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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ingeniería. División de Ingeniería Mecánica e Industrial Laboratorio de Electrónica Básica
NOMBRES: ANGELES LEDESMA CHRISTIAN MANUEL MANUEL VALADEZ LÓPEZ BRANDON BRANDON ARMANDO NUÑO VILLICAÑA LUIS ALBERTO
PROFESOR: García González Omar Ing.
Práctica No. 2 Diodos Zener, duplicador y triplicador de voltaje
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Grupo: 11 Fecha: 11/febrero/2016
Analizar de forma experimental la aplicación de diodos Zener para la regulación de voltaje, y determinar los límites de operación de los diodos Zener en aplicaciones de regulación de voltaje.
Comprobar el funcionamiento de una duplicadora y triplicadora de voltaje 2) basadas en diodos rectificadores.
Una fuente de voltaje Un diodo Zener a 5.1[V] Juego de cables banana – caimán Multímetro (De manera opcional, podría trabajarse con el que trajera el equipo mientras se usaba el proporcionado por el laboratorio). Una resistencia de 100 y de 330 [Ω]
Cuatro diodos 1N004
Un transformador de 120V : 24 V de 1 Ampere Una tableta de experimentación (protoboard). Una clavija Un portafusibles para cable y un fusible. Cuatro capacitores de .1[uF].
CUESTIONARIO PREVIO 1.- Cuando un diodo Zener se utiliza como regulador de voltaje este debe tener una polarización: R.- Inversa, es decir, el cátodo del diodo conectado al lado positivo. 2.- Explique la función principal del resistor Ri en el circuito de la Figura 1. R.-Limita la corriente a través del diodo Zener y recibe el voltaje excedente entre V s y Vz. 3.- Tomando como referencia la hoja de especificaciones que proporcionan los fabricantes de diodos Zener. Mencione los parámetros de funcionamiento más importantes que deben ser considerados en la selección de un diodo Zener. -. Tensión Zener Vz= Debe ser un rango alto para que al variar la diferencia de potencial a valores mayores que la diferencia de potencial de ruptura del zener el Vz permanezca constante. -. Rango de tolerancia de Vz. (Tolerancia: C: ±5%)= Siempre se debe tener un factor de seguridad que nos permita salvar el diodo por si uno llega a excederse en la aplicación de diferencia de potencial. -. Máxima corriente Zener en polarización inversa Iz= El progresivo aumento de la polarización inversa hace crecer el nivel de corriente y no debe sobrepasarse un determinado nivel de tensión especificado por el fabricante pues en caso contrario se dañaría el diodo -. Máxima potencia disipada= Siempre debemos tener en cuenta la máxima potencia que puede disipar el diodo y trabajar siempre en la región de seguridad. -. Máxima temperatura de operación del zener= A menor temperatura, el diodo Zener disipará mayor potencia. [1]
[1]. Gráfica potencia vs Temperatura. http://pdf.datasheetcatalog.net/datasheet/HitachiSemiconductor/mXwuzrx.pdf
EFECTOS AL VARIAR EL VALOR DE VOLTAJE DE LA FUENTE VS EN EL DIODO ZENER .
Alambramos el circuito de la figura 1. Para la práctica, Ri= 100 [Ω] y la Resistencia de Carga RL=330[Ω] y un diodo zener a 5.1[V]. Fue variándose el voltaje que entregaba la fuente para
observar el comportamiento del diodo Zener y llegar hasta el punto Zener Voltaje de la fuente Vs[V]
Voltaje en la carga Rl Vl=VZ[V]
Voltaje en el el Ri Vri[V]
Corriente en el resistor Ri . Ir [mA]
2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0
1.5 1.92 2.27 2.72 3.07 3.43 3.87 4.23 4.57 4.9 5.02 5.04 5.05 5.05 5.05 5.08 5.09 5.09 5.09
0.47 0.58 0.68 0.81 0.91 1.03 1.16 1.27 1.39 1.57 2.03 2.46 2.9 3.41 3.96 4.41 4.86 5.32 5.99
4.7 5.8 6.8 8.1 9.1 10.3 11.6 12.7 13.9 15.7 20.3 24.6 29 34.1 39.6 44.1 48.6 53.2 59.9
Corriente en Corriente en el resistor Rl el diodo . Il [mA] Zener. Iz [mA] 4.545 5.818 6.878 8.242 9.303 10.393 11.727 12.818 13.848 14.848 15.212 15.272 15.303 15.303 15.303 15.393 15.424 15.424 15.424
0.154 -0.018 -0.078 -0.142 -0.203 -0.093 -0.127 -0.118 0.051 0.851 5.087 9.327 13.697 18.797 24.297 28.706 33.175 37.775 44.475
NOTA: Ver los valores de corriente calculado en el otro documento PDF titulado “Corrientes en práctica 2”. Ahí están todos los valores de corrientes programados en Mathematica.
Alambramos los siguientes circuitos con el fin de logr ar duplicar y triplicar el voltaje entregado por el transformador. Cuidando de que el voltaje logrado no sobrepasara los valores máximos de los capacitores (en este caso usamos capacitores de .1[uF] a 100[V]) conectamos el circuito a la derivación central del transformador para conseguir un voltaje de entrada de 12[V].
Circuito 1 (Duplicador de voltaje)
FIGURA2. Circuito alambrado del duplicador de voltaje.
Vm[V] 15.39
2Vm[V]
31.13
Sabemos que salió ese valor porque lo que medimos fue el voltaje rms, es decir, 12*raíz de 2, entonces el arreglo consiguió multiplicar por dos el voltaje de la fuente.
Circuito 2 (Triplicador y cuadriplador de voltaje)
FIGURA3. Circuito alambrado del triplicador y cuatriplicador de voltaje. Vm[V]
2Vm[V]
3Vm[V]
15.15
30.75
43.2
Al principio medíamos el voltaje capacitor por capacitor, cuando medimos el tercer capacitor, creímos que mediríamos el triple del voltaje de la fuente, pero no fue así, obtuvimos una medida
del doble de valor, lo que era coherente pues obteníamos el valor del capacitor anterior, lo cual confirmaba la teoría, de que el siguiente capacitor se cargaba con el voltaje del segundo. Ya posteriormente medimos como se debía y pudimos comprobar el triplicador y cuatriplicador de voltaje. Aprendizaje adquirido.
Por la práctica obtuvimos la experiencia de que si queremos que el diodo Zener entre en funcionamiento, este debe estar conectado en polarización inversa, pues de lo contrario funcionaría como un diodo común. Además, aprendimos a armar una configuración que nos pueda entregar el doble, el triple e inclusive el cuádruple del voltaje que entrega una fuente, pero siempre teniendo cuidado con cómo alambramos el circuito, pues es importante fijarse en la polaridad del diodo para que funcione como debe ser. Christian Manuel Ángeles Ledesma
Con la practica pudimos observar que si se requiere un mayor voltaje del que se tiene en la fuente, podemos sustituir un alambrado un tanto difícil que involucra un amplificador operacional (configuración estudiada en análisis de circuitos) por un alambrado de mayor simplicidad con los diodos Zener y capacitores, y no solo en el momento de alambrar el circuito, sino que también al momento de analizarlo matemáticamente. Armando Brandon Valadez López Para el primer circuito se comprobó cómo funciona el diodo Zener, se fue aumentando el voltaje de la fuente lentamente hasta que alcanzo su valor nominal de 5.1 V, una vez que se alcanzó ese valor, se notó que la resistencia en paralelo RL mantenía aproximadamente ese voltaje y el exceso de la carga se disipaba a través de la resistencia Ri, también a partir de que alcanzo su voltaje de operación empezó a conducir corriente hasta alcanzar un máximo de 44 mA. Para este diodo Zener se tuvo cuidado de no superar su valor máximo de potencia que era de 1 Watt, la potencia máxima que alcanzo seria de (5.1 V)*(44 mA) = 0.2244 Watts, lo cual está dentro de las especificaciones. Para el circuito duplicador y sobre todo para el circuito triplicador de voltaje es muy importante que hayamos usado la derivación central del transformador ya que si no el tercer capacitor hubiera volado ya que tiene un voltaje máximo de operación de 50 V. En estos circuitos se aprecia como gracias a que un diodo rectificador niega la parte negativa de la corriente y solo deja pasar la positiva, o al revés dependiendo de cómo esté conectado, nos permite cargar un capacitor para después usar esa carga más la de la fuente para cargar un segundo capacitor y después usar esas cargas más la de la fuente para cargar un tercer capacitor resultando con un voltaje 3 veces del valor del de la fuente. Cabe destacar que esto solo se puede lograr si los diodos
están conectados en el orden adecuado y además con corriente alterna. Nuño Villicaña Luis Alberto
