UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOS DE CALDASFACULTAD DE INGENIERAPROYECTO CURRICULAR DE INGENIERA ELECTRNICA

INFORME DE LABORATORIO 3:EL DIODO: Aplicaciones

Presentado a:HUMBERTO GUTIERREZ

Presentado por:Christian Camilo Rodrguez (20071005012)Luisafernanda Latorre (20071005027)Juan Manuel Lugo (20072005101)

Bogot DCSeptiembre de 2010

ndice

Introduccin Planteamiento del problemaObjetivosPg. 3

Clculos del anlisis y/o diseoPg. 4

Elementos para la construccin del circuito y equipo requeridoPg. 8

Resultados Pg. 9

Conclusiones BibliografaPg. 23 IntroduccinLa ingeniera no est entre las ciencias puras, aquellas que se centran en los fundamentos tericos y los desarrollan. La ingeniera es una aplicacin de dichas teoras, va ms all de la simple comprobacin de su veracidad. Lo ms importante para un ingeniero es poder darle una aplicacin prctica a todo ese conocimiento que adquiere a lo largo de su carrera. Esta sesin de laboratorio est enfocada a algunas de las aplicaciones de los diodos.

Planteamiento del problemaEn esta prctica se busca comprobar la aplicacin de la teora de diodos vista en clase por medio de algunos montajes prcticos.

Objetivos de la prctica

Objetivo General:

Comprobar el funcionamiento de las aplicaciones prcticas de los diodos.

Objetivos especficos

Realizar el montaje de un multiplicador de voltaje. Realizar el montaje de un sujetador de voltaje. Realizar el montaje de un recortador de voltaje.

Clculos del anlisis y/o diseo.2.2

Simulacin:

Los datos obtenidos en la simulacin se encuentran en la tabla de voltajes 2.2.2 de la seccin Resultados.

2.3Simulacin:

2.4Simulacin:

Capturas del osciloscopio simulado:

SW1 abierto y SW2 abierto

SW1 abierto y SW2 cerrado

SW1 cerrado y SW2 abierto

SW1 cerrado y SW2 cerrado

Ahora cambiamos la seal sinusoidal por una triangular:

SW1 abierto y SW2 abierto

SW1 abierto y SW2 cerrado

SW1 cerrado y SW2 abierto

SW1 cerrado y SW2 cerrado

Elementos para la construccin del circuito y equipo requerido.

Fuente de alimentacin Generador de seales Multmetro Osciloscopio Sondas Conectores Transformador (tab central) Diodos rectificadores Resistencias Condensadores (100uF) Switches

Resultados2.22.2.2Tabla de voltajes

Valor Simulado (V)Valor Medido (V)% Error

Vin9.49.40

Vo18.958.613.79

Vo217.8817.253.52

Vo326.8225.54.92

Vo435.7634.14.64

Vo544.742.74.47

Vo653.6651.24.58

2.2.2.1. Cuntas veces multiplica voltaje el circuito?Tericamente multiplica el voltaje 6 vecesValor SimuladoValor Medido% Error

Multiplicador5.7085.4474.57

2.2.2.2. De acuerdo a la teora estudiada, efecte el anlisis matemtico del circuito y deduzca tericamente los voltajes obtenidos en cada uno de los puntos indicados (Vo1, Vo2, )

1) Durante el semiciclo negativo de la AC, C1 se carga a Vs a travs de D1.2) Durante el semiciclo positivo de la AC, C2 se carga a 2Vs a travs de D2.3) Durante el semiciclo negativo de la AC, C3 se carga a 2Vs a travs de D3 y C2.4) Durante el semiciclo positivo de la AC, C4 se carga a 2Vs a travs de D2 y C3.5) Durante el semiciclo negativo de la AC, C5 se carga a 2Vs a travs de D3 y C46)durante el semiciclo positivo de la Ac , C6 se carga a 2Vs a travs de D6y C5

Osea multiplica 6 veces el Voltaje de entrada

2.2.2.3. Qu voltaje almacena cada condensador?Valor Simulado (V)Valor Medido (V)% Error

Vc18.98.36.74

Vcaps*17.816.656.46

* El voltaje en C1 tiende a ser igual a Vin - Vd (para tiempos muy largos), mientras que el voltaje en los dems condensadores (C2 a C6) tiende a ser igual a 2 veces Vc1 (para tiempos muy largos). Las mediciones se tomaron para un tiempo de funcionamiento del circuito (tanto simulado como prctico) de alrededor de un minuto.

2.2.2.4. Observe la seal en el osciloscopio colocando en un canal la seal del transformador y en el otro canal la seal en cada punto de observacin. Almacene esas seales para que se registren en el informe y se les pueda hacer un estudio de resultados

Voltaje en el punto V01

Para el voltaje en este punto podemos ver media onda rectificada

Voltaje en el punto V02Para el voltaje en este punto podemos ver la onda rectificada

Voltaje en el punto V03Para el voltaje en este punto podemos ver media onda rectificada montada sobre el valor DC que nos rectifico en los dos primeros puntos

Voltaje en el punto V04Para el voltaje en este punto podemos ver la onda rectificada montada sobre el valor DC que nos rectifico en los dos primeros puntos

Voltaje en el punto V05Para el voltaje en este punto podemos ver media onda rectificada montada sobre el valor DC que nos rectifico en los puntos V03 y V04

Voltaje en el punto V06Para el voltaje en este punto podemos ver la onda rectificada montada sobre el valor DC que nos rectifico en los dos ltimos puntos

En cada etapa de multiplicacin de voltaje el primer condensador, junto con el diodo, actan como circuitos sujetadores, cambiando el nivel DC de la seal sinusoidal. El segundo condensador mantiene un voltaje cuyo factor de rizado es muy bajo, vindose en el osciloscopio como una seal de voltaje continuo.

2.2.2.5. La multiplicacin de voltaje es continua o alterna?Eso depende del punto en el cual tomemos la medicin. Siguiendo la nomenclatura de los puntos de referencia para nuestro circuito (V01 a V06), si se toma la salida en los puntos impares (V01, V03, V05) sta ser de voltaje alterno (con un nivel DC). Si se toma la salida en los puntos pares (V02, V04, V06) sta ser de voltaje continuo. Esto se puede apreciar en las capturas del osciloscopio del numeral anterior.2.2.2.6. Cite una aplicacin prctica de este tipo de circuito.Los circuitos multiplicadores de voltaje son utilizados en la generacin de alto voltaje para la alimentacin de tubos de rayos catdicos (CRT), tubos de rayos X, pistolas paralizantes (tassers), etc. Su fabricacin es de bajo costo y de fcil disponibilidad, ya que aunque pueden ser usados para obtener voltajes de salida de miles de voltios, los componentes individuales no soportan voltajes muy elevados, pudiendo ser fabricados con condensadores electrolticos comunes y diodos de silicio comunes (no necesariamente de potencia).

2.32.3.1. Realice una rpida explicacin del circuito y su funcionamientoSe tiene el siguiente circuito:

Para analizarlo (de forma ideal) debemos hacerlo en dos partes: primero el semiciclo negativo de la fuente, y luego el positivo.En el semiciclo negativo tenemos el siguiente circuito equivalente:

El del condensador est dado por RC, pero en este caso R tiende a cero por estar en paralelo con un corto circuito (en un diodo ideal; en un diodo real, Rd es muy pequea), por lo tanto el condensador se cargar muy rpidamente con el valor V1. Vo es paralelo al diodo (que en estado encendido idealmente se reemplaza por un corto circuito), por lo tanto su valor es cero (en la prctica, este valor es aproximadamente 0.7V, teniendo en cuenta la disposicin del diodo en el circuito respecto a Vo, Vo tendra un valor aproximado de -0.7V).

En el semiciclo positivo tenemos el siguiente circuito equivalente:

El del condensador est dado por RC, y en este caso es un valor suficientemente alto para garantizar que el condensador mantiene su carga a lo largo de todo el semiciclo. El diodo acta como un circuito abierto, y Vo est en paralelo con este circuito abierto; se puede asumir que Vo es igual al voltaje a travs del diodo. Aplicando LVK, obtenemos:

Donde Vc = V1 (debido a que el condensador se carg en el semiciclo negativo). Entonces:

El resultado es una seal con un nivel DC igual al valor pico de la seal de entrada.

2.3.2. Colocar sonda del osciloscopio, CH1 en el generador y CH2 en la salida, sobre la carga. Observe la seal.

Cuando a un circuito se aplica un tren de pulsos cuadrados, en este caso simtricos, el circuito tiende a deformarlo, tal como se muestra en la siguiente figura

2.3.2.1. Consulte qu significa cada uno de los parmetros indicados en la figura.Overshoot:es lo que en castellano se llama "sobrepaso".

Cuando un sistema tiene que cambiar, por ejemplo, de velocidad, o de posicin, para llegar al valor deseado, debe acelerar o desacelerar. Se puede llegar ms rpidamente al valor deseado si se permite algo de sobrepaso y luego se corrige.Pulso Ideal: es el puso que debera generar el circuito idealmente onda limpia Pulso real: es el pulso o seal que verdaderamente da manejando los porcentajes y error y tolerancia en cada uno de los componentes del circuito.PER: periodo en el tiempo que se repite la onda nuevamentePW: la mitad del periodo por lo general corresponde a un semiciclo

2.3.2.2. Es la seal observada semejante a la de esta figura?No. Como se puede apreciar en la captura del osciloscopio (numeral 2.3.2) la seal de salida no est deformada.2.3.2.3. Si la seal no presenta deformacin, qu se tiene que variar para observar la distorsin del pulso como se indica en la figura. Verifique su respuesta. S distorsiona?Para lograr la deformacin de la figura, basta con aumentar la frecuencia de la seal. Aunque la seal no fue deformada por el circuito; fue el generador de seales el que deform la seal.

2.3.2.4. Si la seal presenta distorsin, que vara para que no se presente esa deformacin?. Verifique su respuesta.N/A2.3.2.5. Verifique matemticamente el comportamiento del circuito y compare con los resultados obtenidos en el osciloscopio.PRIMERA ETAPAEn esta primera etapa el capacitor se carga con el voltaje de la fuente a travs del diodo que al estar polarizado en directo es sustituido por un cortocircuito Esta etapa se encuentra en un rango de 0 < t < T/2 con un voltaje de entrada igual al voltaje de la entrada = VSEGUNDA ETAPAEn la segunda etapa el capacitor es cargado con el doble del voltaje de la fuente ya que el diodo se polariza inversamente siendo este sustituido por un circuito abierto.Esta etapa se encuentra entre un rango T/2 < t < T con un voltaje de entrada igual a dos veces el voltaje de la fuente de acuerdo a la ley de voltaje de Kirchhoft: V + V1 -V2 = 0 quedando V2 = 2VV=5V ; V2=5*2=10V

2.3.2.6. Invierta el diodo y observe la seal. Qu cambios se operan ahora? Analice tericamente esta nueva disposicin del circuito y compare con las observaciones.Al invertir el diodo se cambia el nivel DC a uno negativo, como se puede apreciar en la siguiente captura del osciloscopio:

Nuevamente, para analizar el circuito hay que hacerlo en dos partes:En el semiciclo positivo tenemos el siguiente circuito equivalente:

El del condensador est dado por RC, pero en este caso R tiende a cero por estar en paralelo con un corto circuito, por lo tanto el condensador se cargar muy rpidamente con el valor V1. Vo es paralelo al diodo, por lo tanto su valor es cero (en la prctica, este valor es aproximadamente 0.7V).

En el semiciclo negativo tenemos el siguiente circuito equivalente:

El del condensador est dado por RC, y en este caso es un valor suficientemente alto para garantizar que el condensador mantiene su carga a lo largo de todo el semiciclo. El diodo acta como un circuito abierto, y Vo est en paralelo con este circuito abierto; se puede asumir que Vo es igual al voltaje a travs del diodo. Aplicando LVK, obtenemos:

Donde Vc = V1 (debido a que el condensador se carg en el semiciclo positivo). Entonces:

El resultado es una seal con un nivel DC igual al valor pico de la seal de entrada.

2.3.2.7. Cambie la seal del generador a una seal sinusoidal y observe la seal en la salida con el diodo en cada posicin.

Cambiador de nivel DC positivo

Cambiador de nivel DC negativo2.3.2.8. Consulte y anote una aplicacin prctica de los sujetadores.Los circuitos sujetadores se utilizan en los detectores de Voltaje pico-a-pico (Vpp).2.3.2.9. Consulte qu significa la relacin de ciclo, cmo se determina en un pulso y para las seales aplicadas del generador, qu relacin de ciclo tienen?La relacin de ciclo (duty cicle) es el ancho del pulso respecto al periodo de la seal. Se determina de forma porcentual, dividiendo el tiempo que demora el pulso entre el periodo de la seal. Las seales del generador tienen una relacin de ciclo de aproximadamente 50%.

2.4. 2.4.1. Analizar tericamente el circuito para las siguientes situaciones:Para el circuito se eligieron resistencias R = 150 ohm y RL = 1k ohm. SW1 abierto y SW2 abierto: El circuito funciona como un divisor de voltaje, con una seal de salida sinusoidal muy similar a la de entrada (no es igual ya que hay cada de voltaje en R). SW1 abierto y SW2 cerrado: El circuito recorta la seal en su semiciclo negativo; es decir, la recorta por abajo. SW1 cerrado y SW2 abierto: El circuito recorta la seal en su semiciclo positivo; es decir, la recorta por arriba. SW1 cerrado y SW2 cerrado: El circuito recorta la seal tanto por arriba como por abajo.2.4.2. Efecte el montaje del circuito, coloque sonda de osciloscopio CH1 sobre el generador y CH2 sobre la carga.Realice las cuatro combinaciones anotadas en el numeral 2.4.1, observe para cada caso las seales, grabarlas para luego hacer anlisis de resultados.

SW1 abierto y SW2 abierto

SW1 abierto y SW2 cerrado

SW1 cerrado y SW2 abierto

SW1 cerrado y SW2 cerrado2.4.3. Cambie la seal por una seal triangular y observe todas las combinaciones.

SW1 abierto y SW2 abierto

SW1 abierto y SW2 cerrado

SW1 cerrado y SW2 abierto

SW1 cerrado y SW2 cerrado2.4.4. Cmo se puede obtener en la salida una seal cuadrada? Verifique su respuesta.Cerrando los dos interruptores y buscando una frecuencia al a cual el factor de carga y descarga sea muy rpido.2.4.5. Para el numeral anterior, utilizando la herramienta Fourier que suministra el osciloscopio, observe el espectro que se obtiene de la seal triangular y de la seal obtenida en la salida (consulte al monitor para usar esa herramienta).Cmo es el contenido armnico de esos espectros? Grabe las seales para hacer posteriormente anlisis de resultados.

Seal triangular recortada y su espectro FFT

Espectro FFT de la seal triangular recortada

2.4.6. Cambie la seal por una sinusoide y observe los espectros de Fourier en el osciloscopio. Ahora observe el contenido armnico de las dos seales.

Seal sinusoidal recortada y su espectro FFT

Espectro FFT de la seal sinusoidal recortada

Cmo debe ser el espectro de Fourier tericamente de la seal seno? Concuerda la teora con la observacin en osciloscopio?. Si no concuerda, presente las razones de esas diferencias.

Este es el espectro del la seal seno de Fourier tienen formas parecidas de espectro pero la del generador es una seal de una frecuencia y unas caractersticas distintas pero el espectro se parece2.4.7. Consulte una aplicacin prctica del recortador. Anote su consulta.Los circuitos recortadores se utilizan en los receptores de FM y en los televisores anlogos.

Conclusiones

1)Se puede observar que en los montajes propuestos los diodos como agentes que controlan el voltaje son muy efectivos por su comportamiento semiconductor.

2)Tambin se pueden realizar muchas aplicaciones a lo aprendido en el laboratorio.

3)En el circuito sujetador podemos decir que:Si el condensador se encuentra descargado, al aplicar tensin, el se comportar como un corto (oponindose al cambio de voltaje). Para que exista conduccin, se requiere que la seal inicie su recorrido con un voltaje negativo, esto har que el condensador se cargue a un voltaje Vmax.

4)En el circuito multiplicador podemos decir:El circuito multiplicador de voltaje es un circuito que permite tener un nivel de continua igual a un factor entero del valor pico de una seal de entrada. El principio de operacin de estos circuitos es la carga sucesiva de condensadores debido a la habilitacin en cascada de diodos.

Bibliografa

Electrnica, teora de circuitos. Sexta edicin. Boylestad, Nashelsky. Pearson Education. http://es.wikipedia.org/wiki/Multiplicador_de_tensi%C3%B3n http://en.wikipedia.org/wiki/Clipper_%28electronics%29

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