Universidad Fermín Toro

Vicerrectorado Académico

Facultad De Ingeniería

APLICACIONES CON DIODOS (RECORTADORES A MEDIA ONDA)

Integrantes:

Judith V. Montilla P. C.I.: 18.263.657

Prof: Francisco Olivares

Asignatura: Lab. De Electrónica

Sección: Saia A

Cabudare, Mayo 2016

PRE-LABORATORIO

1) Defina Diodo ideal.

Es un componente discreto que permite la circulación de corriente entre sus

terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea en el sentido

contrario.

2) Mencione 5 características de un diodo.

Operación Ideal

Diodos Ideal ofrecen una conductividad perfecta cuando se cruzan por la corriente,

de manera que no hay resistencia a las corrientes. Cuando se polarizada

inversamente, tienen una resistencia infinita. Esto significa que el diodo se comporta

como un interruptor que está abierto cuando-sesgado hacia adelante y marcha

atrás-sesgado cuando se cierra. Diodos no tienen conductividad perfecta real y

resistencia infinita.

Rodilla Voltaje

Diodos no empiezan a correr hasta que se alcanza un determinado voltaje. La

tensión de la rodilla es donde un diodo comienza a conducir cuando el delantero

sesgado. Para el silicio, es idealmente 0,7 voltios y germanio, es idealmente 0,3

voltios. La tensión del diodo de corriente aumenta más allá de la rodilla rápidamente

hacia arriba de manera que tenga una tasa exponencial positivo.

Tensión de disparo

El voltaje de ruptura para un diodo ordinario es el punto en el que se autodestruyen.

Usted podría derretirse, agrietarse o se incendien. Esto ocurre cuando se alcanza

un umbral de tensión cuando el diodo está polarizado en sentido inverso en un

circuito. En esta tensión es dependiente del tipo de diodo, y las especificaciones del

fabricante.

Corriente

Cuando sesgado hacia adelante-, un diodo real también se autodestruye si hay

demasiada corriente. Por esta razón, una resistencia a menudo se utiliza para

restringir el flujo de corriente en los circuitos. Modelos diodo ideal puede descuidar

el uso de resistencias.

Curva diodo ideal

Una curva ideal diodo es un gráfico de tensión frente al actual. En la figura, es similar

a una "z" en un lado, pero con la parte central de una línea recta en lugar de una

diagonal, y con curvas en las curvas de sus dos piernas.

3) Realice un cuadro comparativo de los tipos de diodos y sus aplicaciones.

4) Defina Recortador con diodos.

Tipos de circuitos que se encargan de recortar una porción de una señal alternante.

También puede ser la de limitar el valor máximo que puede tomar una señal de

referencia o bien una señal de control, en cuyo caso estos circuitos son también

reconocidos como circuitos limitadores.

5) Explique el proceso de fabricación de un diodo. A que denominamos materiales P y N.

Un diodo de estado sólido se forma cuando se unen dos piezas de

cristal semiconductor compuestas por átomos de silicio (Si) puro, pero procesadas

cada una de forma diferente. Durante el proceso de fabricación del diodo ambas

piezas se someten por separado a un proceso denominado “dopado” consistente

en añadirle a cada una “impurezas” diferentes, procedentes de átomos de

elementos semiconductores también diferentes. Al final del proceso se obtiene una

pieza de cristal de silicio-positiva (P) con faltante de electrones en su estructura

atómica (lo que produce la aparición de “huecos”) y otra pieza negativa (N) con

exceso de electrones.

Durante el proceso de dopado, a una de las piezas de silicio que formará después

el diodo se le añaden algunas moléculas de otro elemento semiconductor diferente

al silicio, denominadas “impurezas”. Esas moléculas, que en nuestro ejemplo serán

de galio (Ga), convertirán al cristal de silicio en un semiconductor “tipo-p”, con

polaridad positiva (P). Como resultado del proceso de dopado, en la última órbita

de los átomos de galio se formarán “huecos” en aquellos sitios que debían estar

ocupados por los electrones que faltan para completar ocho.

La segunda pieza de cristal de silicio puro se somete también al proceso de dopado,

pero esta vez añadiendo impurezas pertenecientes a átomos de otro elemento

semiconductor diferente, como antimonio (Sb), por ejemplo. De esa forma se

convierte en cristal de silicio “tipo-n”, o sea, con polaridad negativa (N),

caracterizada por contener exceso de electrones en la última órbita de los átomos

de antimonio que se han añadido como impurezas.

El siguiente paso para construir el diodo es unir la pieza de conducción positiva

“tipo-p” o “P” con la pieza de conducción negativa “tipo-n” o “N”. De esa forma se

obtiene un diodo semiconductor de silicio de unión o juntura p-n, en el que la

parte positiva “P” constituye el “ánodo” (A) y la parte negativa “N” el “cátodo”

(K). Para facilitar la conexión al circuito electrónico donde funcionará posteriormente

el diodo así formado, se le añade a cada uno de sus extremos un terminal de

alambre conductor para permitir que la corriente eléctrica pueda atravesarlo.

Los elementos que contiene un diodo de silicio se protegen de factores externos

que lo puedan deteriorar o afectar en su funcionamiento posterior, introduciéndolos

en unos casos dentro de una cápsula de plástico y en otros casos dentro de un

tubito de cristal. Además, los elementos de los diodos concebidos para soportar

mayores cargas de corriente se protegen dentro de cápsulas metálicas.

6) Mencione como se polariza un diodo directamente e inversamente.

El diodo se polariza directa e inversamente. Se invierte la polaridad de la fuente de

continua, el diodo se polariza en inversa, el terminal negativo del batería conectado

al lado p y el positivo al n, esta conexión se denomina Polarización Inversa. Esta

conexión se muestra en la Fig.1

El terminal negativo de la batería atrae a los huecos y el terminal positivo atrae a los

electrones libres, así los huecos y los electrones libres se alejan de la unión y la

zona de carga epacial se ensancha.

A mayor anchura de la zona de carga espacial mayor diferencia de potencial, la

zona de deplexión deja de aumentar cuando su diferencia de potencial es igual a la

tensión inversa aplicada (V), entonces los electrones y huecos dejan de alejarse de

la unión.

ACTIVIDADES DE LABORATORIO

PARTE I. ANALISIS DE CIRCUITOS CON DIODOS.

1. Montar en el laboratorio el siguiente circuito. Previo al montaje busque las

características del diodo en el Manual ECG y tome nota en el recuadro.

2. La fuente Vi será una señal senoidal de 5 voltios pico y de 500 Herz.

3. Encienda el osciloscopio. Calibre ambos canales. Coloque el canal 1 en

paralelo con la resistencia de 1 KΩ. Dibuje exactamente los que se observa en una

hoja de papel milimetrado (sea muy cuidadoso al hacer la gráfica).

4. Coloque ahora el canal 2 del osciloscopio en paralelo con la fuente Vi y grafique

(según lo indicado en el paso anterior).

Compare ambas gráficas. Explique porque la salida no es igual a la entrada. (Canal

1 Vs Canal 2).

Compare ambas gráficas. Explique por qué la salida no es igual a la entrada.

Podemos observar que la señal de salida es igual a la entrada para el semi-

ciclo positivo de la onda de entrada (cuando Vi > 0.7V) y tiene un valor de 0V cuando

Vi < 0.7V, debido a que el diodo es un dispositivo no lineal que conducirá solamente

cuando la tensión aplicada al ánodo del mismo, sea mayor que la tensión aplicada

al cátodo que en este caso es 0V

Ahora disminuya el valor pico de Vi a 0.3V. Verifique la señal de salida en la

resistencia de 1KΩ.

¿Hay señal Vo? No hay señal Vo.

Explique lo que pasa.

En este caso no hay señal de salida ya que el valor pico de la nueva señal

de entrada (0.3V) no es suficiente para colocar el diodo en modo VON y hacer que

conduzca corriente.

Repita los pasos anteriores invirtiendo el diodo utilizado. Dibuje el circuito

respectivo invirtiendo el diodo.

Coloque el canal 1 en paralelo con la resistencia de 1KΩ y el canal 2 del osciloscopio en paralelo con la fuente Vi y grafique.

Compare ambas gráficas. Explique por qué la salida no es igual a la entrada.

La señal de salida (amarillo) es igual a la entrada para el semi-ciclo negativo de la

onda de entrada (cuando Vi < -0.7V) y tiene un valor de 0V cuando Vi > -0.7V. Esto

se debe a que el diodo conducirá solamente cuando la tensión aplicada al ánodo

del mismo, sea mayor que la tensión aplicada al cátodo y esto solo sucederá durante

el semi-ciclo negativo de la onda de entrada.

Disminuya el valor pico de Vi a 0.3V. Verifique la señal de salida en la resistencia de 1KΩ.

¿Hay señal Vo? No hay señal Vo. Explique lo que pasa.

En este caso no hay señal de salida ya que el valor pico de la nueva señal de

entrada (0.3V) no es suficiente para colocar el diodo en modo VON y hacer que

conduzca corriente. Es necesario que la señal de entrada tenga una amplitud mayor

a 0.7V para que el diodo pueda conducir

Cuál es la función de ambos circuitos.

Ambos circuitos tienen como función hacer una rectificación de media onda de la

señal de entrada, esto quiere decir que permite convertir una parte de la señal de

entrada AC en una señal de salida DC, esto sucederá cuando el diodo se comporta

como circuito abierto haciendo que la señal de salida sea de 0Vdc para el caso de

los circuitos estudiados.

Que circuitos con diodos representan los de la figura 1.a y 1.b. ¿Cuál es su función?

En el circuito de la figura 1.a, se observa que la salida es recortada en un valor de

tensión de aproximadamente 0.7V cuando Vi es mayor a 0.7V, esto se debe a que

cuando la tensión de entrada supera el valor mencionado, el diodo entra en un

estado y comienza a conducir, comportándose, así como una fuente de tensión

constante de Aproximadamente 0.7V. Por otra parte, cuando Vi es menor de 0.7V,

el diodo no conduce y se comporta como un circuito abierto haciendo que la tensión

de salida sea igual a la tensión de entrada.

Al igual que en la figura 1.a, en el circuito 1.b se puede observar que la salida es

Recortada en un valor de tensión que esta vez es de aproximadamente 2.7V cuando

Vi es mayor a 2.7V, esto se debe a que cuando la tensión de entrada supera el valor

mencionado, el diodo entra en un estado VON (ya que la tensión del ánodo superara

a la del cátodo por más de 0.7V) y comienza a conducir, comportándose, así como

una fuente de tensión constante de aproximadamente 0.7V que se suma a los 2V

de la batería. Por otra parte, cuando Vi es menor de 2.7V, el diodo no conduce y se

comporta como un circuito abierto haciendo que la tensión de salida sea igual a la

tensión de entrada.

PARTE 2. DISEÑO DE CIRCUITOS CON DIODOS.

1. Diseñe un circuito usando diodos, resistencias y fuente Vcc que entregue

la siguiente onda. Sugerencia (Savant. Diseño Electrónico. Recortadores de

señales)

Observamos que la señal que se desea obtener a la salida del circuito a diseñar

consiste en una onda sinusoidal de periodo T=2ms

w = 2π= 1000 π rad/s

Dado que la tensión de entrada presenta la misma forma de onda (excepto en la

región recortada) que la tensión de salida y ambas tienen la misma frecuencia,

podemos definir Vi como:

Vi(t) = Vmax*sen(wt+φ) con φ = 0°

Vi(t) = Vmax*sen(1000 π t) (1)

Calculemos Vmax tomando uno de los valores de Vi(t) para un tiempo determinado

t en la onda dada.

Como la salida corresponde a la de un circuito recordador polarizado en paralelo

con tensiones de recorte igual a +5 y -5V, el circuito dispondrá de 2 diodos cada uno

en serie con 2 fuentes de tensión constante VB1 y VB2 respectivamente. Dado que

se requiere una tensión VON para hacer que los diodos conduzcan y asumiendo

que ambos diodos son de silicio con VON = 0.7V, obtendremos las siguientes

ecuaciones:

VB1 + VON = 5V VB1 = 4.3V

-VB2 – VON = -5V VB2 = 4.3V

Así el circuito que entregará la señal de onda deseada será:

POST-LABORATORIO

1. ¿Por qué el diodo es un dispositivo no lineal?

Un diodo es un dispositivo no lineal. Por debajo de 0,7 V, por el diodo circula muy

poca corriente. Por encima de los 0,7 V, la corriente aumenta rápidamente. Este

efecto es muy diferente al que se da en una resistencia en la que la corriente

aumenta en proporción directa a la tensión. La razón de que el diodo sea diferente

es que éste tiene una barrera de potencial producida en su zona de deplexión.

Recordemos que la zona de deplexión es la zona de la unión pn que contiene pares

de iones con cargas opuestas en cada lado de la citada unión.

2. ¿Cuáles son las ventajas de recortar señales de Corriente Alterna (AC)?

Para protección de circuitos contra picos de tensión, porque si en un circuito se

introduce un voltaje no deseado, al haber dispositivos que recorten la señal estos

voltajes no deseados no dañaran el circuito porque los recortadores ponen un límite

en el voltaje que pasara.

3. Simule los circuitos de la figura 2.

Figura 2.a

Figura 2.b

Explique su funcionamiento

Grafica de Vi y Vo para circuito de la figura 2.a

Grafica de Vi y Vo para circuito de la figura 2.b

Los circuitos de las figuras 2.a y 2.b corresponden a circuitos fijadores, los cuales

se encargan de correr la onda de entrada (onda amarilla) una cantidad que hace

que la forma de onda desplazada (onda azul) se fije en un valor de tensión

determinado.

En el caso del circuito 2.a, el capacitor C1 se cargará hasta un valor igual al voltaje

pico de la entrada (10V), actuando, así como una batería de 10V en serie con la

fuente senoidal. Dada la orientación del diodo, el capacitor se cargará en una

dirección que sumará al voltaje de entrada corriendo así la forma de onda por arriba

de un valor mínimo de -0.7V (voltaje del diodo con polaridad contraria al del voltaje

de salida).

En el caso del circuito 2.b, el capacitor C1 se cargará hasta un valor igual a la

diferencia del voltaje pico de la entrada (10V) y el voltaje de la fuente DC B1 (2V),

actuando, así como una batería de 8V en serie con la fuente senoidal. Dada la

orientación del diodo, el capacitor se cargará en una dirección que sumará al voltaje

de entrada corriendo así la forma de onda por arriba de un valor mínimo de -2.7V

(voltaje resultante de la suma de la fuente B1 y el diodo).

CONCLUSIÓN

Se pudo observar que el recortador de media onda se lograr al agregar un

diodo a una fuente AC, la señal recortada depende del sentido de cómo se coloque

el diodo.

Se conoció que al agregar una batería a una resistencia paralela a un diodo

se logra un rectificador de media onda donde la señal rectificada va a depender del

valor del voltaje de la batería o del valor de la resistencia usada.

Finalmente se puede concluir que tanto los recortadores como los

rectificadores de media onda son de gran utilidad a la hora de trabajar con

componentes que solo funcionan en determinado sentido y nos ayuda a transformar

la corriente de AC a CD.