Circuito fijador de nivel

Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica

CIRCUITOS LIMITADORES Y ENCLAVADORES CON DIODOS:

1. Objetivos: -

Analizar y estudiar el comportamiento de los diodos semiconductores como limitadores y enclavadores.

2. Introducción Teórica: Gracias a lo aprendido tanto en clase como en las experiencias de laboratorio, sabemos que se pueden utilizar diodos para cambiar la apariencia de una forma de onda aplicada. En esta experiencia, aprenderemos de lo que trata un circuito limitador (o también llamado recortador) y un circuito enclavador (o también llamado sujetador).

CIRCUITOS RECORTADORES: Los recortadores son redes que emplean diodos para “recortar” una parte de una señal de entrada sin distorsionar la parte restante de la forma de onda aplicada. Por ejemplo, el rectificador de media onda es un ejemplo claro de un circuito recortador usando un resistor y un diodo. Dependiendo de la orientación del diodo, se “recorta” la región positiva o negativa de la señal aplicada. Existen dos tipos de recortadores, en serie y en paralelo. La configuración en serie es aquel en donde el diodo está en serie con la carga, mientras que la configuración en paralelo, el diodo está en paralelo con el resistor.

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CONFIGURACION EN SERIE:

Es un ejemplo de circuitos recortadores en configuración en serie, dando forma a la onda alterna con distintos tipos de señales.

Cuando se le adiciona una fuente DC, puede tener un efecto en el análisis del recortador. La respuesta no es tan obvia porque la fuente de cd puede ayudar o ir en contra del voltaje suministrado por la fuente y la fuente de cd puede estar en la rama entre la fuente y la salida o en la rama paralela a la salida. Cuando se analiza este tipo de circuitos, hay que tener en cuenta donde es que actúa el voltaje de salida, en el ejemplo, actúa directamente sobre el resistor R, después de eso, darnos cuenta si el diodo esta “encendido” o “apagado”, ya que la fuente cd aplicada va en contra del voltaje aplicado, darnos cuenta si el voltaje es suficiente, es decir, el voltaje de entrada debe ser mayor que V para que se pueda encender el diodo (recuerde que en el diodo ideal, el voltaje de encendido es de 0 voltios). En general, podemos concluir que el diodo encenderá con cualquier voltaje de entrada mayor que V y estará apagado con cualquier voltaje de entrada menor que V. Y por último, determinar el voltaje aplicado que haga que cambie el estado del diodo de “encendido” a “apagado” y viceversa.

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CONFIGURACION EN PARALELO:

La red en ese ejemplo es la más sencilla de las configuraciones de diodos en paralelo. El análisis es muy parecido al que se aplica a configuraciones en serio.

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CIRCUITOS ENCLAVADORES: Página

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Un sujetador es una red compuesta de un diodo, un resistor y un capacitor que desplaza una forma de onda a un nivel de cd diferente sin cambiar la apariencia de la señal aplicada. También puede obtener desplazamientos adicionales introduciendo una fuente de cd a la estructura básica. El resistor y el capacitor de la red deben ser elegidos de modo que la constante determinada por t=RC sea bastante grande para garantizar que el voltaje a través del capacitor no se descargue significativamente durante el intervalo en que el diodo no conduce. Las redes sujetadoras tienen un capacitor conectado directamente desde la entrada hasta la salida con un elemento resistivo en paralelo con la señal de salida. El diodo también está en paralelo con la señal de salida pero puede o no tener una fuente de cd en serie como un elemento agregado.

Para analizar este circuito, primero debemos examinar la espuesta de la parte de la señal de entrada que polarizara en directa el diodo, durante el periodo en que el diodo esta “encendido”, suponga que el capacitor se cargara instantáneamente a un nivel de voltaje determinado por la red circundante. En el análisis debemos suponer que durante el periodo en que el diodo esta “apagado” el capacitor se mantiene a su nivel de voltaje establecido. A lo largo del análisis, no pierda de vista la ubicación y polaridad definida para v 0 para garantizar que se obtengan los niveles apropiados.

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3. Materiales y Equipo utilizado: -

Osciloscopio

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Multímetro Digital

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Generador AC

-

Fuente DC

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Transformador

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Resistencias 470Ω, 1KΩ, 10KΩ

-

Potenciómetro 10kΩ

-

Capacitor 0.47uF

-

Diodos ( dos 1N4148 y dos 1N4004)

-

Cables conectores y coaxiales

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4. Procedimiento: A continuación, mostraremos el procedimiento con los datos obtenidos gracias a las mediciones de los instrumentos que utlizamos. 1. Verificar los componentes con el Multímetro Digital. Llenar las tablas 1.a y 1.b.

Resistor es Teórico Medido

R1

R2

470 Ω

1 KΩ

463.6 Ω

0.9 KΩ

Diodos Directa (Ω) Inversa (Ω)

Tabla 1.a R3 Capacito res 10 KΩ Teórico 9.9 KΩ

Tabla 1.b 1N4004 D1 D2 678 Ω 672 Ω > 6 MΩ > 6 MΩ

Medida

C1

R4

0.47 uF 0.48 uF

2.2 KΩ 2.19 KΩ

1N4148 D3 D4 723 Ω 723 Ω > 6 MΩ > 6 MΩ

2. Implementar el circuito de la Figura 1.

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a) Aplicar una señal senoidal con 16 Vpp observando y dibujando las señales de entrada y salida para frecuencias de 100 Hz, 1 KHz, 10 KHz.

b) Invertir la polaridad de la fuente Vr, y el diodo (D1) y proceda como en a).

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c) Clocar un diodo en paralelo con R1 de 10 KΩ al circuito de la figura 1 y repetir los pasos a) y b). -

Pasos de a)

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-

Pasos

de b)

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a) Aplicar las mismas señales del paso anterior. Observar y dibujar las ondas de salida variando la fuente Vr.

b) Invertir la polaridad de la fuente Vr y el diodo, luego proceda como en a). Página

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a) Aplicar una señal cuadrada de 8 V pico, observar y dibujar las señales de entrada y salida para frecuencias de 100 HZ, 1 KHz y 10 KHz.

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b) Variar la fuente Vr y repetir el paso a).

c) Invertir el diodo, manteniendo Vr constante, observe y dibuje las ondas de entrada y salida.

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d) Invertir el diodo y la fuente continua Vr, luego proceda como en a).

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a) Aplicar una señal cuadrada de 8 Vpp observando y dibujando las señales de entrada y salida para frecuencias de 25 KHz, 100 KHz y 500 KHz.

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b) Colocar diodo (el 1N4148) y repetir el paso anterior.

el otro

6. Implementar el circuito de la Figura 5, tratando de sincronizar la frecuencia del generador como un múltiplo de 60 Hz, lograr la salida como muestra de la sinusoide aplicada con el transformador.

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5. Cuestionario Final: 1) Presentar los resultados obtenidos en el laboratorio en forma ordenada indicando el circuito y las observaciones a que diera lugar. FIGURA 1 

2.A Para 1KHz

Para 100Hz

Para 10KHz

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

2.B Para 1KHz

Para 100Hz

Para 10KHz

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

2.C PASOS DE A

PASOS DE B

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FIGURA 2

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Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica 

3.A

3.B

FIGURA 3 

4.A

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

4.B



4.C

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

4.D

FIGURA 4 

5.A Para 25KHz

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Para 100KHz

Para 500KHz



5.B

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Para 25KHz

Para 100KHz

Para 500KHz

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FIGURA 5



f1=180Hz(x3)



f2=300Hz(x5)

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

f3=420Hz(x7)



f4=360Hz(x6)

2) En qué medida los instrumentos (ORC) tienen influencia en los circuitos, en cuando a la distorsión de la forma de onda.

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La distorsión de Onda es un efecto por el cual una señal pura (de una única frecuencia) se modifica apareciendo componentes de frecuencias armónicas a la fundamental. En el dominio del tiempo, esto significa que la forma de onda se degenera de una onda senoidal pura a una deformada, y en el dominio de la frecuencia, la expresión matemática se transforma de una expresión senoidal en una onda de Fourier de varias componentes. Cuanto mayor es la distorsión, mayor será la cantidad de componentes de la onda de Fourier. Un osciloscopio no es ni cerca lo ideal como para medir distorsión. Si vemos la distorsión en un osciloscopio, esta debe estar por sobre un 2%.

3) Explique las diferencias de lecturas encontradas con

el voltímetro y el ORC (en AC, DC) Si se mide en DC, las lecturas serán las mismas, mientras que en corriente alterna (AC) las lecturas diferirán ya que los multímetros digitales están calibrados para medir los voltajes eficaces con una precisión que puede estar entre el 1 y el 2% mientras que en el osciloscopio, se puede apreciar los valores pico a pico, pero en forma muy aproximada dependiendo del tamaño de la pantalla y de la linealidad del instrumento. El valor pico a pico lo tienes que dividir por 2 y luego por √2. Para este tipo de corriente (AC) es más confiable medir con el multímetro.

6. Conclusiones y recomendaciones: -

Fue comprobado lo que dice la teoría de los circuitos recortadores, que eliminan parte de una onda deseada realizando la conexión necesaria. Se comprobó también lo que se dice sobre los circuitos enclavadores, y que al agregarse una fuente de voltaje, la forma de onda se desplaza determina distancia. Se recomienda que al momento de realizar el experimento, estemos bien informados acerca del tema, debido a que es un tema un poco complicado de entender, pero cuando lo vemos reflejado en el osciloscopio, sabiendo la teoría, es posible de entender y aprender el porqué de la forma de onda y sus características.

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Hay que tener conocimiento acerca de los voltajes máximos de cada componente, ya que al momento de usar el generador, podríamos dar un voltaje mayor y ocasionar daños irreparables en los materiales a usar. Tener cuidado al manipular los instrumentos de medición, ya que si medimos cierta magnitud cuando el multímetro está configurado para otra, pueden resultar dañados. Se recomienda usar instrumentos de mediciones digitales para así tener las medidas más precisas.

7. Bibliografía: Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos (BOYLESTAD).

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