Universidad Nacional de Colombia. Gomez Andrés. Informe de laboratorio 5.
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INFORME PRÁCTICA 5 DIODO ZENER EN CARGA DINÁMICA Y APLICACIONES DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL Gómez, Andrés.
[email protected] Universidad Nacional de Colombia
Resumen—En este documento se aborda el estudio y posterior análisis de diversas aplicaciones de diodo Zener, como regulador de tensión. Adicionalmente se observará el comportamiento del puente rectificador de diodos frente a señales de bajos valores nominales y comparar su funcionamiento con respecto a un regulador elaborado a partir de amplificadores operacionales. Finalmente, se lleva a cabo el análisis de diversas aplicaciones de los amplificadores operacionales en circuitos conocidos como los son el rectificador de precisión de onda completa y el recortador de señal y se resolverán preguntas acerca del comportamiento de las señales de los circuitos propuestos. Palabras clave—Zener, carga dinámica, amplificador, sumador, inversor, rectificador.
I. INTRODUCCIÓN El diodo Zener en configuración de regulador de tensión, es un circuito estudiado ampliamente debido a su sencillez de análisis de circuito; sin embargo, es necesario verificar su efectividad con respecto a una carga resistiva dinámica para validar su pertinencia práctica. Puesto que los valores de tensión y corriente de referencia del regulador pueden ser afectados por alguna variación en el valor de la resistencia de carga, es importante validar que los cálculos teóricos coincidan en la práctica con el efecto de variar dicha resistencia. Mas adelante se analizarán las ventajas de un rectificador diseñado a partir de amplificadores operacionales, principalmente en el caso de aplicaciones en pequeña señal. Para este efecto se compara el funcionamiento de un puente rectificador
de diodos, frente a un rectificador de precisión elaborado a partir de los elementos citados anteriormente. Así mismo, el diodo Zener trabajando en su zona de operación, junto con otro elemento básico de circuito, como el amplificador operacional, permite configuraciones que optimizan el trabajo de circuitos convencionales, como por ejemplo el circuito recortador de señal, para obtener señales recortadas a partir de una alimentación de referencia. Después de observar el comportamiento de dichos circuitos, tanto en entorno de simulación como en el laboratorio con elementos reales, se podrá entrar a responder incógnitas que surgen del planteamiento en el díselo de dichos circuitos, acerca de las potencias, las formas de las señales resultantes, entre otras. II. PROCEDIMIENTOS Se realizaron tres procedimientos para verificar las propiedades del diodo Zener y algunas aplicaciones de amplificadores operacionales, a continuación, se ilustra el proceso realizado en el laboratorio de electrónica analógica. A. Diodo Zener como regulador ante carga dinámica Para la primera parte del laboratorio, se realizó el montaje de un regulador Zener como el que se observa en la siguiente figura. B. Rectificador de precisión de onda completa Cuando usted somete su última versión, después de que su documento se ha aceptado, imprímalo en el formato de dos-columnas, incluso las figuras y
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tablas. Envíe tres impresiones del documento; dos irán al IEEE y una se retendrá por el Jefe de redacción o el presidente de la conferencia de publicaciones. Usted también debe enviar su manuscrito final en un disco que IEEE usará para preparar su documento para la publicación. Escriba el nombre de los autores en la etiqueta del disco. Si usted está usando un Macintosh, por favor guarde su archivo en un disco formateado de PC, si es posible. Usted puede usar Zip o discos de CD-ROM para los archivos grandes, o comprimir archivos usando Compress, Pkzip, Stuffit, o Gzip. También envíe una hoja de papel con la información completa de contacto para todos los autores. Incluya la dirección de correo completa, números de teléfono, números de facsímil, y direcciones del correo electrónico. Esta información se usará para enviarle a cada autor una copia del compromiso del periódico en que el documento aparecerá. Además, designe a un autor como el “autor correspondiente.” Éste es el autor a quien se enviará la corrección del documento. Sólo se envían las demostraciones al autor correspondiente. C. Circuito recortador con amplificadores operacionales y diodo Zener Se procesarán todas las tablas y figuras como imágenes. Sin embargo, IEEE no puede extraer las tablas y figuras incluidas en su documento. (Las figuras y tablas que usted inserta en su documento sólo están solo para ayudarle a medir el tamaño de su documento, por conveniencia de los árbitros, y para hacerlo fácil para usted distribuir las preimpresiones.) Por tanto, someta, en hojas de papel separadas, versiones agrandadas de las tablas y figuras que aparecen en su documento. Éstas son las imágenes que el IEEE examinará y publicará con su documento. III. ANÁLISIS DE RESULTADOS Si usted está usando Word, use el Editor de Ecuaciones de Microsoft o el complemento MathType (http://www.mathtype.com) para las ecuaciones en su documento (Insertar | Objeto | Crear Nuevo | Editor de Ecuaciones de Microsoft o Ecuación MathType).
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IV. RESPUESTAS A PREGUNTAS SUGERIDAS A. ¿Cómo funciona el diodo Zener ante cambios en la carga? B. ¿Como varía la tensión con relación al valor de la carga? ¿la potencia? C. ¿Qué ventaja observa del rectificador de precisión respecto al rectificador tipo puente? D. ¿Qué limitaciones puede presentar en el rectificador de precisión y a que se deben? E. ¿Qué sucede con la frecuencia de la señal luego del rectificador de onda completa? ¿si hay un cambio, a que se debe? F. ¿Cuál es el propósito del diodo Zener en el circuito recortador con aplicador operacional? G. ¿Por qué el recorte en la señal no es uniforme en los dos hemiciclos de la señal? V. CONCLUSIONES El diodo Zener, bajo condiciones controladas de carga y un diseño adecuado, permite mantener una tensión de referencia entre las terminales del diodo, si se mantienen las condiciones de potencia de entrada del circuito. Los circuitos rectificadores de precisión tienen una respuesta mucho mejor en condiciones de rectificación de señales de najo nivel de tensión, en comparación con los rectificadores de diodos convencionales. Las propiedades de la curva característica del diodo Zener, permite que sea empleado en múltiples aplicaciones de circuitos, con diversas funciones como regulador y limitador de niveles de tensión, se valida que el Zener mantiene niveles de tensión de forma bastante eficaz, cerca de valores especificados por el fabricante. REFERENCIAS
[1] G. O. Young, “Synthetic structure of industrial plastics (Book style with paper title and editor),” in Plastics, 2nd ed. vol. 3, J. Peters, Ed. New York: McGraw-Hill, 1964, pp. 15–64. [2] W.-K. Chen, Linear Networks and Systems (Book style). Belmont, CA: Wadsworth, 1993, pp. 123–135. [3] H. Poor, An Introduction to Signal Detection and Estimation. New York: Springer-Verlag, 1985, ch. 4.
Universidad Nacional de Colombia. Gomez Andrés. Informe de laboratorio 5. [4] J. U. Duncombe, “Infrared navigation—Part I: An assessment of feasibility (Periodical style),” IEEE Trans. Electron Devices, vol. ED-11, pp. 34–39, Jan. 1959. [5] S. Chen, B. Mulgrew, and P. M. Grant, “A clustering technique for digital communications channel equalization using radial basis function networks,” IEEE Trans. Neural Networks, vol. 4, pp. 570–578, July 1993.
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