaja de no usar dicha

conexión es que la tensión en la carga rectificada es el doble que la que se

obtendría con el rectificador de onda completa con 2 diodos.

Las gráficas tienen esta forma:

RECTIFICADORES DE ONDA COMPLETA CON PUNTO MEDIO:

En electrónica, un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la

corriente alterna en corriente continua.1 Esto se realiza utilizando diodos

rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o

válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio (actualmente en desuso).

Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que

emplean, se les clasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una fase

de la red eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases.

Page 12: simulacion electronica

Atendiendo al tipo de rectificación, pueden ser de media onda, cuando sólo se

utiliza uno de los semiciclos de la corriente, o de onda completa, donde ambos

semiciclos son aprovechados.

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA MEDIANTE DOS DIODOS CON TRANSFORMADOR DE PUNTO MEDIO

Figura 2.- Circuito rectificador de K onda completa

El circuito, representado en la Figura 2, funciona como sigue:

El transformador convierte la tensión alterna de entrada en otra tensión alterna del

valor deseado, esta tensión es rectificada durante el primer semiciclo por el diodo

D1 y durante el segundo semiciclo por el diodo D2, de forma que a la carga R le

llega una tensión continua pulsante muy impura ya que no está filtrada ni

estabilizada.

En este circuito tomamos el valor de potencial 0 en la toma intermedia del

transformador.

CIRCUITOS RECTIFICADORES CON FILTRO CAPACITIVO

Circuitos rectificadores con filtros capacitivos filtro por condensador La misión de

los rectificadores es conseguir transformar la tensión alterna en tensión continua,

pero solamente con los rectificadores no obtenemos la tensión continua deseada.

Entonces aplicamos el filtro por condensador.

Conociendo las características de un Condensador, y viendo su capacidad de

almacenamiento de energía, lo podemos utilizar como filtro para alisar la señal que

Page 13: simulacion electronica

obtenemos en la salida Carga de un condensador a través de una resistencia El

circuito y las ecuaciones resultantes son : Rectificador de media onda con filtro por

condensador Primeramente analicemos este circuito sin considerar C. En este

caso la forma de onda de la intensidad es igual a la tensión en la resistencia. El

Condensador se va descargando hasta

Rectificador de media onda con filtro por condensador

Pero antes de empezar a hacer cálculos vamos a ver un concepto.

Primeramente vamos a ver ese circuito sin C. En este caso la forma de onda de la

intensidad es igual a la tensión en la resistencia.

El objetivo del C es desviar parte de la corriente por él, para que sólo vaya por la

RL la componente continua de Fourier y el resto se cortocircuite a masa a través

del condensador.

Page 14: simulacion electronica

Para que esto ocurra tenemos que ver la impedancia equivalente del

condensador, y ver así como afectan los diferentes valores de la frecuencia a esta

impedancia.

Un diodo es un componente electrónico (semiconductor) que permite el paso de la

corriente "solo en un sentido". Veamos el diodo real y su símbolo.

   Como vemos para que la corriente pase a través de diodo debe conectarse el

ánodo al positivo y el cátodo al negativo.

Page 15: simulacion electronica

   Cuando el diodo permite el paso de la corriente decimos que está polarizado

directamente. Si está conectado de forma que la corriente no pasa por él decimos

que está polarizado inversamente. Veamos que ocurre cuando conectamos un

diodo con una lámpara en serie.

   No vamos hablar más del diodo, si quieres saber más te recomendamos este

enlace: Diodo.

¿Qué es un Diodo Zener?

Los diodos zener, zener diodo o simplemente zener, son diodos que están

diseñados para mantener un voltaje constante en su terminales, llamado Voltaje o

Tensión Zener (Vz) cuando se polarizan inversamente, es decir cuando está el

cátodo con una tensión positiva y el ánodo negativa.

Aquí tienes la imagen de un diodo zener real:

  Funcionamiento del Diodo Zener

Page 16: simulacion electronica

Cuando lo polarizamos inversamente y llegamos a Vz el diodo conduce y

mantiene la tensión Vz aunque la aumentemos. La corriente que pasa por el diodo

zener en estas condiciones se llama corriente inversa (Iz).

 Se llama zona de ruptura por encima de Vz. Como ves es un regulador de voltaje

o tensión.

Cuando está polarizado directamente el zener se comporta como un diodo normal.

  

Aplicación de Diodos Zener

Una de las aplicaciones más usuales de los diodos zener es su utilización como

reguladores de tensión. La figura muestra el circuito de un diodo usado como

regulador.

Page 17: simulacion electronica

Este circuito se diseña de tal forma que el diodo zener opere en la región de

ruptura, aproximándose así a una fuente ideal de tensión. El diodo zener está en

paralelo con una resistencia de carga RL y se encarga de mantener constante la

tensión entre los extremos de la resistencia de carga (Vout=VZ), dentro de unos

limites requeridos en el diseño, a pesar de los cambios que se puedan producir en

la fuente de tensión VAA, y en la corriente de carga IL.

Analicemos a continuación el funcionamiento del circuito.

Consideremos primero la operación del circuito cuando la fuente de tensión

proporciona un valor VAA constante pero la corriente de carga varia. Las corrientes

IL = VZ/RL e IZ están ligadas a través de la ecuación:

IT = IL + IZ                                                                   

Y para las tensiones:

VAA=IT * R + VZ =VR + VZ                  

Por lo tanto, si VAA y VZ permanecen constantes, VR debe de serlo también (VR = IT

* R). De esta forma la corriente total IT queda fijada a pesar de las variaciones de

la corriente de carga. Esto lleva a la conclusión de que si IL aumenta, IZ disminuye

y viceversa (debido a la ecuación (1)). En consecuencia VZ no permanecerá

absolutamente constante, variará muy poco debido a los cambios de IZ que se

producen para compensar los cambios de IL.

Si ahora lo que permanece constante es la corriente de carga y la fuente de

tensión VAA varía, un aumento de ésta produce un aumento de IT y por tanto de IZ

pues IL permanece constante, y lo contrario si se produjera una disminución de

VAA. Tendríamos lo mismo que antes, una tensión de salida prácticamente

constante, las pequeñas variaciones se producirían por las variaciones de IZ para

compensar las variaciones de VAA.

Diseño del Regulador Zener

Page 18: simulacion electronica

Es importante conocer el intervalo de variación de la tensión de entrada (VAA) y de

la corriente de carga (IL) para diseñar el circuito regulador de manera apropiada.

La resistencia R debe ser escogida de tal forma que el diodo permanezca en el

modo de tensión constante sobre el intervalo completo de variables.

En un problema práctico, es razonable suponer que se conoce el intervalo de

tensiones de entrada, el intervalo de corriente de salida y el valor de la tensión

zener deseada. La ecuación (6) representa por tanto una ecuación con dos

incógnitas, las corrientes zener máxima y mínima.

Valores más utilizados en el cálculo de Reguladores con Diodos Zener

En el cálculo para el diseño de Reguladores con diodos Zener, se mantienen

exactamente los mismos parámetros utilizados para el cálculo de un circuito

rectificador con filtro, más la adición de los parámetros del diodo zener que se

explican a continuación y que pueden ser observados en la curva característica:

   Voltaje Zener Nominal (VZ): Como su nombre lo indica, este es el voltaje al cual el

diodo zener se enciende en polarización inversa y bajo condiciones de

temperatura normales. Los zener vienen para tensiones entre 1,8V y 200V. Este

parámetro se usa de referencia para comprar el diodo zener.

Tolerancia: Similar a la utilizada para resistencias, nos indica el rango de error que

se puede esperar en el voltaje zener nominal, son comunes tolerancias del 20%,

10%, 5% y 1% (Ej. Un zener de 10V / 20% puede tener un voltaje zener entre 8V y

12V). Obviamente a menor tolerancia mayor costo.