Características de conmutación de los diodos

8/18/2019 Características de conmutación de los diodos

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Universidad Nacional de Colombia. Sede Bogotá.Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Electrónica de Potencia

Informe de Laboratorio Nro. I: Características de conmutación

de los Diodos y rectificadores monofásicos Carga Resistiva.Raúl Isea Noguera, [email protected]

Julián Pinzón Flórez, [email protected]

Marzo, 2016

INTRODUCCIÓN

Este informe presenta la teoría relacionada con el funcionamiento de los diodos de recuperación

rápida, diodos de propósito general, así como su aplicación en rectificadores monofásicos con carga

resistiva. También se presentan los cálculos, simulaciones y resultados de laboratoriocorrespondientes a la primera práctica de electrónica de potencia y su respectivo análisis.

I. TIPOS DE DIODOS

El fenómeno de recuperación inversa de los diodos, es una característica heredada de la construcción

del dispositivo.

La construcción de un diodo que no tuviera tiempo de recuperación inversa resultaría muy costoso y

comúnmente las aplicaciones de los diodos en electrónica de potencia no justifican el gasto adicional.

Para muchas aplicaciones conocidas, no resulta importante el efecto de del tiempo de recuperación

inversa y se pueden emplear diodos de bajo costo [1].

Los diodos de potencia se pueden clasificar en dos o tres categorías y las características y limitaciones prácticas de cada tipo restringen sus aplicaciones.

A. D iodos de Propósito General

Los diodos rectificadores de propósito general (PG) tienen un tiempo de recuperación inversa

relativamente grande, típicamente entre 25µs, y se emplean generalmente en aplicaciones de baja

velocidad, donde el tiempo de recuperación no es un factor crítico. Esos diodos cubren

especificaciones de corriente desde menos de 1 A y hasta varios miles de amperes, con tensiones

desde 5 V hasta 5 kV [1]. Son generalmente fabricados por difusión; aunque también se fabrican por

aleación y se usan en fuentes de poder para soldar, resultan económicos y robustos con capacidades

de llegar hasta 1500 V, 400 A.

B. D iodos Fast Recovery

Intuitivamente se entiende que los diodos Fast Recovery (FR) tienen tiempo de recuperación corto.

Es usual encontrar diodos de este tipo con < 5 µs. Aplicados generalmente en circuitosconvertidores D.C. a D.C. y D.C. a A.C, donde con frecuencia es preciso tener altas velocidades de

conmutación [1]. Ese tipo de diodos presenta especificaciones de tensión desde 50V hasta 3kV y

desde menos de 1A hasta cientos de amperes [1].

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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Para tensiones nominales superiores a 400V, los diodos FR tienden a fabricarse por difusión, y el

tiempo se controla por difusión de platino o de oro. Por otro lado, si se tienen especificaciones por debajo de los 400V, los diodos epitaxiales proporcionan velocidades mayores de conmutación

(50 ns) gracias a que son angostos en la base [1].

II. FUNCIONAMIENTO Y CARACTERÍSTICAS REALES DE EQUIPOS

A. M ul tímetro

El multímetro digital basa su funcionamiento en el ADC, el cual a su vez emplea el principio de la

doble rampa. Se emplea generalmente debido a que en la segunda rampa se inicia un tren de pulsos

de tal forma que el número de ellos es proporcional a la tensión de entrada. La figura 1 muestra el

diagrama de bloques del funcionamiento del multímetro digital.

La primera rampa tiene como objetivo saturar al contador, que llega al estado de orden N, que contiene

todos los ceros, es decir, el objetivo es que la lectura parta de cero; esta rampa es generada por la

carga de un capacitor fijo debido al voltaje de entrada desconocido[2].

Figura 1. Diagrama de Bloques del Circuito del Multímetro Digital

En la segunda rampa, el capacitor se descarga a una velocidad constante generando un número de

pulsos proporcional al voltaje de entrada, los cuales pasan a un contador y a una pantalla la cual indica

el valor del voltaje desconocido. La medición de corriente es de la misma manera, ya que la corriente

pasa por una resistencia de valor unitario haciendo igual la corriente al voltaje y se repite el proceso

antes descrito. La medición de resistencia se hace por medio de la ley de Ohm y evitando el ADC.

B. Sondas Atenuadas

Dentro de las especificaciones de las sondas pasivas de tensión, una de las principales es el factor de

atenuación. Este determina la proporción que hay entre las amplitudes de las señales de entrada y

salida de la misma cuando la sonda se conecta al osciloscopio. Los valores típicos son de x1, x10,


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x100 y x1000[4].

Cuanto mayor es el factor de atenuación de la sonda, menor es la sensibilidad vertical del sistema de

medida sonda-osciloscopio (disminuye en la proporción de dicho factor).

Figura 2. Modelo Sonda Pasiva de Atenuación x 10

C. Osciloscopio

El osciloscopio digital utiliza un convertidor ADC para convertir la señal de entrada en información

digital. El osciloscopio adquiere la información de la onda como una serie de muestras discretas que

son almacenadas hasta que se acumula un número suficiente de datos para describir la forma de la

onda, que tras ser reconstruida se muestra en la pantalla La figura 3 ilustra el diagrama de bloques

simplificado del osciloscopio. El hecho de que lo que se muestre sea información previamente

digitalizada permite que la calidad de la representación – estabilidad, brillo y claridad- sea siempre buena para cualquier señal cuya frecuencia sea menor que la máxima admisible por el muestreo.

La principal ventaja del osciloscopio digital es que permite capturar señales que no sean periódicas

(eventos que ocurran sólo una vez y transitorios). Dado que la información de la onda tiene formato

digital, puede ser analizada, archivada, impresa o procesada, tanto en el propio osciloscopio como en

un ordenador externo. La onda no necesita ser continua. Incluso cuando la señal desaparece, puede

seguir siendo mostrada.


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Figura 3. Diagrama de Bloques Simplificado para el funcionamiento del Osciloscopio Digital

III. RECTIFICADORES DE CARGA R

Los diodos se usan en forma extensa en los rectificadores. Un rectificador es un circuito que convierte

la señal A.C. en una señal unidireccional. Dependiendo de la clase de suministro en la entrada, los

rectificadores se clasifican en monofásicos y trifásicos [1]. A lo largo del documento se trabaja

solamente con rectificadores monofásicos y para efectos de la práctica se usa carga resistiva

(aproximadamente).

A. Media Onda

El rectificador de media onda es la topología más sencilla en los rectificadores, sin embargo, no es

usual encontrar un rectificador de este tipo a nivel industrial; no obstante resulta útil para comprender

la teoría de los rectificadores [1].

Figura 4. Diagrama Esquemático, Rectificador de Media Onda con Carga R

El diagrama esquemático empleado para este circuito se muestra en la figura 4 para medio ciclo positivo de la tensión de entrada, el diodo D1 conduce y el voltaje de entrada aparece a través de la

carga. Durante el semiciclo negativo del voltaje de entrada, el diodo trabaja en inverso y la tensión

de salida es cero. En la figura 5 se ven las formas de onda del voltaje de entrada y salida.


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Figura 5. Forma de Onda de Entrada y Salida del Rectificador con Carga R

- Parámetr os de Rendimiento: Al ver la señal de voltaje de salida en la figura 6, se observa que se

trata de una señal D.C; no obstante es discontinua y contiene armónicos. El rectificador está diseñado

para procesar la potencia que debe producir una tensión de salida D.C. con la menor cantidad de

armónicos posible. Simultáneamente, la corriente de entrada debe permanecer lo más sinusoidal

posible, y en fase con la señal de voltaje de entrada y así lograr un factor de potencia (F.P.) cercano

a la unidad.

Es posible emplear series de Fourier para determinar el contenido de los armónicos de voltaje y

corriente. Los siguientes parámetros evalúan el rendimiento de un rectificador independientemente

del tipo.

- El valor promedio del voltaje de salida - El valor promedio de la corriente de salida - La potencia de salida D.C

= (1)- El valor RMS del voltaje - La corriente RMS - La potencia de salida en alterna

= (2)- La eficiencia

= (3)


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- La tensión de salida está formada por la componente del valor D.C. y el componente de

A.C. (rizado). El valor efectivo de la componente de A.C. en la tensión de salida es:

= (4)

- El factor de utilización del transformador (TUF)

= (5)- El factor de potencia (FP)

= =

cos (6)

B. Onda Completa con Tap Centr al

En un circuito rectificador de onda completa, con un transformador con tap (derivación) central, como

el mostrado en la figura 6. Se observa que cada mitad del transformador, con el respectivo diodo,

actúa como un rectificador de media onda [1].

Figura 6. Circuito Rectificador de Onda Completa con Tap Central

La salida del rectificador de onda completa se exhibe además en la figura 7. Al no confluir corriente

D.C. por el transformador, no hay problema de saturación de su núcleo. El voltaje promedio de la

salida se obtiene mediante:

= ∫ sin() = (8)


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Figura 7. Formas de Onda de Entrada y Salida. Rectificador de Onda Completa Tap Central

C. Onda Completa tipo Puente

En sustitución del transformador con derivación central, se podrían usar cuatro diodos para construir

un rectificador tipo puente. Cuyo funcionamiento resulta así: Durante el semiciclo positivo del voltaje

de entrada, se suministra la corriente a la carga a través de los diodos D1y D2 (ver figura 9a). Durante

el semiciclo negativo, los diodos D3 y D4 son los que conducen. La forma de onda del voltaje de

salida (ver figura 9b) es similar a la figura 8. El circuito rectificador tipo puente es de uso común en

aplicaciones industriales.

Figura 8a. Circuito Rectificador de Onda Completa tipo Puente


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Figura 8b. Onda de Salida de Rectificador tipo Puente

IV. CALCULOS TEORICOS

Se procede a volver a hacer el cálculo luego de medir los valores reales de tensión de salida del

transformador (14 V) y la resistencia (1 kΩ).

A. Rectificador de Media Onda

=

=

14

= 4,456

= = 14

(1000) = 4,456

=

= 14 = 19,858

= 2 = 14

2 = 7

= 2 = 142000 = 3,5

= 4 = 14

4 = 49 = = 3,5

= ∗ √ 2 = 3,5 ∗ 14√ 2 = 34,64


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ɳ = 4 = 0,405 = 40,5%

= ɳ − = 2√ 2 = 0,286 = 28,6%

B.

Rectificador de Onda Completa con Tap Central

= 2 = 2 ∗ 14

= 8,913

= 2 = 2 ∗ 1 4(1000) = 8,913

= 4

= 4 ∗ 14

= 79,436

= √ 2 =

14√ 2 = 9,899

= √ 2 = 14

√ 2∗1000 = 9,899

=

2 = 142 = 49

= = 9,899

= ∗ √ 2 = 9,899 ∗

14√ 2 = 97,99

ɳ = 8 = 0,81 = 81%

= ɳ − = 4√ 2 = 0,57 = 57%

C. Rectificador de Onda Completa Tipo Puente

=

2 =

2 ∗ 14

= 8,913

= 2 = 2 ∗ 1 4(1000) = 8,913

= 4

= 4 ∗ 14

= 79,436

= √ 2 = 14√ 2 = 9,899


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= √ 2 = 14

√ 2∗1000 = 9,899

=

2 = 142 = 49

= = 9,899 = ∗ √ 2 = 9,899 ∗

14√ 2 = 97,99

ɳ = 8 = 0,81 = 81%

= ɳ − = 8 = 0,81 = 81%

V. INFORMACION DEL FABRICANTE DEL DISPOSITIVO

A. D iodo de Propósito General 1N4004

La siguiente tabla muestra los valores característicos extraídos de la hoja de datos del

fabricante:


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B. D iodo Fast Recovery 1N4148

La siguiente tabla muestra los valores característicos extraídos de la hoja de datos del

fabricante:

VI. SIMULACIONES, PARTE A

Empleando los modelos de osciloscopios reales existentes en el Software N.I. Multisim, se

obtienen las curvas que muestran el de los diodosA. Diodo 1N4004

La curva de caída osciloscopio permite extraer los datos de utilidad para la práctica. En la

figura 9 se muestra el scope de simulación de la cual se extraen los datos de la tabla siguiente.

Figura 9. Simulación de para el Diodo 1N4004


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Datos de Simulación del 1N4004

B. D iodo 1N4148

La curva de caída osciloscopio permite extraer los datos de utilidad para la práctica. En la

figura 10 se muestra el scope de simulación de la cual se extraen los datos de la tabla

siguiente.

Figura 10. Simulación del Trr para el 1N4148

Datos de Simulación del Diodo 1N418:

VII. SIMULACIONES, PARTE B

Empleando el Software de simulación N.I. Multisim 13, se han realizado las simulaciones

correspondientes. Mostrando resultados ideales.

A. Rectif icador de Media Onda

En la figura 11 se muestra el diagrama de simulación capturado para el rectificador de media

onda con diodo 1N4004 y el resultado de la simulación se exhibe a continuación

4004 Trr Irr

401 [µs] 40,16 [µA]

4148 Trr Irr

19[ηs] 482,16[µA]


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Figura 11. Diagrama de Rectificación, Rectificador de Media Onda

= 0.28[] = 0.28[µ]

= 78.4[]

= 9.25[] = 9.25[] = 85.6[] = 9.25[] = 130[]

= = 0.915 = 91.5%

= 0.60307

B. Rectificador de Onda Completa con Tap Central

En la figura 12 se muestra el diagrama de simulación capturado para el rectificador de onda

completa con derivación central usando diodo 1N4004 y el resultado de la simulación se

exhibe a continuación

Figura 12. Diagrama de Simulación, Rectificador de Onda Completa con Derivación Central

= 1.17[] = 1.17[]


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= 1.37[] = 13.2[]

= 13.2[]

= 178[]

= 9.23[] = 130[]

= = 0.769 = 76.9% = 0.60307


En la figura 13 se muestra el diagrama de simulación capturado para el rectificador de onda

completa con rectificador tipo puente, usando diodo 1N4004 y el resultado de la simulaciónse exhibe a continuación

Figura 13. Diagrama de Simulación, Rectificador de Onda Completa con Rectificador tipo Puente

= 0.9[] = 0.9[]

= 810[µ]

= 12.7[] = 12.7[] = 161[] = 12.7[] = 177[]


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Figura 15. Señales de Entrada y Salida para el Diodo PG

Figura 16. Gráfica de Trr a 6kHz con diodo PG


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Figura 17. Gráfica de Trr a 60kHz con diodo PG

Figura 18. Gráfica de Trr a 3MHz con diodo PG

- Características de Conmutación para diferentes Frecuencias:

Se ha realizado un barrido en frecuencia con el fin de visualizar la conmutación del diodo y

de esta forma interpretar mejor los resultados. La toma de medidas se ha efectuado con dos

equipos simultáneamente para comparar su funcionamiento. Los datos se encuentran

consignados en la siguiente tabla.


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Datos de e para dos frecuencias diferentes en el diodo 1N4004

B. Características de Conmutación del Diodo FR

Empleando los dos canales del osciloscopio se pueden visualizar las señales de entrada y

salida del circuito. La gráfica resultante se ilustra en la figura 16. En dicha figura se observa

el efecto esperado al ubicar un rectificador de media onda con diodo FR; además se puede

apreciar una ligera diferencia -mas notoria en contraste con la figura 16- entre el voltaje pico

de la señal de entrada y el de salida, esto es debido a que los diodos no son ideales y la mejor

aproximación que se puede obtener (para frecuencias no muy altas) a esta tensión se da por

la ecuación de Schockley para diodos de Silicio.

Figura 19. Señales de entrada y salida para el diodo FR

Frecuencia

60[Hz] 4,25[V] 2,68[V] 3,247[V] 2,6[V]

600[Hz] 4,25[V] 2,68[V] 3,247[V] 2,6[V]

6[kHz] 4,25[V] 2,68[V] 3,233[V] 2,599[V]

60[kHz] 4,25[V] 2,66[V] 2,306[V] 2,563[V]

600[kHz] 4,62[V] 1,77[V] 0,394[V] 1,674[V]

1[MHz] 5,38[V] 1,86[V] 0,0015[V] 0,587[V]

3[MHz] 4,55[V] 0,324[V] ─ 0,366[V]

DATOS EXPERIMENTALES DE VOLTAJE D.C. Y A.C. PARA DIFERENTES

FRECUENCIAS CON EL 1N4004

Osciloscopio Fluke

Frecuencia Trr Irr

6[kHz] 3[µs] 1,578[mA]

60[kHz] 2,1[µs] 6,9[mA]


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- Características de conmutación para diferentes frecuencias:

Se ha realizado un barrido en frecuencia con el fin de visualizar la conmutación del diodo y

de esta forma interpretar mejor los resultados. La toma de medidas se ha efectuado con dos

equipos simultáneamente para comparar su funcionamiento. Los resultados se observan en la

siguiente tabla.

Como se puede observar en la figura 20, no es posible observar el (Por defecto la tampoco es visualizable) Pues el diodo 1N4148 no ha sido fabricado con el propósito de ser

regulador. Sin embargo se puede apreciar que las curvas se deforman a medida que aumenta

la frecuencia, tomando una tendencia exponencial decreciente. Fundamentalmente, el diodo

no logra conmutar correctamente y la capacitancia de la juntura “suaviza” la caída en la curva.

Figura 20. Gráfica de Trr a 6kHz con diodo FR

Frecuencia

60[Hz] 4,2[V] 2,68[V] 3,232[V] 2,585[V]

600[Hz] 4,22[V] 2,68[V] 3,232[V] 2,585[V]

6[kHz] 4,14[V] 2,62[V] 3,215[V] 2,585[V]

60[kHz] 4,15[V] 2,56[V] 2,282[V] 2,584[V]

600[kHz] 4,12[V] 3,47[V] 0,298[V] ─

1[MHz] 4,19[V] 2,46[V] 0,15[V] ─

3[MHz] ─ ─ ─ ─

DATOS EXPERIMENTALES DE VOLTAJE D.C. Y A.C. PARA DIFERENTES

FRECUENCIAS CON EL 1N4004

Osciloscopio Fluke


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IX. LABORATORIO, PARTE B

Empleando los dos canales del osciloscopio se pueden visualizar las señales de entrada y

salida del circuito. Las gráficas resultantes se ilustran en las subsecciones siguientes. En esas

figuras se observa el efecto esperado al ubicar un rectificador de media onda con diodo GP

(figura 21), un rectificador de onda completa con tap central (figura 22) y un rectificador de

onda completa con rectificador tipo puente (figura 23).

A. Rectif icador de Media Onda

Se muestra en la figura 21 la rectificación de media onda de una señal extraída de la red,

disminuyendo la amplitud de la señal con un transformador de tap central de -14

V_0V_14 V con una frecuencia aproximada de 60 Hz.

Figura 21. Señales de Entrada y Salida del Rectificador de Media Onda con diodo 1N4004

Medidas de Tensión y Corriente para el Rectificador de Media Onda

B. Rectif icador de Onda Completa con Tap Centr al

En la figura 22 se muestra experimentalmente la rectificación de onda completa de una

señal extraída de la red, disminuyendo la amplitud de la señal con un transformador de

tap central de -14 V_0V_14 V con una frecuencia aproximada de 120 Hz pues los

semiciclos negativos se invierten y la periodicidad de la señal hace que se dupliquen el

ciclo útil y la frecuencia.

Dato Voltaje[V] Corriente[mA

Entrada D.C. 0,228 N/A

Entrada RMS 13,6 N/A

Salida D.C. 5,72 5,51

Salida RMS 7,08 6,82


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Figura 22. Señales de Entrada y Salida del Rectificador de Onda Completa con Tap Central y

diodo 1N4004

Medidas de Tensión y Corriente para el Rectificador de Onda Completa con Tap Central

C. Rectif icador de Onda Completa Tipo Puente

En la figura 23 se muestra experimentalmente la rectificación de onda completa de unaseñal extraída de la red, disminuyendo la amplitud de la señal con un transformador de

tap central de -14 V_0V_14 V con una frecuencia aproximada de 120 Hz pues los

semiciclos negativos se invierten y la periodicidad de la señal hace que se dupliquen el

ciclo útil y la frecuencia. Para esta topología de rectificación no se puede hacer una

visualización de las señales de entrada y salida simultáneamente por no contar con la

separación de tierras necesaria para este fin.

Dato Voltaje[V] Corriente D1 [mA] Corriente D2 [mA] Corriente Tap[mA]

Entrada D.C. 0,23 N/A N/A N/A

Entrada RMS 13,73 N/A N/A N/A

Salida D.C. 11,55 5,58 5,55 10,96

Salida RMS 5,8 0,85 6,85 5,6


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Figura 23. Señales de Entrada y Salida del Rectificador de Onda Completa Tipo Puente y diodo

1N4004

Las medidas de tensión se realizaron directamente sobre la carga de 1K Ω y las medidas

de corriente se realizaron mediante una resistencia Shunt de 10 y midiendo la caída de

tensión en sus terminales.

Medidas de Tensión y Corriente para el Rectificador de Onda Completa Tipo Puente

X. PARTE A: ANÁLISIS DE RESULTADOS Y COMPARACIÓN (RECUPERACIÓNINVERSA)

A. : simulación- Osciloscopio- Datasheet- Diodo de propósito general: Para medir el tiempo de recuperación de los diodosmontamos el circuito rectificador de media onda con el secundario del transformador

de 14 Vp y observamos la señal de salida variando la frecuencia entre

6 Hz y 60 MHz. Para frecuencias menores a 6 kHz el efecto de recuperación inversa

en el diodo 1N4004 es despreciable, por lo tanto no es medible como se observa enla figura 15. Para frecuencias muy altas tampoco se podía medir el tiempo de

recuperación debido a que los instrumentos de medición como las sondas, que

alcanzan solo hasta 6 MHz, y el multímetro dejan de funcionar correctamente y el

tiempo de recuperación del diodo es tan largo que no alcanza a rectificar como

debería. Comparando el valor típico de dado por el datasheet de 30 µs con losdatos obtenidos mediante simulación y la práctica se puede concluir que el tiempo

de recuperación inversa del diodo 1N4004 es medible entre 6 kHz y 60 kHz y

Dato Voltaje[V] Corriente D1 [mA] Corriente D2 [mA] Corriente Tap[mA]

Entrada D.C. 0,229 N/A N/A N/A

Entrada RMS 13,66 N/A N/A N/A

Salida D.C. 10,93 5,18 1,053 5,28

Salida RMS 5,8 6,51 5,66 6,64


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significativamente menor al dado por el fabricante proporcionando un mejor

rendimiento de conmutación.

- Diodo de recuperación rápida: Usamos el mismo circuito descrito anteriormente pero reemplazando el diodo por el 1N4148 y procedimos a medir variando la

frecuencia. Para frecuencias bajas no es posible medir el tiempo de recuperación

debido a la rápida conmutación del diodo. Aunque en altas frecuencias esperábamos

poder medir el nos encontramos con un efecto capacitivo producido por lascapacitancias parásitas de la protoboard, la sonda y el osciloscopio; así como la

capacitancia de juntura del diodo por lo que obtuvimos a la salida una señal

rectificada de media onda con filtro RC. Por ende entre cada semiciclo positivo de la

tensión encontrábamos una caída exponencial. Finalmente realizamos las mismas

mediciones en altas frecuencias y encontramos que el efecto capacitivo aparece a

partir de los 3 MHz y aumenta proporcionalmente con la frecuencia. De ésta parte

del laboratorio podemos concluir que es posible medir el en un diodo derecuperación rápida si se cuenta con mejores equipos que no tengan capacitancias

parásitas tan grandes.

El datasheet nos proporciona un rango para la corriente de recuperación inversa

comprendido entre los 5 y los 50 µA. Para el diodo de propósito general, igual que

con el , solo pudimos obtener resultados a frecuencias de 6 y 60 kHz conresultados entre 1,6 y 6,9 mA. Este resultado nos lleva a concluir que las

especificaciones del fabricante para corriente de recuperación inversa solo son

válidas para frecuencias bajas. Por otro lado esta variación puede estar relacionada

con parámetros propios de la medición puesto que los datos proporcionados por el

fabricante se obtienen en condiciones bastante específicas e irrepetibles. Como ya se

había explicado antes no fue posible tomar mediciones del fenómeno de recuperación

inversa para el diodo 1N4148 debido a la alta capacitancia parásita del circuito que

produjo un efecto de filtro RC.

XI. COMPARACIÓN DE CARACTERÍSTICAS: DIODO FR Y DIODO PG

De manera experimental se ha podido observar ciertas características que diferencian a

los diodos objeto de estudio de la práctica. Por un lado se tiene el diodo 1N4004 como

diodo de propósito general, que hace hincapié en el significado de su nombre gracias las

características que posee. Y también se encuentra el diodo 1N4148 como diodo fast

recovery que también muestra en la realidad el motivo por el que se le ha dado ese

nombre.

El diodo de propósito general es una solución bastante económica para las necesidadesde rectificación y resulta especialmente útil sabiendo (por la práctica desarrollada) que a

la frecuencia nominal de la red eléctrica, el no es apreciable. No se posee suficienteinformación para afirmar que no existe, pero es despreciable en ese régimen. El diodo

1N4148 sin embargo, tiene la capacidad de cumplir con la misma funcionalidad con dos

salvedades a considerar: La caída de potencial debida a la polarización de la juntura, es

ligeramente mayor a la del diodo GP; al haber una caída de voltaje mayor, se tendrá una

corriente mayor y por consiguiente un consumo de potencia ligeramente mayor.


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Aclarando que para la mayoría de los casos, esta diferencia resulta irrelevante. El otro

factor a tener en cuenta es que, debido a la respuesta más rápida del diodo FR, su

conmutación es mejor y el sería aún más depreciable.Por efectos del funcionamiento físico de los diodos, se presentan diferencias en su

respuesta en frecuencia. Las gráficas tomadas con el osciloscopio sugieren que el diodo

PG se comporta mejor a frecuencias altas debido a que la alta frecuencia sólo afecta la

conmutación y necesita frecuencias más elevadas para distorsionar la señal. El diodo FR

por su parte, debido a su capacitancia, al alcanzar niveles de frecuencia cercanos a 1MHz

y superiores, comienza a deformar las señales en la etapa de caída en forma exponencial

decreciente y la correcta operación se ve comprometida.

La hoja de datos del fabricante del 1N4148[7] claramente define al diodo como diodo de

conmutación rápida para pequeña señal, es decir que no fue diseñado para desempeñar

de forma óptima el proceso de rectificación (gran diferencia con el propósito del PG[6])

pero para señales con amplitudes de décimas de milivoltios se presentará una respuesta

de máximo rendimiento del dispositivo.

XII. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y COMPARACIÓN (RECTIFICADORES CARGAR)

Los resultados obtenidos de las mediciones, cálculos teóricos y simulación se consignan

a continuación para cada circuito rectificador:

A. Rectif icador de Media Onda:

Comparativa de Media Onda

La variación entre los datos teóricos y los datos reales es aceptable y se debe a errores

de medición típicos de los instrumentos así como de los valores reales de los

elementos del circuito que tienen desviación con respecto a los nominales.

B. Rectif icador de Onda Completa con Tap Centr al

Comparativa Onda Completa con Tap Central

Fuente

Cálculos 4,56[V] 7[V] 4,56[mA] 3,5[mA]Práctica 5,72[V] 7,08[V] 5,51[mA] 6,82[mA]

Fuente

Cálculos 8,91[V] 9,89[V] 8,91[mA] 9,89[mA]

Práctica 11,55[V] 5,8[V] 10,96[mA] 5,6[mA]


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Comparativa Onda Completa Tipo Puente

En los rectificadores de onda completa observamos una mayor variación de los

valores obtenidos con respecto a los calculados. Respecto a la comparación entre los

dos rectificadores de onda completa vemos mucha similitud entre los valores de

tensión y corriente en la carga, tanto en DC como en AC. Este resultado concuerda

con la teoría que nos muestra que el único resultado que varía entre los dos

simuladores es el del TUF que presenta un mayor rendimiento en el rectificador tipo

puente mostrando una ventaja sobre el del tap central ya que agregando dos diodos

se puede disminuir sustancialmente el sobredimensionamiento del transformador.

XIII. ANÁLISIS Y ARGUMENTACIÓN LIMITACIONES EN ELFUNCIONAMIENTO DEL MULTÍMETRO

Teniendo como entrada una señal senoidal de valor pico a pico de 20 Vpp para el

rectificador media onda con el 1N4004 se realizaron mediciones en el osciloscopio

del valor dc y RMS de la señal rectificada presentados en la tabla IX. Lo que se

esperaría que pasara es que en un principio el valor Vdc fuera Vp/π (3,18 V) y como

el diodo poco a poco deja de rectificar correctamente hasta llegar a tener en la salida

la misma forma de la señal de entrada (onda seno, la cual tiene valor DC d 0V),

entonces este valor iría disminuyendo hasta llegar al punto que sea cercano a 0V.

Todo lo contrario debería ocurrir con el valor RMS, en bajas frecuencias su valor

sería Vp/2 (5 V), al aumentar la frecuencia el diodo deja de rectificar correctamente

y por lo tanto el valor RMS llegaría hasta /√ 2 (7,07 V), el cual es el valor RMSde una señal senoidal.

Al comparar el valor DC con lo esperado se observa que para bajas frecuencias

(600Hz-6KHz) el error porcentual está alrededor del 5%, valor de error diferente al

esperado para el funcionamiento del multímetro, aunque sería aceptable. Al aumentar

la frecuencia el valor DC comienza a disminuir debido a que se deja de rectificar

correctamente la señal se parece más a la entrada senoidal que tiene un valor DC de

0V, pero es difícil cuantificar el valor DC para cada alta frecuencia puesto que tiene

una forma irregular debido a la y la lenta respuesta del diodo, por lo tanto tampocose puede calcular el error.

Hay un mayor error en la medición del valor RMS, donde para una media onda

rectificada debería ser un valor de Vp/2 (5 V) pero el error va desde el 25 hasta el

35% para frecuencias bajas, aunque el multímetro usado sea un Fluke 179 True RMS

no logra medir correctamente el RMS, esto se debe a que la señal no tiene forma

senosoidal pura sino que está medio ciclo con un valor de 0V debido a la

rectificación, y el multímetro calcula valores RMS para ondas sonosoidales nada

más. Para altas frecuencias como el diodo no rectifica correctamente se esperaría que

Fuente

Cálculos 8,91[V] 9,89[V] 8,91[mA] 9,89[mA]

Práctica 10,93[v] 5,8[V] 10,5[mA] 5,6[mA]


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Características de conmutación de los diodos

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