Actividad 2 Electronica Lineal Santiago

Aplicación de Diodos

MATERIA: ELECTRONICA LINEAL MAESTRO: AGUSTIN GUZMAN CORTES ALUMNO: SANTIAGO ZAVALA MARES

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 

INTRODUCCIÓN Uno de los dispositivos más usados en la electrónica aplicada es el diodo. Lo encontramos en diversos dispositivos electrónicos de uso común a diario. En el presente trabajo conoceremos un poco acerca de lo que realmente es un diodo y las aplicaciones que dependen del mismo. Seguiremos usando el programa Multisim que como ya sabemos es una herramienta útil e indispensable para el aprendiaje y práctica de los circuitos electrónicos.

Conceptos y características de elementos y circuitos electrónicos básicos. Diodo. El diodo es un dispositivo de dos terminales cuyo comportamiento no es lineal! deja pasar corriente en un sentido y la bloquea en sentido contrario. Este carácter no lineal hace que los circuitos que contienen diodos no sean lineales" por lo que no pueden ser analiados aplicando el m#todo de superposición" ni reducirse a equivalentes de $h#venin ni de  %orton. El diodo es un componente el#ctrico que se desarrolló como solución al problema de trans&ormación de cualquier tipo de corriente en un solo sentido" proceso conocido como recti&icación. Los diodos están compuestos por dos onas de material semiconductor 'silicio" germanio( &ormando la unión )*%. La ona ) se caracteria por poseer una escase de electrones y corresponde a la parte del ánodo 'positivo(. La ona % presenta un e+ceso de electrones y corresponde a la  parte del cátodo 'negativo(. En el lugar de contacto de las onas ) y % en el diodo" se crea una región denominada ,de transición- en donde se genera una di&erencia de potencial y se crean iones positivo e iones negativos en cada uno de los lados. )ara que los electrones se  puedan mover se necesita superar esta di&erencia de potencial" si esto es logrado se producirá la corriente el#ctrica" circulando los electrones de la ona % a la ) y la corriente de la ) a la %. &ig. . El diodo ideal es un elemento de circuito de dos terminales" ánodo y cátodo. /uando el diodo conduce" la corriente circula en el sentido ánodo a cátodo" sin ca0da de tensión entre ambos terminales. Se dice que está polariado en directa y equivale a un cortocircuito. /uando el ánodo es negativo respecto al cátodo el diodo bloquea la corriente y equivale a un circuito abierto. Se dice" en este caso" que el diodo está polariado en inversa.

Fi. ! "olari#ación in$ersa. El diodo está en polariación inversa cuando el terminal cátodo tiene polaridad positiva con respecto al terminal ánodo1 en este caso" el diodo no permite el paso de la corriente" se comporta como un aislante1 es como un

interruptor abierto. Si se hiciera el montaje de la &ig. 2" se comprobar0a que la bombilla no se encender0a porque el diodo no dejar0a pasar la corriente puesto que está en polariación inversa.

Fi. % "olari#ación directa.El diodo permite la circulación de corriente sólo cuando se encuentra polariado en &orma directa" que es cuando el terminal ánodo tiene polaridad positiva con respecto al terminal cátodo1 en este caso" se dice que el diodo se comporta como un conductor" y permite la circulación de corriente por el circuito. Si se montara el circuito de la &igura 3 se comprobar0a que la bombilla se enciende" porque el diodo queda polariado en &orma directa.

Fi. & /uando el diodo conduce" entre sus terminales aparece una  peque4a tensión que se denomina ca0da directa. La tensión minina para que el diodo empiece a conducir se llama tensión umbral" y es de unos 5.6 71 su valor aumenta un poco con&orme aumenta la intensidad" pudi#ndose situar en alrededor de  7 en condiciones normales de trabajo. En la &ig. 8 se muestra un grá&ico que se conoce por curvas caracter0sticas del diodo" que muestra el comportamiento y sus valores caracter0sticos &undamentales. 9icha curva se ha realiado en base al diodo recti&icador %8556" que es uno de los diodos comerciales más utiliados. Soporta una tensión inversa de 555 7 y una intensidad directa de  :.

Fi. ' Los valores de tensión y de corriente más importantes que se deben tener en cuenta en el diodo son los siguientes! Tensión directa ()*+, su valor umbral t0pico es de unos 5.6 7" y puede llegar alrededor de  7 en

&uncionamiento normal. Tensión in$ersa ()r+, es la tensión má+ima continua que puede soportar el diodo cuando está en  polariación inversa. )or ejemplo" el diodo de baja  potencia %88; puede soportar una tensión continua de 6< 7" o sea" 7r= 6< 7. > en el diodo %8556 7r = 555 7. Intensidad directa (I*+, es el valor má+imo de intensidad directa continua. En el diodo %8556 dicha corriente es de  :. Diodo -ener. /uando la operación en la región de ruptura es  básica en la aplicación del diodo suele denominársele diodo  Zener . El s0mbolo circuital del diodo ener es como el del diodo normal" completado con una especie de  en la l0nea que representa el cátodo. ?ig. <.

Fi.  El diodo ener es un tipo especial de diodo" que siempre se utilia polariado inversamente. Los diodos comunes como el diodo recti&icador conducen siempre en el sentido de la &lecha. En este caso la corriente circula en contra de la &lecha que representa el diodo. Si el diodo ener se polaria en sentido directo se comporta como un diodo recti&icador común. /uando el diodo ener &unciona polariado inversamente mantiene entre sus terminales un voltaje constante.

Los diodos ener se utilian en aplicaciones para las que se necesita una tensión constante en la región de ruptura. 0*ecto #ener. Aay dos e&ectos que producen la ruptura del diodo ener! el e&ecto avalancha y el e&ecto ener propiamente dicho. )ueden ocurrir ambos e&ectos al mismo tiempo o independientemente. /uando la ruptura se produce en uniones con tensiones por encima de los < 7 están causadas por el e&ecto avalancha" mientras que para tensiones por debajo de los < 7 la ruptura se produce por e&ecto ener. El e&ecto ener se produce al aplicar una tensión inversa al diodo ener lo su&icientemente alta como para que el campo el#ctrico resultante rompa los enlaces covalentes de los átomos de la ona de agotamiento. Entonces se liberan electrones que convierten la ona de agotamiento de aislante en conductora. /ontrolando el dopado de la ona ) se puede ajustar la anchura de la ona de agotamiento y asi crear campos el#ctricos lo su&icientemente &uertes como para que se produca el e&ecto ener. Recti*icación./uando el objetivo es disponer de un valor de tensión continua" el proceso consiste en lo que se conoce como recti&icación. Mediante la recti&icación se convierte la tensión alterna en que proporciona el trans&ormador en una tensión continua pulsatoria. Los circuitos recti&icadores se basan en el componente electrónico diodo" que tiene la caracter0stica de dejar circular la corriente en un solo sentido1 esto es lo que  permite obtener una corriente unidireccional" o sea" continua. Recti*icador de media onda. En base a la caracter0stica que tiene el diodo de dejar circular la corriente en un único sentido" se obtiene la conversión de la corriente alterna en corriente continua1 a esto se denomina recti&icación. En la &ig. 6 se muestra un circuito del recti&icador más sencillo1 se conoce por  rectificador de media onda.

Fi. 1

Fi. / En la &igura @ se ve el s0mbolo del diodo ener y el sentido de la corriente para que &uncione en la ona operativa. )ero una ve que se llega a un determinado voltaje" llamado voltaje o tensión de ener el aumento del voltaje 'siempre negativamente( es muy peque4o" pudiendo considerarse constante. )ara este voltaje" la corriente que atraviesa el diodo ener" puede variar en un rango de valores. : esta región se le llama ona operativa. Esta es la caracter0stica del diodo ener que se aprovecha para que &uncione como regulador de voltaje" pues este se mantiene  prácticamente constante para una gran variación de corriente. Un regulador con diodo ener ideal mantiene un voltaje  predeterminado &ijo a su salida" sin importar las variaciones de voltaje en la &uente de alimentación y las variaciones de corriente en la carga.

Su &uncionamiento es muy sencillo1 el diodo únicamente deja  pasar hacia la carga 'Bl( el semiciclo positivo de la onda senoidal que recibe del trans&ormador" o sea" media onda 'de ah0 la denominación de rectificador de media onda(. Esto es  porque solo durante el semiciclo positivo el diodo se puede  polariar de &orma directa 'el ánodo se hace positivo con respecto al cátodo(. El semiciclo negativo no lo deja pasar   porque durante dicho semiciclo el diodo queda polariado de &orma inversa 'el ánodo es negativo con respecto al cátodo(  bloqueando as0 el paso de la corriente. En la &ig. ; se representan la tensión alterna de entrada y la tensión continua 'pulsatoria( de salida.

el voltaje de rio es peque4o" resultando una salida ,suave-. ?ig. .

Fi. !!

Fi. 2 Circuito recti*icador de onda completa. El circuito recti&icador de doble onda es el normalmente usado en la  práctica" ya que proporciona un mejor rendimiento que el de media onda. La tensión recti&icada de salida que se obtiene es la mostrada en la &ig. C. En el intervalo de duración del periodo de la red el#ctrica se obtiene dos pulsos positivos1 la tensión continua tiene menos espacios sin tensión que el recti&icador  de media onda. :l tener menos huecos sin tensión" tiene menos ondulación1 la tensión se apro+ima más a una tensión continua ideal" que la que se obtiene con la recti&icación de media onda.

El primer elemento en el &iltro capacitivo es un capacitor  conocido como capacitor de entrada al circuito de filtrado. Este circuito es el que proporciona el má+imo voltaje de salida a la carga" y por lo general" como se requiere de un capacitor  grande" se usan los capacitores de tipo electrolítico5 cuidando que sean conectados con la polaridad apropiada. Doblador de $olta6e.Los dobladores de voltaje producen el doble de tensión en corriente directa de la que podr0a producir  un recti&icador común. Se pueden implementar de dos di&erentes maneras! duplicadores de media onda y duplicadores de onda completa y en ambos casos la &recuencia de la tensión de riado es la misma que la de la tensión de entrada. En el caso de la recti&icación de onda completa en los recti&icadores tradicionales" le &recuencia de la tensión de riado es el doble de la &recuencia de la tensión de entrada. En el circuito doblador de tensión" la tensión que se aplica sobre los diodos" es el doble" por lo que estos deberán soportar  el doble de tensión. La caracter0stica de tensión de los capacitores dependerá del circuito particular. ?ig. 2.

Fi. 3 Tensión de salida. :l tener dos pulsos positivos en ve de uno dentro del ciclo de la red" el valor de la tensión media continua es doble del que se consigue con la recti&icación en media onda. Filtro capaciti$o. El &iltro capacitivo es esencialmente un capacitor conectado en paralelo con la resistencia de la carga. En la medida que el voltaje pulsante en corriente directa del recti&icador se le aplica al capacitor / carga al valor de pico de voltaje aplicado. Entre picos" el capacitor descarga a trav#s de la resistencia de la carga Bl y el voltaje cae gradualmente &ig. 5.

Fi. !% En el primer semiciclo negativo de la onda de entrada" el diodo 9 conduce permitiendo el paso de la corriente por el capacitor  /" cargándose a una tensión igual al má+imo valor de tensión de la tensión de entrada. Si la tensión de entrada es 7" el valor pico de esta entrada es 7ma+." entonces este capacitor se carga a esta tensión. En este ciclo el diodo 2 no conduce. En el siguiente semiciclo de la tensión de entrada 'semiciclo  positivo(" el diodo 9 está polariado en inverso y no conduce. El diodo 92 está polariado en directo y la corriente &luye  pasando por el capacitor /" el diodo 92 y el capacitor /2. ?ig. 3.

Fi. !4 La cantidad de voltaje que cae antes que el capacitor comience a cargar otra ve" se le llama ,rio de voltaje-" la cantidad de descarga del capacitor entre picos de voltaje está controlada por  la constante de tiempo Bc del capacitor y la resistencia de carga" si la resistencia es grande y la capacitancia tambi#n lo es"

Fi. !&

En el inicio del semiciclo negativo" el capacitor /2 está descargado" pero / está cargado a 7ma+. El capacitor /2 se cargará entonces al doble de la tensión pico de la entrada" pues se suman #sta y la tensión acumulada que está en el capacitor  /. ?uncionamiento de un duplicador de voltaje de onda completa. En el semiciclo positivo de las ondas de entrada" se polaria en directo el diodo 9 cargado el capacitor / a una tensión 7ma+." y la polaridad de la carga queda indicada con la  polaridad que se ve en capacitor /. En este semiciclo 92 está  polariado en inverso y no conduce. En el semiciclo negativo" se polaria en directo el diodo 2 cargando el capacitor /2 a una tensión a 7ma+. > la polaridad de la carga queda indicada con la polaridad que se ve en capacitor /2. :l quedar los dos capacitores en serie" las tensiones almacenadas se suman" lográndose el duplicador de tensión.

Fi. !/ •

Becti&icador de onda completa

 %ecesitamos una &uente de poder de 25 7" un trans&ormador  con derivador central" 52 diodos FA@2" 5 resistencia de 5 D. ?ig. 6.

Fi. !' Bealiar en Multisim los siguientes circuitos electrónicos! Becti&icador de media onda /on una &uente de poder de corriente alterna a 25 7" una resistencia de 5 D" un diodo FA@2. ?ig. <. •

Fi. !1 :l correr la simulación y conectar el mult0metro" podemos observar como disminuye el voltaje respecto al de entrada '&ig. ;(!

Fi. ! :l conectar el mult0metro y medir el voltaje en corriente continua podemos ver como se reduce a 8< 7 apro+. ?ig. @.

Fi. !2 •

Becti&icador de onda completa con puente de diodos

 %ecesitamos una &uente de poder de 25 7" un trans&ormador" 58 diodos FA@2" 5 resistencia de 5 D. ?ig. C.

Fi. !3 :l correr la simulación y conectar el mult0metro" podemos observar como disminuye el voltaje respecto al de entrada '&ig. 25(!

Fi. %% Se muestran las se4ales juntas" en las que se puede observar" de acuerdo a lo planteado al principio" durante el semiciclo  positivo el diodo está polariado de &orma directa. 9urante el semiciclo negativo el diodo está polariado en &orma inversa  por lo que bloquea el paso de la corriente. Se observa entonces solo la mitad de la onda. ?ig. 23.

Fi. %4 9espu#s de elaborar los circuitos se procede a conectar el instrumento osciloscopio" obteniendo la se4al de salida para el recti&icador de media onda '&ig. 2(!

Fi. %& Se conecta el osciloscopio al recti&icador de onda completa" obteniendo la se4al de salida '&ig. 28(!

Fi. %! )ara entender la se4al de salida del osciloscopio se conectará tambi#n la se4al de entrada '&ig. 22(!

Fi. %' :hora se muestra la se4al de entrada '&ig. 2<(!

Fi. %1 Se muestra entonces la se4al de entrada del circuito '&ig. 2;(!

Fi. % Se muestran las se4ales juntas '&ig. 2@(!

Fi. %2 Se muestra luego las se4ales de entrada y salida del circuito '&ig. 2C(!

Fi. %/ El circuito recti&icador de doble onda es el normalmente utiliado en la práctica" ya que proporciona un mejor  rendimiento que el de media onda. Se conecta el osciloscopio al recti&icador de onda completa con  puente de diodos" obteniendo la se4al de salida '&ig. 26( !

Fi. %3 En caso de la se4al de entrada" el voltaje oscila entre números negativos y positivos lo que signi&ica que se aplica una tensión alterna en los terminales de entrada y se obtiene en los terminales de salida una tensión continua. Estos puentes recti&icadores tienen cuatro terminales1 dos para la alterna de entrada y otros dos para la continua de salida. Una ve realiados los circuitos se montan en la tableta e+perimental. Becti&icador de media onda '&ig. 35(!

Fi. &4 Becti&icador de onda completa '&ig. 3(!

Fi. &&

CONC9U7ION07 Fi. &! Becti&icador de onda completa con puente de diodos '&ig. 32(!

Fi. &% 7pectrum8naly#er. el analiador de espectro mide amplitud &rente a la &recuencia. Bealia una &unción similar en el dominio de la &recuencia a un osciloscopio en el dominio del tiempo. ?unciona mediante el barrido a trav#s de una gama de &recuencias. La amplitud de la se4al en la entrada del receptor  se representa &rente a la &recuencia de la se4al. Este instrumento es capa de medir la potencia de una se4al a varias &recuencias" y ayuda a determinar la e+istencia de se4al de los componentes de &recuencia. En Multisim se localia en la Farra de herramientas" Simulate" Gnstruments" Spectrum:nalyer. ?ig. 33.

: trav#s del presente estudio hemos comprendido la &unción  básica del diodo! deja circula la corriente en un solo sentido. La  principal aplicación práctica de dicha &unción es la conversión de la corriente alterna en continua. Los circuitos que realian esta &unción se denominan recti&icadores. Se encuentran distintos tipos de diodos. El diodo en polariación directa o inversa permite o impide la circulación de la corriente" de ah0 sus múltiples aplicaciones en los distintos aparatos electrónicos que usamos a diario. 9e los circuitos recti&icadores se comprende tambi#n que el circuito recti&icador de doble onda es el que se utilia en la  práctica" ya que #ste proporciona un mejor rendimiento" esto tambi#n se pudo observar en las grá&icas mostradas. Los puentes recti&icadores son componentes que integran 8 diodos conectados para &ormar un circuito denominado puente recti&icador" conocido tambi#n como puente Hraet. > comprendemos tambi#n que el programa Multisim es una herramienta indispensable para el aprendiaje de la electrónica" con las herramientas como el breadboard se puede tener una e+periencia interactiva que re&uera los conocimientos adquiridos.

Bibliografía Aermosa 9onate" :ntonio.'253(. ,Gntroduccion a la electronica- y ,/ircuitos básicos de alimentacion- en  Electronica aplicada. M#+ico! :l&aomega Hrupo Editor" S.:. de /.7.pp. CC*2<.

Aambley" :llan B.'2552(. ,El modelo del diodo ideal- en  Electrónica. Espa4a! )rentice Aall" pp. 83*88. Aambley" :llan B. '2555(. ,/ircuitos recortadores- en  Electrónica. Espa4a! )rentice Aall" pp. <5*<. Aambley" :llan B. '2555(. ,/ircuitos recti&icadores de media onda- en Electrónica. Espa4a! )rentice Aall" pp. 8@*86.