PARÁMETROS DE RENDIMIENTO DEL CONVERTIDOR AC/DC DE MEDIA ONDA, CARGA RESISTIVA OBJETIVO DE LA PRÁCTICA:
Valorar experimentalmente, los parámetros de rendimiento, correspondientes, al convertidor AC/DC de media onda, con carga resistiva.
FUNDAMENTO TEÓRICO: CARACTERÍSTICAS DE LOS DIODOS La forma de funcionamiento de un diodo común de silicio se puede apreciar observando la curva característica que se crea cuando se polariza, bien de forma directa, o bien de forma inversa. En ambos casos la curva gráfica (representada en color verde en el siguiente gráfico) muestra la relación existente entre la corriente y la tensión o voltaje que se aplicada a los terminales del diodo.
En este gráfico correspondiente a la curva característica de un diodo de silicio, se puede observar un eje horizontal “x” y otro vertical “y” que se intersectan en el centro. En ese punto el valor del voltaje y de la intensidad de la corriente es igual a “0” volt. volt. El eje vertical “y” muestra hacia arriba su parte positiva (+y) correspondiente al valor que puede alcanzar la intensidad de la corriente (Id) que atraviesa al diodo cuando se polariza directamente, mientras que hacia abajo su parte negativa (-y) muestra cuál será su comportamiento cuando se polariza de forma inversa (Ii). El eje horizontal “x” muestra hacia la derecha, en su parte positiva (+x), el incremento del valor de la tensión o voltaje que se aplicada al diodo en polarización directa (Vd). Hacia la izquierda del propio eje se encuentra la parte negativa ( – –x), correspondiente al incremento también del valor de la tensión o voltaje, pero en polarización inversa (Vi). Si a un diodo común de silicio le aplicamos una tensión o voltaje (Vd) para polarizarlo directamente, partiendo de “0” volt (punto de intersección de los ejes de las coordenadas), se puede observar en el gráfico que hasta tanto no se alcanzan los 0,7 volt sobre el eje “+x”, “+x”, el valor de la corriente (Id) no indica ninguna variación debido a la resistencia que, por debajo de ese voltaje, ofrece la “barrera de potencial” al flujo de los electrones en el punto de unión "p-n". Sin embargo, a partir de los 0,7 volt un pequeño incremento en el valor de la tensión, originará un enorme flujo de intensidad de corriente, tal como se puede apreciar en el gráfico, representado por la curva de color verde (paralela al eje “+y”), “+y”), en la parte correspondiente a la “región de polarización directa” del diodo. (Como ya se mencionó anteriormente, a diferencia del diodo de silicio (Si), un diodo de germanio (Ge) sólo requiere 0,3 volt de polarización directa para que comience a conducir la corriente). Ahora bien, si el diodo se polariza de f orma inversa aplicándole una tensión o voltaje inverso a partir de “0” volt y siguiendo el eje – eje –x, x, vemos que aunque incrementemos el valor de esa tensión, la corriente (Ii) no muestra variación alguna, excepto en un punto donde se produce una pequeñísima “corriente de fuga” de unos pocos microamperio. A partir de ese momento si continuamos incrementando el
valor de la tensión se llega al punto de “ruptura inversa”, (codo de la curva de color verde), donde el aislamiento de la unión "p-n" se rompe originándose un flujo de corriente, de valor tan alto, que destruye el diodo y lo hace inservible.
ECUACIÓN DE SHOCKLEY DEL DIODO: El modelo matemático más empleado en el estudio del diodo es el de Shockley (en honor a William Bradford Shockley) que permite aproximar el comportamiento del diodo en la mayoría de las aplicaciones. La ecuación que liga la intensidad de corriente y la diferencia de potencial es:
Dónde:
I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo y V D la diferencia de tensión entre sus extremos.
I S es la corriente de saturación (aproximadamente ) q es la carga del electrón T es la temperatura absoluta de la unión k es la constante de Boltzmann n es el coeficiente de emisión, dependiente del proceso de fabricación del diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el silicio). El término V D = kT/q = T/11600 es la tensión debida a la temperatura, del orden de 26 m V a temperatura ambiente (300 K ó 27 °C).
Con objeto de evitar el uso de exponenciales (a pesar de ser uno de los modelos más sencillos), en ocasiones se emplean modelos más simples aún, que modelizan las zonas de funcionamiento del diodo por tramos rectos; son los llamados modelos de continua o de Ram-señal que se muestran en la figura. El más simple de todos (4) es el diodo ideal.
MATERIAL Y HERRAMIENTAS UTILIZADOS EN EL LABORATORIO: Materiales:
Diodos de potencia. Transformador reductor. Resistencias. Carga resistiva, foco incandescente. Cables de conexión. Fuente de alimentación. Protoboard.
Herramientas:
Multímetro. Osciloscopio.
PROCEDIMIENTO DEL LABORATORIO: 1.- Armar el convertidor AC/DC de media onda, utilizando el transformador como fuente alterna.
D1
TR1
DIODE
L1
220V
100W
TRAN-2P2S
NOTA EN CADA UNO DE LOS PUNTOS COLÓCALE LOS VAL ORES QUE ANOTASTE DE CADA CIRCUITO 2.- Evaluar gráficamente, con el osciloscopio en modo DC, el voltaje en la fuente, en el diodo y en la carga. AQUÍVA LA 1RA FOTO DEL OSCILOSCOPIO 3.- Coloque una resistencia de bajo valor en serie con el diodo, que le permita visualizar la corriente de mismo. TR1
D1
R1 +88.8
DIODE
Amps
3.5
L1
220V
TRAN-2P2S
100W
4.- Evaluar gráficamente, con el osciloscopio en modo AC, el voltaje en la fuente, en el diodo y en la carga. AQUÍVA LA 2DA FOTO DEL OSCILOSCOPIO 5.- Evaluar con el voltímetro en CD, el voltaje en la fuente, en el diodo y en la carga.
8 . 8 8 +
s t l o V
D1
TR1
DIODE
L1
220V +88.8
+88.8
Volts
Volts 100W
TRAN-2P2S
6.- Evaluar con el voltímetro en AC, el voltaje en la fuente, en el diodo y en la carga.
8 . 8 8 +
s t l o V
D1
TR1
DIODE
L1
220V +88.8
+88.8
Volts
Volts 100W
TRAN-2P2S
7.- Evaluar con amperímetro en DC y AC, la corriente del circuito.
TR2
D2 +88.8 DIODE
TRAN-2P2S
Amps
L2
100W
8.- Colocar una resistencia de bajo valor, en serie con el diodo y visualice con el osciloscopio, los puntos de operación correspondientes a la curva característica. Primero utilice una fuente DC ajustable, luego una fuente AC.
TR2
D2 DIODE
R2 3.5
D2
L2
DIODE
R2 L2
3.5
B1 0 - 30V
TRAN-2P2S
100W
100W
AQUÍVA LA 3RA FOTO DEL OSCILOSCOPIO
CUESTIONARIO: 1.- Evalúe los parámetros, a partir de las evaluaciones graficas de voltaje y corriente. 2.- indique, a que parámetros corresponde, las mediciones realizadas con el multímetro. Compare con las obtenidas en el pinto 1. 3.- evaluar la potencia promedio del diodo (considere la segunda aproximación) a partir de la visualización de Vd e Id con el osciloscopio.
BIBLIOGRAFÍA: http://www.asifunciona.com/fisica/af_diodos/af_diodos_8.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_Shockley http://electronica.ugr.es/~amroldan/modulos/enlaces/dispo_potencia/diodo.htm
