FECHA DEL INFORME: 01/10/2013
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Circuitos de aplicaciones practicas con diodos Laura L. Lugo, C odigo 223569 ´ ´ Juan A. Lopez, C odigo ´ ´ 261972 Marianella Monroy, Monroy, C odigo 223288 ´ ´ Estudiantes, Estudiantes, Universidad Universidad Nacional de Colombia
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intencion o´ n de Resumen—Este informe ha sido realizado con la intenci´ brindar brindar a sus lectores informaci´ informacion, o´ n, por medio de dise ˜ dise ˜ nos creados y probados en el laboratorio, acerca de las diferentes aplicaciones que se le pueden dar a un diodo, como se puede ver en circuitos: recortadores, limitadores, sujeradores y multiplicadores. Abstract—This is a dossier realized in order to give the readers information, using designs created und tested in the laboratory, about the different applications that can be given to a diode, as seen in circuits: limiters, fasteners und multipliers. —diodo, Palabras Claves—diodo,
I.
Serie: A este tipo corresponde el rectificador de media onda, el cual consiste en un diodo conectado a la entrada y una una resi resist sten enci ciaa en para parale lelo lo a la sali salida da.. Cuan Cuando do se introduce una corriente AC, la parte de la se˜nal nal recortada depender´a de la polarizaci´on on del diodo. Las siguient siguientes es representaciones corresponden a un modelo con diodos ideales.
aplicaciones, aplicaciones, dise ˜ dise ˜ nos.
´ I NTRODUCCION
C
UANDO UANDO se utiliza utiliza el oscilosco osciloscopio, pio, podemos podemos observar observar la onda onda de tens tensio ion n vs tiem tiempo po que que se gene genera ra en el circuito,que com unmente u´ nmente toma una forma sinusoidal. La cual puede ser alterada o modificada por diodos, de forma en que su fase, amplitud, entre otras cosas pueden variar. En este informe se explica los dise˜nos nos que se construyeron para cumplir con los requerimientos de las ondas expuestas en la gu ´ıa, ıa, al igual se ilustra ilustra las diferente diferentess aplicaci aplicaciones ones que se pueden pueden llevar llevar a ´ de los mismos. cabo con la implementanci on II.
´ I NSTRUMENTACI ON
En esta pr´ practica a´ ctica de laboratorio se utilizaron los siguientes instrumentos (adem as a´ s de algunos componentes electr onicos): o´ nicos):
Fuente dual de voltaje Generador de se ˜ se ˜ nales analogo a´ logo - Promix GF-232 Osciloscopio - HITACHI V-252 Mult´ımetro ımetro digital - FLUK FLUKE E 177 177 True True RMS RMS DMM DMM Multimeter Diodos Resistencias II I.
´ M ARCO T E ORICO
Cuando se habla de recortadores o limitadores se debe tener en cuenta que son una red de diodos que es capaz de recortar una porci porcion o´ n de la se nal n˜ al de entr entrad adaa sin sin alte altera rarr el rest resto o de la onda. onda. El recort recortado adorr m´as as simple que se puede dise˜nar nar es un rectificador de media onda, el cual consiste en un diodo conectado a la entrada y una resistencia en paralelo a la salida. Cuando Cuando se introd introduce uce una corrie corriente nte AC, la parte parte de la senal n˜ al recortada depender a´ de la polarizaci on o´ n del diodo. Existen dos tipos de recortadores:
Figura Figura 1. Efectos Efectos de un recortado recortadorr en serie simple simple en varios varios tipos de onda
Si se cone conect ctaa una una fuen fuente te dc en seri seriee con con el diod diodo, o, disminuir´ disminuira´ o se increm increment entar ar´a´ Vm depend dependien iendo do de esta esta se ubica con la misma polaridad del diodo o de forma inver inversa. sa. Estos circuitos circuitos se denominan denominan recortador recortadores es en serie polarizados. Los efectos se resumen en la siguiente imagen
Figura Figura 2. Alteraci Alteraci´on o´ n de una onda senoidal al conectarse a un rectificador en serie polarizado
Paralelo: Un circui circuito to rectifi rectificad cador or en parale paralelo lo simple simple tiene tiene el efecto inverso inverso que un rectificador rectificador en serie. serie. La difere diferenci nciaa radica radica en que si el diodo diodo est´ esta´ en polari polaridad dad activa en el semiciclo positivo, la parte de la onda recortada es la positiva. De igual forma es posible conectar en serie al diodo una fuente DC, obteniendo como resultado esta vez un cambio en el nivel de transici on o´ n de la senal. n˜ al. Los cambios generados se muestran con claridad en la siguiente imagen.
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IV.
Figura 3. Tipos de recortadores en serie polarizados
Los cambiadores de nivel o sujetadores son los que adicionan una componente DC a la se n˜ al de entrada. El circuito consta necesariamente de un capacitor, un diodo y una resistencia, tambi´en puede contener una fuente dc para obtener el nivel requerido. En este caso el valor de la resistencia y el capacitor deben ser escogidos de forma tal que, para garantizar que el condensador se descargue lo m´ınimo posible en el periodo de conducci´on del diodo. En una red de cambio de nivel es importante considerar que ”la excursi´on de voltaje total de la se˜nal de salida es igual a la excursi on ´ de voltaje total de la se˜nal de entrada”.[1] La siguiente imagen resume los casos que se pueden presentar variando polaridad e incluyendo una fuente dc en serie con el diodo.
DATOS E XPERIMENTALES
Antes de empezar a desarrollar los puntos expuestos en la gu´ıa, se hizo una revision ´ del equipo y se calibro para que los resultados que se encontraran posteriormente fueran lo mas exactos y reales posibles. Despu´es de corroborar el buen estado del equipo se procedi´o a revisar que los montajes realizados antes de la practica estuvieran correctamente conectados. En los dos primeros circuitos, para los cuales deb´ıamos conseguir una se˜n al de salida dev (t) = 8sin(wt),se hizo uso del generador de se˜nales a una frecuencia de 1kHz y se observo en el osciloscopio la siguiente se n˜ al.
Figura 6. Se˜nal 1 tomada desde el osciloscopio, desplazada a -5v del origen
Figura 4. Tipos de redes de cambio de nivel, aplicadas a una se n˜ al de entrada cuadrada
Los multiplicadores de tensi´o n se basan en el principio de un detector pico a pico que usando diodos rectificadores de peque˜n a se˜n al y operando a una frecuencia de 60Hz. Este circuito permite obtener una componente en DC igual a proporcional al valor pico de la se˜nal de entrada, se realiza en varias fases en los condensadores van siendo cargados gracias varias secciones de cascada de diodos
Figura 7. Se˜nal 2 tomada desde el osciloscopio, desplazada a +3v del origen
en el tercer circuito, se deb´ıa construir una onda de salida de 10sin(wt) a frecuencia de 1kHz, con un recorte de 6V por encima y 6V por abajo y deb´ıa sujetarse en un nivel D.C. de -5V, de igual manera se realizaron variaciones de corte los cuales se pueden observar en el cuadro 1.
Figura 8. Se˜nal 3 tomada desde el osciloscopio, desplazada -5v y recortada por arriba y abajo en 6V Figura 5. Multiplicadores de tensi´on elaborados con diodos rectificadores en cascada: a) duplicador; b)triplicador, c) cuadriplicador
En esta tabla se encuentran registrados los valores de tensi o´ n que se variaron para observar el comportamiento de la se n˜ al y se pudo mirar que al variar la fuente 2, la saturaci´on por debajo
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Cuadro I ´ DE CORTE VARIACI ON V1
V2
Pico max
Pico min
6V
5,5V
1V
13V
6V
5V
1V
12V
6V
4V
1V
11V
6V
3V
1V
10V
6V
2V
1V
8V
6V
0
1V
7V
de la onda variaba directamente proporcional, hasta llegar a 7 voltios.
V.
SIMULACIONES
Figura 9. Dise˜no y simulaci´on del circuito 1
˜ que se planteo para cumplir Se puede observar el dise no con los requerimientos de la sen˜ al, en donde la sen˜ al v(t) deb´ıa desplazarse -5V, al igual que la sen˜ al observada por el osciloscop´ıo.
Figura 11. Dise˜no y simulaci´on del circuito 3
VI.
´ DE LAS PREGUNTAS SUGERIDAS S OLUCI ON
¿Qu´e dificultades encuentra en la realizaci´o n de las mediciones? El u´ nico problema que se present´o al realizar los montajes y medirlos fue en el circuito multiplicador. Inicialmente se midi o´ el voltaje sobre la resistencia y el voltaje era pr´acticamente el mismo al que se estaba introduciendo en el circuito. Posteriormente se decidi´o medir el voltaje entre la terminal positiva de C3 y la negativa de C2 obteniendo esta vez el valor calculado en la ´ En ambos casos se midi o´ la tensio´ n sobre simulaci on. los mismos dos nodos. Muy probablemente se trat o´ de un error de conexi´on. ¿Encuentra diferencias entre las mediciones y los c´alculos de disen˜ o - resultados de simulaci on? ´ ¿A qu´e atribuye las diferencias si las hay? En el caso del multiplicador como se esperaba en la simulaci´on no se obtuvo una triplicaci´on puesto que hay una perdida ocasionada por los diodos. En los otros casos los resultados fueron los esperados. ´ de los diodos en ¿Qu´e sucede si invierte la disposici on los circuitos empleados para generar las cuatro se n˜ ales a reproducir? Los dos primeros montajes son cambiadores de nivel, el circuito 1 la se n˜ al se elevar´ıa y en el circuito 2 se desplazar´ıa hacia abajo. En el circuito 3 las dos primeras fases recortando arriba y abajo no habr´ıan m´as modificaciones pero al invertir el ultimo diodo, el capacitor est´a obligado a cargarse con tensi´on inversa, por lo tanto el capacitor explotar´ıa.
Figura 10. Dise˜no y simulaci o´ n del circuito 2
VII. En esta simulaci o´ n se puede observar la misma se nal ˜ pero desplazada a +3V, para ello se tuvo que cambiar el dise˜no planteado en la figura 1, invirtiendo la polaridad del diodo y de la fuente 2, al igual que su valor. ´ 3 presenta una se n˜ al distinta a las observabas La simulacion anteriormente, ya que esta no solo se desplaza -5V, sino tambi´en se recorta en 6V por arriba y por abajo, para construir esta se˜nal se tuvo que implementar mas diodos. El primer diodo se encarga de hacer el desplazamiento y los otros dos se encargan de hacer el corte o la saturaci on ´ por arriba y abajo, en donde el valor de las fuentes el valor m a´ ximo y m´ınimo al que puede llegar la se˜nal.
C ONCLUSIONES
En esta practica se pudo concluir que es muy importante polarizar correctamente los diodos, ya que pueden quedar en directo o en inverso y esto puede interferir en la se n˜ al de salida. En las diferentes aplicaciones que se le pueden dar a lo diodos es necesario tener en cuenta el valor de las fuente, ya que ella se encarga de desplazar la se n˜ al. Es necesario conocer la ficha t´e cnica de los diodos utilizados en la practica, para tener certeza de los valores de corriente maxima que pueden alcanzar y no da˜nar dichos elementos.
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R EFERENCIAS [1] Boylestad, Nashelsky. Electronica: teor´ıa de circuitos, sexta edici´on Recortadores y sujetadores. Editorial Pretice-Hall. Mexico. 2003 [2] Malvino. Principios de electr´onica, septima edici´on Diodo semiconductor. Editorial McGraw-Hill. Mexico. 2007
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