UNIVERSIDAD DE TARAPACÁ

Escuela Universitaria de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Informe de Trabajo de Laboratorio y Taller

EXPERIENCIA Nº

1

Apellidos, Nombre Alumnos1.- Milthon Urbina S2.- Paul Terrazas3.- Marcos Alejandro Huanca FECHA REALIZACION

3 de mayo del FECHA ENTREGA

14 de mayo del 2010PROFESOR:

Ramón Guirriman C.

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UNIVERSIDAD DE TARAPACÁEscuela Universitaria de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Informe de Trabajo de Laboratorio y Taller

EXPERIENCIA Nº TÍTULO EXPERIENCIA

Laboratorio Diodo de Unión

Apellidos, Nombre Alumnos Milthon Urbina Schuler. Paul Terrazas Lázaro. Marcos Alejandro Huanca.

FECHA REALIZACION

del 2010 FECHA ENTREGA

14 de mayo del 2010 PROFESOR:

Ramón Guirriman C.

UNIVERSIDAD DE TARAPACÁ Escuela Universitaria de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Informe de Trabajo de Laboratorio y Taller

TÍTULO EXPERIENCIA

Laboratorio Diodo de Unión

OBSERVACIONES

ELECTRONICA I

NOTA

Escuela Universitaria de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

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Objetivos generales

• Efectuar mediciones y obtener datos de los diferentes tipos de circuitos. • Analizar el comportamiento de cada señal. • Explicar los fenómenos observados. • Efectuar una simulación en Pspice para comprobar parámetros teóricos y experimentales. • Realizar uso de software para graficar. • Obtener resultados satisfactorios. • Realizar una conclusión de la experiencia.

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ÍNDICE

Páginas Instrumentos en Materiales que utilizaremos en el laboratorio………………...………………06 Experiencia1 Diodo……………………………………………………………………………….……………07 Experiencia 2 Diodo………………………………………………………………………………………….…08 Experiencia 3 Rectificación de media onda…………………………………………………………………….09 Experiencia 4 Rectificador de media onda con filtro……...……………………………………………………11 Experiencia 5 Rectificación de onda Completa. Transformador con tap central…………….…………..……12 Experiencia 6 Rectificación de onda Completa. Puente de Graetz………………………………………….….13 Conclusión……………………………………………………………………………………….15

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Introducción.

El diodo es el elemento más sencillo de los dispositivos semiconductores pero desempeña un papel fundamental en los sistemas electrónicos, con sus características que se asemejan en gran medida a las de un sencillo interruptor. Tiene una amplia gama de aplicaciones, que se extienden desde las simples hasta las más complejas. Las propiedades de conductividad de un diodo dependen de la dirección del voltaje, que puede a su vez utilizarse para controlar la naturaleza eléctrica del dispositivo.

El presente informe trataremos con distintos circuitos eléctricos y la aplicación de los diodos, los diferentes tipos de señales que se genera a través de los elementos como son condensadores, resistores y transformadores en sus distintas configuraciones. Observaremos el efecto de la rectificación sobre una corriente alterna, y por ultimo analizaremos en el circuito la influencia de un elemento capacitivo.

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1- Instrumentos e Materiales que utilizaremos en el laboratorio. • Transformador con TAP central • Osciloscopio digital • Protoboard • Generador de funciones • Multímetro digital • Alambres

Elementos utilizados en las experiencias • 4 diodos 1N4007 (diodo rectificador de baja potencia) • 1 condensador 100uF • 1 condensador 220uF/50V • 1 resistencia 1kΩ • 1 resistencia 120Ω

Hoja de dato diodo 1N4007 Estimando los parámetros de la ecuación de Shockley y la Resistencia de volumen en un diodo real Las siguientes figuras muestran algunos datos prácticos del diodo 1N4001:

(a) Considerando que IF = 10mA cuando VF = 0.6V y que IF = 50mA cuando VF = 0.7V, e ignorando la resistencia de volumen RB en ésta zona, calcular η e IS a 25 °C. (b) Considerando que IF = 4A cuando VF = 1.1V, y utilizando los valores de η e IS calculados en el inciso anterior, calcular la resistencia de volumen RB.

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Experiencias del laboratorio. Experiencia 1 Diodo.

Se Arma el circuito indicado usando el diodo 1N4007, una resistencia de 1kΩ y la fuente de alimentación en 10V. a) Para medir VD (=VB) y encontrar ID. Se arma el circuito en el Protoboard, conectando en serie el Diodo 1N4007 y la resistencia 1kΩ, a esto se aplica un voltaje DC de 10V con la fuente de alimentación, obteniendo los siguientes valores:

VDQ1=0.68V, Como IDQ1 = (V – VDQ1 )/1000 => IDQ1= 9.32mA b) Conectamos en paralelo a R otra del mismo valor. Midiendo VD (=VB) y encontramos ID. Usando el multímetro se obtuvo los siguientes valores: VDQ2=0.71, luego para obtener IDQ2 = (V - VDQ2 )/500 => IDQ2= 18.55mA. (Se puede observar también que hay una diferencia en la caída de la tensión entre a) y b), esto se debe a la resistencia, ya que la caída de tensión es mayor cuando no está la resistencia en paralelo) c) Al circuito anterior conéctele un segundo diodo en paralelo. ¿Cuánto es VD? que se puede decir al respecto. Estime n.

En este caso se conectó un diodo de similares características. Se observa que la tensión en los diodos son iguales, pero la corriente difiere de la medida anterior en (a). ID se divide en 2 obteniendo así: ID= IDQ2/2= 9.275mA en cada diodo.

Fig.1.Circuito con diodos en paralelos.

Para estimar n utilizamos la ecuación de Shockley por medio de las relaciones:

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Dividiendo entre las corrientes de los diodos: Aplicando a la ecuación y despejando la variable n obtenemos el coeficiente de emisión:

Para esto utilizamos los valores medidos ID y VD de los valores en a) y b).

IDQ1= 9.32mA VDQ1=0.68V e IDQ2= 18.55mA VDQ2=0.71

Reemplazando los valores obtenemos:

!"# !$!!" % &'(#))(

!!'!!" % !"##'

!!'!!$#&)#

De este modo el coeficiente de emisión es:

n = 1.676

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Experiencia 2 Diodo.

En esta experiencia se aplica una fuente de alimentación en inversa y en directa. Para cada una de ellas se tomó con el multímetro la tensión en el diodo. A través de estos datos podemos obtener el voltaje en la resistencia VR= E-VD, y así calcular la corriente mediante la relación (*) I= VR/R. Se obtuvieron los siguientes datos para R=1K:

Tabla Nro1: de la experiencia 2 E(v) VD I(*) VR

-5 -5 0,0000 0,00 -1 -1 0,0000 0,00 0,4 0,4 0,0000 0,00 0,6 0,522 0,0001 0,08 0,8 0,553 0,0002 0,25 1 0,568 0,0004 0,43

1,2 0,583 0,0006 0,62 1,4 0,589 0,0008 0,81 2 0,609 0,0014 1,39 4 0,643 0,0034 3,36 6 0,661 0,0053 5,34

Gráfica en Exel.

Mientras el voltaje del diodo sea mayor al voltaje generado por la fuente, actuará como circuito abierto y no fluirá corriente. Si se sobrepasa ese voltaje entonces el diodo presenta las características de cortocircuito permitiendo de este modo el paso de corriente. A medida que se aumenta el voltaje en la fuente de poder los cambios de corriente no son muy grandes, sin embargo vemos que si se sigue la aumentando el voltaje, la corriente en el diodo aumentará de forma exponencial.

Se puede ver en el gráfico que la curva característica del diodo 1N4007 está representada por una curva similar a la Ecuación de Schockley.

-0.0010

0.0000

0.0010

0.0020

0.0030

0.0040

0.0050

0.0060

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Corr

ient

e de

l di

odo

(A)

Voltaje del diodo (V)

Series1

Corriente del diodo v/s Voltaje del diodo

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Experiencia 3 Rectificación de media onda.

Se armó el siguiente circuito usando el diodo 1N4007, un resistor de 1kΩ y luego uno de 120Ω. Luego se le aplicó con el generador de alterna con una frecuencia de 50Hz con una amplitud de 10V Peak luego se usa el osciloscopio para medir los voltajes A y B.

Fig.3.1.-Circuito de experiencia 3.

Mediciones: a) Medir los voltajes A y B con el osciloscopio.

Al medir el voltaje en A y B presentó una caída de voltaje para la secuencia negativa de la señal como se muestra en la figura 3.1. Puesto que el diodo se encuentra en polaridad inversa el diodo se comporta como circuito abierto impidiendo el paso de corriente en la carga, esto implica que el voltaje en A y B es igual a la señal de entrada en las secuencias negativas.

Figura.3.2-Salida de señal en Osciloscopio. b) Se mide la caída de voltaje del diodo en el peak de la salida para las dos resistencias en la carga.

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Fig.3.3-Medida para R=120 m Fig.3.4.- Medicion para R=1K

Al medir las resistencias el osciloscopio muestra señales de media onda rectificada, vemos que hay una diferencia del valor peak dependiendo de cada resistencia. Al aumentar la resistencia aumenta el valor peak de la señal. c) Al cambiar el generador a una salida de onda cuadrada. Nótese el efecto de la caída en el diodo.

Fig.3.5.-Onda cuadrada

Al aplicar una señal de onda cuadrada, se rectifica la señal en polaridad inversa pero

mantiene su forma de señal cuadrada. La caída de tensión el diodo tiene un cambio periódico con pendiente infinita en un instante de tiempo.

Simulación mediante Pspice: Para R=1k.

(a) (b)

Para R=120

Tim

0

20m

40m

60m

80m

100m V(B

V1(V3

-

0

10

(tmax=25.003m,Vmax=

Time

0s 20ms 40ms 60ms 80ms 100ms V(A)- V(B)

-10V

-5V

0V

5V

Time

0s 20ms 40ms 60ms 80ms 100msV(B) V1(V3)

-10V

0V

10V(84.999m,9.3121)

Tim

0

20m

40m

60m

80m

100m V(A)-

-

-

0

5

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Experiencia 4 Rectificador de media onda con filtro. Al mismo circuito anterior con R=1k se le coloca un condensador en paralelo a la resistencia como muestra en siguiente circuito

Fig.4.1.-Cicrcuito de la experiencia 4.

Fig.4.2.- Señal de la experiencia 4.

El diodo conduce para la secuencia positiva de la señal de entrada, en ese instante el condensador se carga.

Durante la secuencia negativa, donde el diodo no conduce el condensador se descarga al

entregar su energía al circuito. La resistencia no alcanza a consumir toda la energía acumulada por el condensador debido a que el período de la onda es menor que el tiempo de descarga del condensador.

Observando la gráfica obtenida en el laboratorio (Fig.4) se puede ver que el tiempo de

conducción el diodo es cuando se carga el condensador, dando un valor aproximado de 89 : ;<= Simulación en Pspice. Al realizar una simulación en Pspice para saber el intervalo de tiempo en el cual el diodo

está conduciendo tenemos se tiene: Intervalo=t2-t1=25.16ms-23.2ms= 2ms.

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Al comparar el resultado simulado con el laboratorio vemos que obtenenos una leve diferencia la cual confirma el tiempo de conducción.

Se puede observar que el condensador funciona como filtro se señales alternas.

Experiencia 5 Rectificación de onda Completa con transformador de tap central.

Fig.5

En esta experiencia se ve el funcionamiento de un circuito rectificador de onda completa

con transformador de TAP central. Como se puede apreciar en la figura 5, se puede considerar a este circuito como dos

rectificadores de media onda, donde la alimentación a la carga esta en contratase es decir que las tensiones sobre el secundario del transformador están desfasadas 180 ° entre sí.

Es decir durante el semiciclo positivo de la señal de entrada V1, se enciende el diodo D1, donde la corriente se cerrará a través de la carga. En semiciclo negativo se pone en inversa D1 pero se pone en directa D2 manteniendo la corriente sobre la carga, tal como lo podemos observar en el gráficos de la figura.5.1.(b).

(a) (b)

Time

0s 20ms 40ms 60ms 80ms 100ms V(B)

0V

4.0V

8.0V

11.0V(t2= 25.162ms ,V2= 9.2771V)

(t1= 23.204ms,V1= 7.7693V)

(t=85.251ms,Vmax= 9.279

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Fig.5.1.- Señal de salida de con tap central en la resistencia. (a)Sin condensador. (b) Con condensador. Al observar el gráfico con el osciloscopio vemos que el tiempo de conducción del diodo es aproximado a 4ms. Simulación en Pspice.

Voltaje(v) v/s Tiempo (S)

Fig.5.2- Señal de salida de transformador con tap central.

Experiencia 6 Rectificación de onda Completa. Puente de Graetz.

Fig.6.Circuito de la experiencia 6.

La tensión de entrada V1 es positiva quedando polarizados en directa los diodos D1 y D4,

circulando la corriente desde D1 pasando por la resistencia de carga y cerrándose por D4, en el próximo semiciclo se cortan los diodos D1 y D4 pero se ponen en directa los diodos D2 y D3 estableciéndose una corriente que sale de D2 pasa por la resistencia y se cierra a través de D3 circulando por la resistencia la corriente en una sola dirección.

Si se activa un condensador en paralelo con la carga tendremos como resultado algo similar

al rectificador de media onda, con la diferencia que ahora la frecuencia de las ondas será el doble.

(a) (b) Fig.6.-Señal con puente Graetz(a) Con condensador (b) sin condensador.

Tim

0 10m 20m 30m 40m 50m 60m 70m 80m 90m 100m V(Co

0

50m

100m

150m

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Al ver el gráfico del osciloscopio podemos estimar el intervalo de tiempo para los cuales

el diodo está conduciendo en directo (Fig.6.a). El tiempo que se obtiene por medio del gráfico es de aproximadamente 892.5ms. Donde 89 representa el intervalo de tiempo desde donde se inicia la subida de señal y el valor peak de carga del condensador.

Análisis en Pspice.

Fig.6.2.-Grafico de Simulación Pspice de puente Graetz.

Tim

0 10m 20m 30m 40m 50m 60m 70m 80m 90m 100m V(c

-

0

5

10

15

20

25

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Conclusión. Marcos Alejandro

En la experiencias desarrolladas en este laboratorio fue importante ya que pudimos aprender a usar de manera adecuada en lo práctico los diodos, además de observar y analizar el comportamiento de estos en distintas situaciones, dentro de estas pudimos ver el comportamiento de ID con respecto VD, además de analizar el diodo como rectificador en la señal alterna y el uso que se le da al condensador en estos casos en que funcionaba con filtro de señales de ac. Lo aprendido en este laboratorio fue de mucha importancia, ya que en la práctica fue mucho mas fácil comprender como funciona este dispositivo, y esto nos va a ayudar en la especialidad a tener un uso adecuado de los diodos. Paul Terrazas Lázaro

Durante el desarrollo de laboratorio se efectuaron una serie de mediciones para diferentes configuraciones, obteniendo señal de media onda rectificada y señal de onda completa rectificada. Por medio del osciloscopio se analizo las señales y observó la influencia de los diferentes componentes en el circuito. Gráficamente un diodo real presenta la curva descrita en la ecuación de Schockley demostrando de esta forma que para efectos prácticos es posible describirlo así. La capacidad de medición y margen de error se ve al realizar las mediciones. Al analizar con el simulador PSPICE se observó que los resultados no se alejaban de los estimados en laboratorio, comprobando de esta forma el resultado obtenido.

Milthon urbina schuler

De este laboratorio se pudo ver en forma práctica lo que anteriormente pudimos ver de los diodos en forma teórica, con la manipulación diodos reales, rectificando las ondas de las señales de las fuentes, observando también como al poner un condensador la onda se puede filtrar tomando una forma un poco más parecida a la corriente continua. Así como también observar que poniendo de cierta forma los diodos podemos lograr que la corriente en el circuito tenga una sola dirección logrando la continuidad. Esto nos ayudó para poder entender de mejor forma el trabajo que cumple un diodo en un circuito con corriente continua. Conclusión General Se pudo ver las señales y sus características, obteniendo resultados congruentes al tipo de circuito y al tipo de señal rectificada. Podemos decir que cualquier señal sinusoidal al interactuar con un diodo en serie, será rectificada en media onda debido a sus características de corto circuito y circuito abierto en polaridad directa e inversa respectivamente. Por medio del condensador en la experiencia con tap central, las variaciones de voltaje son suavizado obteniendo de este modo una aproximación de señal alterna en señal continua. Es por ello que podemos concluir finalmente que un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua, dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que emplean.