INFORME DE LABORATORIO #02

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

ELECTRÓNICA BÁSICA - LABORATORIO

BOGOTÁ

2004

INTRODUCCIÓN

Este informe invita al lector a conocer de una manera concisa el manejo de los diodos como una poderosa herramienta, en el uso electrónico.

Brevemente conoceremos que pasos seguimos estrictamente en la práctica desde que se entró en la sala del laboratorio, hasta el momento en el que se finalizo la práctica.

De una manera secuencial veremos paso a paso como manipulamos los artefactos, con ayuda de ilustraciones. Así se podrá entender de una manera concisa, al tener una ilustración de cada cosa que acontece para tratar de remediar la ausencia de masa al detallar por medio de la descripción en la redacción de este trabajo.

Aquí trabajamos con diferentes diodos, como también montajes específicos que muestran aplicaciones especiales del diodo. El informe muestra gráficas simuladas por computador que son las que debemos apreciar en el osciloscopio del laboratorio.

Por ultimo queda nuestra expectativa hacia el lector de que al mediante la lectura, reciba con agrado lo que hemos plasmado en este informe de laboratorio; como la comprensión sea oportuna en cada línea que cuidadosamente hemos redactado.

OBJETIVOS

MARCO TEÓRICO

DIODO CON POLARIZACIÓN DIRECTA

El ánodo se conecta al positivo de la batería y el cátodo al negativo.

El diodo conduce con una caída de tensión de 0,6 a 0,7V. El valor de la resistencia interna seria muy bajo. Se comporta como un interruptor cerrado

DIODO CON POLARIZACIÓN INVERSA

El ánodo se conecta al negativo y el cátodo  al positivo de la batería

El diodo no conduce y toda la tensión de la pila cae sobre el.
Puede existir una corriente de fuga del orden de µA.
El valor de la resistencia interna sería muy alto

Se comporta como un interruptor abierto

SIMBOLOGÍA

TIPOS DE DIODOS.

DIODOS METAL-SEMICONDUCTOR.

Los más antiguos son los de germanio con punta de tungsteno o de oro. Por el tipo de unión que tiene posee una capacidad muy baja, así como una resistencia interna en conducción que produce una tensión máxima de 0,2 a 0,3v.

El diodo Schottky es un tipo de diodo cuya construcción se basa en la unión metal conductor con algunas diferencias respecto del anterior. s DOS METAL-SEMICONDUCTOR.-La conexión se establece entre un metal y un material semiconductor con gran concentración de impurezas, de forma que solo existirá un movimiento de electrones, ya que son los únicos portadores mayoritarios en ambos materiales. Al igual que el de germanio, y por la misma razón, la tensión de umbral cuando alcanza la conducción es de 0,2 a 0,3v. Igualmente tienen una respuesta notable a altas frecuencias, encontrando en este campo sus aplicaciones más frecuentes. Un inconveniente de esto tipo de diodos se refiere a la poca intensidad que es capaz de soportar entre sus extremos.

El encapsulado de estos diodos es en forma de cilindro, de plástico o de vidrio. De configuración axial. Sobre el cuerpo se marca el cátodo, mediante un anillo serigrafiado.

Diodo de punta de germanio Diodo Schottky

DIODOS RECTIFICADORES.

Su construcción está basada en la unión PN siendo su principal aplicación como rectificadores. Este tipo de diodos (normalmente de silicio) soportan elevadas temperaturas (hasta 200ºC en la unión), siendo su resistencia muy baja y la corriente en tensión inversa muy pequeña. Gracias a esto se pueden construir diodos de pequeñas dimensiones para potencias relativamente grandes, desbancando así a los diodos termoiónicos desde hace tiempo.

Sus aplicaciones van desde elemento indispensable en fuentes de alimentación como en televisión, aparatos de rayos X y microscopios electrónicos, donde deben rectificar tensiones altísimas.

En fuentes de alimentación se utilizan los diodos formando configuración en puente (con cuatro diodos en sistemas monofásicos), o utilizando los puentes integrados que a tal efecto se fabrican y que simplifican en gran medida el proceso de diseño de una placa de circuito impreso.

Los distintos encapsulados de estos diodos dependen del nivel de potencia que tengan que disipar. Hasta 1w se emplean encapsulados de plástico. Por encima de este valor el encapsulado es metálico y en potencias más elevadas es necesario que el encapsulado tenga previsto una rosca para fijar este a un radiador y así ayudar al diodo a disipar el calor producido por esas altas corrientes. Igual le pasa a los puentes de diodos integrados.

DIODO RECTIFICADOR COMO ELEMENTO DE PROTECCION.

La desactivación de un relé provoca una corriente de descarga de la bobina en sentido inverso que pone en peligro el elemento electrónico utilizado para su activación. Un diodo polarizado inversamente cortocircuita dicha corriente y elimina el problema.

El inconveniente que presenta es que la descarga de la bobina es más lenta, así que la frecuencia a la que puede ser activado el relé es más baja. Se le llama comúnmente diodo volante.

DIODO RECTIFICADOR COMO ELEMENTO DE PROTECCION DE UN DIODO LED EN ALTERNA.

El diodo LED cuando se polariza en c.a. directamente conduce y la tensión cae sobre la resistencia limitadora, sin embargo, cuando se polariza inversamente, toda la tensión se encuentra en los extremos del diodo, lo que puede destruirlo.

DIODOS ZENER.

Se emplean para producir entre sus extremos una tensión constante e independiente de la corriente que las atraviesa según sus especificaciones. Para conseguir esto se aprovecha la propiedad que tiene la unión PN cuando se polariza inversamente al llegar a la tensión de ruptura (tensión de zener), pues, la intensidad inversa del diodo sufre un aumento brusco. Para evitar la destrucción del diodo por la avalancha producida por el aumento de la intensidad se le pone en serie una resistencia que limita dicha corriente. Se producen desde 3,3v y con una potencia mínima de 250mW.

Los encapsulados pueden ser de plástico o metálico según la potencia que tenga que disipar.

APLICACIONES

La aplicación de estos diodos se ve en los Reguladores de Tensión y actúa como dispositivo de tensión constante (como una pila).

Símbolo:

Característica

Su gráfica es de la siguiente forma:

Un diodo normal también tiene una zona de ruptura, pero no puede funcionar en él, con el Zener si se puede trabajar en esa zona.

La potencia máxima que resiste en la "Zona de Ruptura" ("Zona Zener"):

En la zona de ruptura se produce el "Efecto Avalancha" ó "Efecto Zener", esto es, la corriente aumenta bruscamente.

Para fabricar diodos con un valor determinado de tensión de ruptura (Vz) hay que ver la impurificación porque Vz es función de la impurificación (NA ó ND), depende de las impurezas.

La zona de ruptura no es una vertical, realmente tiene una inclinación debida a Rz:

En un "Diodo Zener Real" todos son curvas, pero para facilitar los cálculos se aproxima siempre.

Las aproximaciones para el zener son estas:

Modelo ideal (1ª aproximación)

Si buscamos su equivalente veremos que es una pila con la tensión VZ.

Esto solo es válido entre IZmín y IZmáx.

2ª aproximación

Como en el caso anterior lo sustituimos por un modelo equivalente:

Anteriormente habíamos visto este circuito:

Primeramente supondremos que están conectados directamente, por lo tanto vC = vL entonces:

Problemas que podemos tener:

• RL variable (variaciones de carga).

• Variaciones de tensión de red (variaciones de red).

Debido a estos dos problemas la onda de salida de ese circuito puede variar entre dos valores y como nuestro objetivo es obtener una tensión constante a la salida tendremos que hacer algo. Para resolver este problema ponemos un regulador de tensión basado en el diodo zener.

Ahora vamos a analizar este regulador de tensión.

Regulador de tensión en vacío (sin carga)

VS estará entre un mínimo y un máximo, y el regulador tiene que funcionar bien entre esos 2 valores (vSmáx y vSmín).En este caso vS lo pondremos como una pila variable.

Además para que funcione correctamente el zener tiene que trabajar en la zona de ruptura.

Para que esté en ruptura se tiene que cumplir:

Ejemplo: Comprobar si funciona bien el siguiente circuito:

Hay que ver si en la característica los valores se encuentran entre IZmín y IZmáx para comprobar si funciona bien.

Funciona bien porque se encuentra entre los dos valores (máximo y mínimo). La salida es constante, lo que absorbe la tensión que sobra es la R (que es la resistencia limitadora).

Regulador de tensión con carga

Para comprobar que estamos en ruptura calculamos el equivalente de Thevenin desde las Bornes de la tensión VZ:

Como en el anterior caso los valores del circuito tienen que estar entre un máximo y un mínimo:

El zener absorbe la corriente sobrante (IZ variable) y la resistencia (R) la tensión sobrante. Entonces a la salida la forma de la onda es la siguiente:

• 2ª aproximación

El circuito equivalente sería de la siguiente forma:

A ese circuito se le aplica la superposición:

Como la superposición es la suma de estos 2 circuitos la solución será esta:

Con esto se ve que lo que hace el zener es "Amortiguar el rizado". Veamos cuanto disminuye el rizado:

Ejemplo: 1N961   VZ = 10 V  RZ = 8,5 V  VRentr. = 2 V

Si quiero disminuir más el rizado pondría otro regulador que disminuiría más el rizado pico a pico:

PROCEDIMIENTO

Para dar inicio a la práctica, se solicitó al operador de laboratorio el material de trabajo, este consistió: en un osciloscopio, dos sondas, tres cables de poder y un cable auxiliar, un diodo Zener sorpresa, dos diodos IN 4001, una resistencia de 100 , una resistencia de 47 , una Protoboard con sus respectivos cables.

PRIMER MONTAJE

En este montaje se colocó una fuente de corriente alterna con 400Hz de frecuencia los cuales siempre se mantenían constantes. Seguida a esta se colocó un diodo de tipo IN 4001; la cual nos indica: IN 4001, es de una juntura, una unión de dos materiales; IN 4001, señala que posee una tensión inversa de 400V que entra en valencia. IN 4001, Posee una Corriente de condición de 1 Amperio.

En este informe utilizamos gráficas hechas por simulación por medio de un programa de apoyo llamado Crocodile Clips; con el cual podemos visualizar las gráficas obtenidas a continuación.

Para empezar colocamos el voltaje en cero e íbamos haciendo incrementos de 0.05V por seg. Como pudimos observar en la gráfica anterior hasta los 14seg. Hubo una conducción de voltaje hasta 0.7V ya que el diodo conduce con una caída de tensión de 0,6 a 0,7V y antes de los 0.7V se estaba comportando como un interruptor cerrado y no hay paso de corriente.

Así fuimos subiendo el voltaje como muestra la grafica siguiente: