UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERIA DE SISTEMAS Y ELECTRONICA
Curso
:
Semiconductores
Profesor
:
Christian Farro Chirinos
Informe Nro.
:
1
Tema
:
CIRCUITOS LIMITADORES Y DESPLAZADORES DE NIVEL
Integrantes
:
Cruz Cueva, Miguel - 1330456
Fecha de la Experiencia
:
martes 07 de junio de 2016
Hora
:
De 11:30 a 13:00
Fecha de entrega del informe :
martes 14 de junio de 2016
Hora
De 11:30 a 13:00
:
2016-II
1
INTRODUCCIÓN
El estudio de los elementos semiconductores en general, ha sido mucha importancia desde su descubrimiento hasta la época actual del desarrollo de la electrónica. Parte de ese estudio se focaliza en el estudio de los diodos semiconductores, los cuales se han convertido en componentes básicos de los circuitos eléctricos y electrónicos en general, ya que son utilizados en un sinnúmero de aplicaciones desde las más sencillas hasta las más complejas. El diodo es considerado el más sencillo de los elementos electrónicos de comportamiento no lineal. En la experiencia de laboratorio realizada se llevó a cabo la verificación de las características básicas y comportamiento de los diodos y el transformador, estudiadas previamente. En este informe se presentarán los resultados obtenidos en la experiencia realizada en hora académica, así como también los resultados obtenidos teóricamente y las obtenidas mediante el software ISIS PROTEUS.
2
CIRCUITOS LIMITADORES Y DESPLAZADORES DE NIVEL 1. OBJETIVO
Estudio de las características de funcionamiento de los circuitos desplazadores y limitadores de tensión. 2. FUNDAMENTO TEORICO 2.1. DIODO Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica en un solo sentido a través de él. Este término se emplea generalmente para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad. Un diodo consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo semiconductor se crea uniendo un material tipo n a un material tipo p ; sólo la unión de un material con un portador mayoritario de electrones a uno con un portador mayoritario de huecos.
DIODO 1N4007 Es uno de los diodos de una serie muy utilizados en una infinidad de equipos electrónicos. Se utiliza principalmente para convertir la corriente alterna en directa. Su encapsulado es de tipo DO-41. Principales características Tensión inversa de pico máximo: 1KV (VRRM)máx. Tensión máxima en un circuito rectificador de media onda con carga capacitiva: 500 V (Vef) Rango de temperatura: - 65 ºC a +125 ºC Caída de tensión: 1,1 V (VF)máx. Corriente en sentido directo: 1 A (If) Corriente máxima de pico: 30 A (Ifsm)máx. -
3
2.2. CIRCUITO DESPLAZADOR DE NIVEL Un circuito sujetador añade un nivel de CC a voltaje de AC. Hay dos tipos de sujetadores, los de nivel positivo y los de nivel negativo.
Figura. Sujetador o Cambiador de Nivel Positivo
El circuito sujetador de nivel positivo funciona de la siguiente forma: durante los semiciclos negativos el diodo esta polarizado en directa permitiendo que el capacitor C se cargué aproximadamente a VP (in) – 0.7V donde VP (in) es el voltaje pico de la señal de entrada. Después del pico negativo el diodo queda polarizado en inversa y esto es porque la carga positiva adquirida por el condensador bloquea al cátodo del diodo y busca descargarse a través de R. La idea es que el capacitor no se descargue totalmente cuando el diodo esta en inversa para así mantener una corriente continua aproximada a VP (in) – 0.7V que por superposición cambie el nivel DC de la señal de entrada. Para calcular la constante de tiempo de carga y descarga del condensador del se emplea la fórmula: T= R ∙C Una regla práctica de diseño es hacer que la constante de tiempo RC sea 10 veces el valor del periodo de la señal de entrada. Si invertimos la polaridad del diodo y la del capacitor obtenemos un Sujetador de nivel negativo.
Figura. Sujetador o Cambiador de Nivel Negativo
Los circuitos Sujetadores son frecuentemente utilizados en receptores de televisión como restauradores del nivel DC de señales de video. 4
2.3. CIRCUITO RECORTADOR O LIMITADOR DE TENSION Los circuitos recortadores o limitadores de voltaje tienen la función de impedir que un voltaje no sobrepase de cierto valor preestablecido, o en su defecto, que a partir de cierto voltaje se permita alimentar a alguna carga. Limitador Positivo Un limitador positivo recorta o limita la parte superior de una señal, Esto significa que recorta porciones de tensión en los semiciclos positivos.
Figura. Limit ador Positivo
El circuito funciona de la siguiente manera: el diodo es polarizado en directa durante los semiciclos positivos y en inversa durante los semiciclos negativos. Cuando el diodo esta polarizado en directa se produce un corto que ocasiona una caída de tensión en la resistencia RL que se aprecia como un recorte en el semiciclo positivo. Idealmente dicha caída debería recortar totalmente el semiciclo, en la practica el diodo no es ideal y el recorte termina en 0.7V. Limitador Negativo Un limitador negativo recorta o limita la parte inferior de una señal. Esto significa que recorta porciones de tensión en los semiciclos negativos.
Figura. Limitador Negativo
El circuito funciona de la siguiente manera: el diodo es polarizado en directa durante los semiciclos negativos y en inversa durante los semiciclos positivos. Cuando el diodo esta polarizado en directa se produce un corto que ocasiona una caída de tensión en la resistencia RL que se aprecia como un recorte en el semiciclo negativo. Idealmente dicha caída debería recortar totalmente el semiciclo, en la practica el diodo no es ideal y el recorte termina en −0.7V. 5
Limitadores Polarizados El nivel del voltaje que se limita se puede ajustar añadiendo una fuente de tensión (Vcc) en serie con el diodo.
Figura. Limitador Positi vo Polarizado
Figura. Limit ador Negativo Polarizado
De esta forma el circuito limitador recorta toda entrada de tensión por encima de: VCC + 0.7V Limitador Positivo −VCC – 0.7V Limitador Negativo -
Para que un limitador funcione correctamente se debe tener en cuenta la siguiente regla: 100RB < RS <0.01RL
6
3. PARTE EXPERIMENTAL 3.1. EQUIPOS Y MATERIALES
3.1.1. Una (01) fuente de tensión continua. 3.1.2. Un (01) multímetro digital. 3.1.3. Un (01) protoboard. 3.1.4. Un (01) osciloscopio. 3.1.5. Dos (02) puntas de prueba. 3.1.6. Dos (02) diodos 1N4004. 3.1.7. Dos (02) resistores de 10KΩ y 100KΩ. 3.1.8. Dos (02) condensadores de 10uf, 50V. 3.1.9. Un (01) transformador 220V a 12V-0V-12V. 3.2. PROCEDIMIENTO
CIRCUITO DESPLAZADOR DE NIVEL 3.2.1. Ensamble el siguiente circuito:
3.2.2. Aplique la tensión AC de entrada. Con el osciloscopio, mida el voltaje pico en el secundario. 3.2.3. Con el multímetro, mida la tensión DC en la salida (nudo A), respecto a la referencia. 3.2.4. Con el osciloscopio, mida la forma de onda en la salida (nudo A).
7
CIRCUITO LIMITADOR DE TENSION 3.2.5. Ensamble el siguiente circuito:
3.2.6. 3.2.7. 3.2.8. 3.2.9.
Aplique la tensión AC de entrada. Con el osciloscopio, mida el voltaje pico en el secundario. Con el multímetro, mida la tensión DC en la salida (V L). Con el osciloscopio, mida la forma de onda de tensión en V L. Con el osciloscopio mida la forma de onda de tensión en la resistencia R 1.
4. RESULTADOS OBTENIDOS
CIRCUITO DESPLAZADOR DE NIVEL CALCULO TEORICO:
Solución:
L = 24 ∗ √ 2 − 0.7 = 33.24
8
SIMULACION EN PROTEUS: CIRCUITO DESPLAZADOR SIMULADO
SEÑAL EN TRES CANALES
9
SEÑAL EN EL PRIMARIO
SEÑAL EN EL SECUNDARIO
10
VOLTAJE DE SALIDA DEL CIRCUITO (DESPLAZADO)
CIRCUITO LIMITADOR CALCULO TEORICO:
Solución : (+) > → = + . = .
11
SIMULACION EN PROTEUS: CIRCUITO LIMITADOR SIMULADO
SEÑAL EN EL SECUNDARIO
12
SEÑAL DE SALIDA EN R=10K
SEÑAL DE SALIDA EN R = 100K (VL)
13
RESULTADOS EXPERIMENTALES FIGURA. CIRCUITO 1: SALIDA EN EL SECUNDARIO
FIGURA. CIRCUITO 1: SALIDA EN EL NUDO A
14
FIGURA. CIRCUITO 2: SALIDA EN LA RESISTENCIA R 1
FIGURA. CIRCUITO 2: SALIDA EN LA CARGA V L
15
TABLA 1:
comparación de los valores simulados y medidos en el 1° Circuito
V p en el secundario (V)
MAGNITUD
TABLA 2:
VDC en el nudo A (V )
VALOR EXPERIMENTAL
33.60
33.69
VALOR SIMULADO
33.94
33.30
Error relativo (%)
1.02
1.20
comparación de los valores simulados y medidos en el 2° Circuito
V p en el secundario (V)
MAGNITUD
VDC en VL (V )
VALOR EXPERIMENTAL
33.60
5.51
VALOR SIMULADO
33.94
5.90
Error relativo (%)
1.02
7.08
5. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES
En la simulación mediante el software ISIS PROTEUS se considera el valor nominal de los elementos empleados, sin embargo, el valor real puede variar ligeramente, lo cual genera error. Un diodo real contiene una pequeña resistencia que para el caso no se ha tomado en cuenta. Revisar los materiales y tener previo conocimiento antes de manipularlos dado que puede demorar el tiempo previsto para la toma de datos. Se requiere tener bien hechas las conexiones (verificarlas) antes de encender los equipos. Así mismo, se debe evitar en lo posible, usar cables para conexiones y así obtener mejores resultados. 16
6. CONCLUSIONES
Se logró el objetivo planteado al inicio, pues se pudo verificar experimentalmente el funcionamiento del diodo como parte de un circuito desplazado y limitador, así como algunas de sus características. Los valores tomados del simulador son muy aproximados a los valores experimentales, con errores menores al 7.5%. Se puede determinar que una aplicación de un circuito limitador de tensión puede ser como protección de una carga. Es decir, que el voltaje no sobrepase el deseado. La experiencia realizada es muy importante para un mejor entendimiento de la razón por la cual se estudian estos dispositivos, así como para poder comprobar lo realizado teóricamente en clase.
7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS -
Guía de Laboratorio No. 1 “CIRCUITOS LIMITADORES Y DESPLAZADORES DE NIVEL”
-
ROBERT BOYLESTAD, “Electrónica Teoría de Circuitos Ed itorial”, Décima Edición,
Editorial Prentice Hall Hispanoamericana. -
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/243006/Contenidos/Circuitos_con_diodos/ circuitos_limitadores_sujetadores_y_multiplicadores_de_voltaje.html
-
SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA CENTRO METALMECANICO: CURSO VIRTUAL ELECTRONICA BASICA-APLICACIONES CON DIODOS (//https://soportec.files.wordpress.com/2010/06/material-de-apoyo-aplicacionescon-diodos_tema_3.pdf)
17
