LaboratoriodeElectrnicaBsica.

Prctica1Circuitoscondiodos.

Alumnos:

FernndezBobadillaHctorAlberto.RamrezCarmonaUlises.ZamarripaGonzlezJosMiguel.

Objetivos.

Observar el funcionamiento de los circuitos denominados recortadores de voltaje y sujetador (ofijador)devoltaje.

Disearuncircuitorecortadordevoltajeyunsujetadordevoltajesencillos.

Verificar el voltaje de salida que tiene el circuito conocido como rectificador de media onda con filtro pasabajas, obtener el voltaje de rizo de dicha configuracin y calcular el rizo (factor de rizo delvoltajedesalida)paradoscondensadoresdiferentesenelfiltro.

Equipoymaterialempleado.

Unafuentedepoder.Unmultmetro.Ungeneradordefunciones.TrescablesBNCCaimn.Juegodecablescaimncaimn.Unatabletadeexperimentacin(protoboard).Resistoresde330,1ky10k.Condensadoresde10Fy100F,10Voms.Diodosdesealpequea1N4148,oequivalente.Alambreparainterconexinenlatabletadeexperimentacin.

Informe.

Actividad4.1Recortadordevoltaje(clipper).

En esta actividad, se construyeron tres distintos circuitos recortadores de voltaje para todos ellos, la seal de voltaje de entrada fue una onda sinusoidal de 4 V de amplitud y 100 Hz de frecuencia, mostrada en amarillo en las grficas de los osciloscopios. Estos circuitos funcionan eliminando una parte de la onda de entrada de voltaje, de acuerdo a una condicin establecida, generalmente por un voltaje de referencia en serie con el diodo. En este caso particular, al existir adems un divisor de tensin resistivo, tambin se disminuye la amplitud del voltaje de entrada,deformaproporcionalaldivisor.

El primero de ellos se muestra esquemticamente en la Figura 1.La prctica nos peda determinar el valor de tensin de CD v2 requerido para que existiera un voltaje de recorte de 2 V. Al realizar la actividad experimentalmente, y posteriormente la simulacin con Proteus ISIS, se determin el valor solicitado de v2 = 1.3 V, con lo cual el voltaje de recorte es de 2 V la configuracin del circuito permite una salida para todos los valores de voltaje mayores a 2 V, conlaconsecuentedisminucindelaamplituda3V,debidaaldivisorresistivo.

La seal de salida (azul) se muestra en la Figura 2 junto con la seal de entrada (amarillo). La salida posee un voltaje mximo de 3 V y, como se mencion, un voltaje de recorte inferior de 2V.

Figura1.Circuitorecortadordevoltaje.

Figura2.SealesdevoltajedelcircuitorecortadoranteriorLasealdeentradaVitieneunaamplitudde4V(amarillo)lasealdesalidaVoalcanzaelmximovalor

de3Vyserecortaen2.0V(azul).Escala:0.5V/div.

Captura1.Imagendelasgrficasobtenidasconelosciloscopio.Lasealdeentradatieneunaamplitudde4[V](amarillo)ylasalidatieneunvoltajemximoVmax=2.48[V]yunvoltajederecorteVmin=2[V](azul),

seapreciaenlaimagenquelaescalaesde2[V/div].

Respectoalsegundocircuitorecortador,slosediferenciadelprimeroenquelapolaridaddeldiodoseencuentrainvertidalasealdesalidaconstadelospuntosdeunaondasinusoidaldeamplitud3V,menoresa2V.TalcomosemuestraenlaFigura4(azul).Enestecaso,elvalordevoltajedeCDrequeridoparaesteefectoesv2=2.75V,deacuerdoalasimulacin,aunqueenelcasodelcircuitofsico,laresolucindelafuentedepodernospermitiaplicarunvoltajev2=2.8V,obtenindoselamismasalida,aproximadamente(Captura2).

Figura.3.Circuitorecortadordevoltaje.

Figura4.Sealesdevoltajedeentradaysalidaparaelcircuitorecortadoranterior.LasealdeentradaVi(amarillo)tieneunaamplitudde4VlasealdesalidaVo(azul)tieneunvoltajederecortede2Vyun

mnimode3V.Escala:0.5V/div.

Captura2.Enlaimagensepuedeapreciarqueelvoltajedelasealdeentradasecaya3.44[V],peroelrecorteesten2[V].

Finalmente, en esta actividad se construy un circuito doble recortador de voltaje (esquema en la Figura 5 ), y se encontraron los valores de tensin de CD necesarios para obtener una salida solicitada sta consista en una seal sinusoidal de 3 V de amplitud, recortada a + 1.5 V y a 2.1 V. Como se muestra en el esquema (Figura 5), de acuerdo a la simulacin, estos valores devoltajeenCDsonv1=0.75Vyv2=1.4V(Figura6).

Sin embargo, al construir fsicamente el circuito, el rango de voltaje de la fuente utilizada no nos permiti obtener una diferencia de potencial de 0.75 V, as que utilizamos el mnimo valor permitido por la fuente, v2= 1 V, con lo cual se obtiene un voltaje de recorte de + 1.75 V, como seobservaenlafotografaanexa(Captura3).

Figura5.Circuitodoblerecortadordevoltaje.

Figura6.Sealesdeentradaysalidadevoltajedelcircuitodoblerecortadordevoltaje.Laentrada(amarillo)esunaondasinusoidalde4Vdeamplitud,mientrasquelasalida(azul)esunasealsinusoidalde3Vde

amplitud,recortadaa2.1Vya1.5V.Escala:0.5V/div.

Captura3.Sealesobtenidasconelosciloscopiodeldoblerecortador.Lasealdeentrada(amarillo)tieneunaamplitudde4[V],lasalida(azul)tienedosrecortes,unVmax=de1.75[V]yunVmin=2[V].Seaprecia

claramentequeelcircuitorecortosuperior,einferiormentelasealdeentrada.

Actividad4.2Sujetadordevoltaje(clamper).

Los circuitos conocidos como sujetadores de voltaje, o clampers en ingls, utilizan un condensador el condensador adquiere bsicamente la misma diferencia de potencial que el mximo de la seal de tensin de alimentacin (el valor vara dependiendo del voltaje de encendido del diodo utilizado y de si existe una fuente de voltaje de referencia), con lo cual, al disminuir el valor de la onda de alimentacin, la descarga del condensador se da a travs de un circuito RC con una constante de tiempo muy grande en comparacin con el periodo de la seal de entrada, con lo cual el voltaje en el condensador prcticamente no vara el efecto es que la salida de voltaje sigue a la entrada, aunque puede hallarse desplazada verticalmente de acuerdoalaconfiguracindelcircuito.

En esta seccin de la prctica, se construyeron tres circuitos clampers, uno con el diodo polarizado en inversa, otro con el diodo polarizado en directa y finalmente un ltimo circuito con el diodo polarizado en inversa, con la variante de que exista un voltaje CD de referencia. La seal de entrada para todos ellos fue una onda sinusoidal de 4 V de amplitud y una frecuenciade100Hz.

El primero de estos circuitos, diodo polarizado en inversa, se muestra esquemticamente en la Figura 7. Como se aprecia en la grfica anexa de las seales del osciloscopio (Figura 8 y Captura 4), la seal de salida es idntica a la de la entrada, nicamente se encuentra desplazada verticalmente 3.25 V hacia arriba en el caso de la simulacin en Proteus ISIS, y 3.21 V hacia arriba para el caso del circuito fsico. En ambos casos, la amplitud de la salida permanece como 4 V. En el caso del circuito armado fsicamente, el pico superior de la seal de salida alcanz 7. 36 V, mientras que para la simulacin, el mismo punto se halla a un nivel de 7.25V.

Figura7.Circuitosujetadordevoltajeconeldiodoeninversa.

Figura8.Sealesdevoltajedeentrada(amarillo)ysalida(azul)delcircuitosujetadoreninversaanterior.Escala:1V/div.

Captura4.Grficaqueobservamosenelosciloscopioalconectarloalcircuitoanterior.Laentrada(amarillo)fueunasealsinusoidalde4[V]deamplitud,lasalida(azul)fuelamismaseal,peroconun

desplazamientode3.21[V]enelelejedelasordenadas,haciaarriba.

Enelsegundocircuitoclamperconstruido(esquemaenlaFigura9),lapolarizacindeldiodofuedirectaseapreciaenlasgrficasobtenidasparalassealesdeentradaysalidaapartirdelosciloscopio(Figura10yCaptura5)quelaondadesalidasiguealaondadeentrada,sloqueconundesplazamientoverticalhaciaabajo.Enelcasodelasimulacin,eldesplazamientofuede3.25Venelejedelasordenadas,llegandoelpicoinferiordelasalidaa7.25V.Paraelcircuitofsico,elcorrimientofuede3.20Vverticalmente,encontrndoseelpicoinferiordelasalidaen7.20V.Aligualqueenelcasoanterior,laamplituddelasalidaseconserven4V.

Figura9.Circuitosujetadordevoltajeconeldiodoendirecta.

Figura10.Sealesdevoltajedeentrada(amarillo)ysalida(azul)delcircuitosujetadorendirectaanterior.Escala:1V/div.

Captura5.Grficaqueobservamosenelosciloscopioalconectarloalcircuitoanterior.Laentrada(amarillo)fueunasealsinusoidalde4[V]deamplitud,lasalidafuelamismaseal,peroconun

desplazamientode3.2[V]enelelejedelasordenadas.

Posteriormente,construimosotrocircuitoclamperconeldiodopolarizadoeninversa,conladiferenciadequeenestaocasin,seagregunvoltajedereferenciaalcircuito,talycomosemuestraenlaFigura11.ElobjetivoeraencontrarelvoltajedeCDdereferenciavRconelcualelpicoinferiordelaondadesalidaseencontraraaunvoltajede+2V.Enlasimulacin(Figura12),dichovalordevoltajefuevR=2.75V,mientrasqueparaelcircuitofsicoestevaloresdevR=2.8V(Captura6),debidoalaresolucindevoltajedelafuente.Nuevamente,aligualqueenelprimercircuitosujetadorconstruido,seapreciauncorrimientoverticalenlasealdesalidarespectoalaentrada,conladiferenciadequeladiferenciadevoltajesesde+6V.Laamplitudpermaneceinalteradaa4V.

Figura11.Circuitosujetadordevoltajeconvoltajedereferencia.

Figura12.Sealesdevoltajedeentrada(amarillo)ysalida(azul)delcircuitosujetadordevoltajeconvoltajedereferenciaanterior.Seapreciaqueelpicoinferiordelasalidatieneunvoltajede+2V,comoera

requerido.Escala:1V/div.

Captura6.Grficatrazadaporelosciloscopiodelcircuitoanterior.Lasealdeentradaeslamismaqueladelosdosanteriores,ysedeterminelvalordelafuentededirecta.Seapreciaqueelvoltaje

mnimodelasalida(azul)eselrequerido2[V].

Actividad4.3.Rectificadordemediaonda.

Los circuitos rectificadores don de las ms grandes aplicaciones de los diodos estos aprovechan el hecho de que el diodo permite el flujo de corriente elctrica en una direccin, ms no en la contraria, para eliminar la porcin negativa de la seal de entrada (rectificador de media onda), o en otros casos, reflejarla, volvindola positiva y as obtener una onda rectificada completa. En esta prctica, analizamos el comportamiento de un rectificador de media onda, como el que se muestra en la Figura 13. en la Figura 14 y en la Captura 7 puede apreciarse el efecto de este tipo de circuito se aprecia claramente que la salida es la seccin positiva de la entrada, a excepcin de una ligera cada de voltaje ocasionada por el diodo. A este proceso, se le llama rectificacin de media onda, ya que la seccin negativa de la entrada simplemente se elimina.

Posteriormente, se agreg a este circuito rectificador un filtro RC pasabajas (Figuras 15 y 18) esto con la finalidad de filtrar las componentes de alta frecuencia de la seal y tratar de convertir la entrada en una seal de CD al hacer esto, se obtiene una pequea fluctuacin conocida como voltaje de rizo (Figuras 17 y 20). El voltaje de directa CD medido en ambos casos fue de cercade950[mV].

Basndonos en la serie de Fourier del voltaje intermedio despus del rectificador de media onda, se calcularon los voltajes de CD, los voltajes rms del rizo y el factor de rizo para los dos valores de capacitancia propuestos C=10 F y C=100 F. Los resultados tericos se resumen acontinuacin:

C=10F C=100F

VCD=0.9645[V] VCD=0.9645[V]Vr.rms=0.01743[Vrms] Vr,rms=0.00174[Vrms]

r=1.807% r=0.181%

Alserelrizomenorenelcircuitoconelcondensadorde100F,seconcluyequesteesmejor.

Figura13.Circuitorectificadordemediaonda.

Figura14.Sealesdevoltajedeentrada(amarillo)ysalida(azul)delcircuitorectificadordemediaonda.Escala:0.5V/div

Captura7.Grficadelcircuitorectificadordemediaondaobtenidaconelosciloscopio.Aligualqueenlasimulacin,laondadesalidasufriunrecorteademsdelrecortetambincaylaamplitud.Elvoltaje

mximodelasalida(azul),fuede3.03[V].

Figura15.RectificadordemediaondaconfiltroRC.Enestecaso,C=10F.

Figura16Sealesdevoltajedeentrada,intermedioyCDdelcircuitorectificadordemediaondaconfiltroRC.EnestecasoC=10F.Escala:0.5V/div.

Captura8.Grficadelcircuitorecortadordemediaondamostradaporelosciloscopio.EnlagrficasepuedeapreciarqueelfiltroRC,daunasealcasiconstantealasalida(azul).

Figura17.DetalledelvoltajederizodelcircuitorectificadordemediaondaconfiltroRCanterior(C=10F).Escala5mV/div.

Captura9.Grficadelrizodelasealdesalidaobtenidaconelosciloscopio.ElVppr=240[mV].Escala10[mV/div].

Figura18.RectificadordemediaondaconfiltroRC.Enestecaso,C=100F.

Figura19.Sealesdevoltajedeentrada,intermedioyCDdelcircuitorectificadordemediaondaconfiltroRC.EnestecasoC=100F.Escala:0.5V/div.

Figura20.DetalledelvoltajederizodelcircuitorectificadordemediaondaconfiltroRCanterior(C=100F).Escala2mV/div.

Conclusiones.

FernndezBobadillaHctorAlberto.

Los diodos son los dispositivos electrnicos de comportamiento no lineal ms simples sin embargo, permiten la creacin de nuevos circuitos interesantes y muy tiles. La principal caracterstica de los diodos consisten en que permiten el flujo de corriente elctrica en una direccin, ms no en la contraria esta propiedad los vuelve elementos determinantes para el desarrollodecircuitoselectrnicos.

Un primer ejemplo de circuitos con diodos los encontramos en los recortadores de voltaje en la actividad 4.1 de la presente prctica, se construyeron tres de estos circuitos, tambin denominados clippers en ingls.Dos de ellos eran recortadores de voltaje simples y el ltimo fue un recortador doble. A partir de la variacin del voltaje de CD de referencia, nos fue posible obtener la respuesta, consistente en el voltaje de recorte, solicitada para cada circuito en cuestin.

En el primero de ellos, el voltaje de recorte solicitado era de 2 V, el cual en nuestro caso se obtuvo al fijar la tensin directa en 1.3 V. En el segundo, tambin el voltaje de recorte de 2 V se obtuvo con una tensin directa de 2.8 V. Finalmente, se verific que el doble recortador elimina secciones de la onda por arriba y por abajo. Para obtener la respuesta solicitada, los voltajes de directa requeridos fueron v1= 1 V (debido a la fuente, como se explica en la seccin correspondiente), el cual genera un recorte a +1.75 V y v2= 1.4 V, cuyo consiguiente recorte es a2.1V

Otros circuitos con diodos interesantes son los llamados clampers, o sujetadores de voltaje en estos circuitos, la utilizacin de un condensador, permite que la seal de salida siga a la seal de tensin de entrada, tal y como se explica en los resultados de dicha seccin. La principal diferencia entre estas dos seales es que generalmente, la salida se encuentra desplazada verticalmente respecto a la entrada, de acuerdo a la configuracin del circuito y a la polarizacin del diodo utilizado en ste. Como corroboramos en el tercer circuito sujetador de voltaje construido, tambin es posible lograr una respuesta solicitada especfica, variando para ello una tensin de referencia conectada al diodo. Vase la seccin correspondiente para observar los valoresyresultadosobtenidos.

Una de las aplicaciones ms importantes de los diodos es la rectificacin de seales ste proceso consiste en eliminar la seccin negativa de una seal de tensin, o bien, volver positiva

a sta, de modo que al final, la forma de onda deja de ser alterna. Este proceso es sumamente importante, ya que la transmisin de energa elctrica se realiza a partir de voltaje alterno, pero prcticamente todos los dispositivos utilizan corriente continua. Tambin, este es uno de los procesosprincipalesdelfuncionamientodeunafuentedepoder.

En la presente prctica, analizamos un circuito rectificador de media onda, al cual posteriormente se le agreg un filtro RC pasabajas. Para ste, utilizamos dos valores de capacitancia distintos en uno, el condensador utilizado fue de 10 F y en el segundo, se uso un condensador de 100 F. Observamos fsicamente y en la simulacin el comportamiento de estos circuitos, as como el valor de voltaje directo que se obtena a la salida y el rizo generado por el filtro. Utilizando la serie de Fourier de la forma de onda rectificada, se pudieron calcular tambin el voltaje eficaz de los rizos y el factor de rizo para cada circuito con distinto valor de capacitancia. A partir de la comparacin del rizo de los dos circuitos, se concluye que, al ser menor el rizo para el circuito con el condensador de 100 F (10 veces menor), este filtro es ms eficiente.Losvaloresprecisossereportanenlaseccincorrespondientedelinforme.

Se considera con base en lo anterior que los objetivos de la presente prctica se cumplieron en su totalidad, ya que analizamos y comprendimos el funcionamiento de los circuitos con diodos estudiados,losrecortadoresdevoltaje,lossujetadoresylosrectificadoresdemediaonda.

RamrezCarmonaUlises.

En la prctica pudimos observar por primera vez el comportamiento fsico de un diodo. Los diodos son unos dispositivos electrnicos singulares, ya que estn formados por dos elementos semiconductores uno con una valencia de 3 (nodo) y el otro pentavalente (ctodo). Por estar constituido de esa forma, tiene unas propiedades muy interesantes, ya que es un elemento netamente no lineal. Dicho elemento permite el flujo de corriente en una sola direccin cuando se le aplica una diferencia de potencial positiva del nodo hacia el ctodo, se comporta como un circuitocorto.Sisepolarizaalainversa,eldiodosecomportacomocircuitoabierto.

Esas no linealidades se hicieron presentes en los circuitos que armamos en la prctica verbigracia en el recortador de voltaje llamado clipper, la fuente de directa que colocamos en serie con el diodo, provoc que la parte negativa de la onda sinusoidal fuera recortada. En ese circuito se pudo apreciar que el diodo, a la vez que recortaba la onda, tuvo un voltaje de encendidodeaproximadamente0.9[V].

Al realizar los experimentos del clipper, observamos que la introduccin de una seal de directa ocasion que la seal de entrada sufriera un recorte dependiendo de la orientacin de los diodos y la polaridad de las fuentes. En los circuitos sujetadores de voltaje, el condensador se cargaba y provocaba que la seal de entrada tuviera un desplazamiento en el eje de las ordenadas positivo o negativo para ello, las polaridades del condensador y del diodo fueron fundamentales para determinar el valor del desplazamiento. Como la constante de tiempo de

descargaeramuysuperioraldecarga,elcondensadorprcticamenteestabasiemprecargado.

Por ltimo, en el rectificador de media onda con filtro RC, calculamos los valores de riso tericos para las configuraciones de 10 y 100 [uF], respectivamente. Ah pudimos notar claramente, que el valor de la capacitancia del condensador es inversamente proporcional al voltaje de rizo rms por lo que el mejor filtro fue el que tena la mayor capacitancia 100 [uF] el factor de rizo y el voltaje de rizo rms tuvieron un factor de 10 a 1 de mejora. Al comparar los valores tericos con los experimentales, apreciamos que con el condensador de 10 [uF], el valor Vrrms experimental, tuvo un error aproximado del 10 % en cambio el calculado con el de 100 [uF], fue de alrededor de 150%. El error grande del valor experimental con el segundo condensador, lo atribuyo a que el rizo era tan pequeo, que la escala con la que medimos tena muchasfluctuaciones.

An as, con todo y ese error porcentual grande, puedo decir que la prctica fue exitosa porque pudimos comprobar experimentalmente las propiedades del diodo semiconductor y se cumplieronlosobjetivosdelamisma.

ZamarripaGonzlezJosMiguel.

Mediante el desarrollo de la prctica pudimos analizar el comportamiento de los diodos dentro de un circuito, comprobando lo visto de manera terica en clases anteriores a la prctica, el diodo idealmente permite pasar corriente a travs de l al presentarse mayor potencial en el nodo que en el ctodo actuando como un circuito corto, en cambio, si el potencial es mayor en el ctodo funciona como un circuito abierto impidiendo el paso de electrones, funcin que toma relevancia en los circuitos realizados en el presente trabajo, en el clipper sirve para obtener una parte deseada de la funcin de entrada segn sea la referencia, (en nuestro caso se peda un recorte de 2V, el cual se logro con una fuente de CD con valor de 1.3V), notndose una cada de 1V originada por el voltaje de encendido del diodo. El doble recortador de voltaje permite cortar el pico superior e inferior de la onda sinusoidal de entrada a los valores deseados variando los valores de las fuentes de CD. Los circuitos sujetadores de voltaje producen un desplazamiento vertical de la onda sinusoidal de entrada, dicho desplazamiento puede ser positivo (mostrado en la grfica obtenida con el diodo en inversa) o negativo (grfica obtenida con el diodo en directa), siendo el nico cambio que se produce en la onda. Finalmente el rectificador de media onda nos ayuda a eliminar la parte positiva o negativa de la seal de entrada (en nuestro caso la parte negativa), al agregarle un filtro RC convierte el voltaje alterno a directo,dondeentremenorseaelfactorderizohaymscalidad.

Bibliografa.

Boylestad,RobertL.Nashelsky,Louis.Electrnica:Teoradecircuitosydispositivoselectrnicos.DcimaEdicin.PearsonEducacin.Mxico,2009.