Practica 4 Final

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esta echa con el programa de cadence asi que todo es como saldria en la practica :)

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA ESIME INGENIERIA EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA ALUMNO: Gabriel Ramos Oceguera Fernando James bond PROFESOR: Acenzua bravo sergio ASIGNATURA: DISPOSITIVOS PRACTICA 4: DIODO ZENER Y SU APLICACIONES TIPICAS COMO REGULADOR DE VOLTAJE

GRUPO: 5Cm4

Diodo ZenerObjetivos:

1.

Obtener y comparar las curvas caractersticas (V-I), d etres diodos Zener con diferentes voltajes de ruptura, en cada caso, medir el voltaje de umbral y el voltaje Zener. Determinar las resistencias estatocas y dinamicas de la regin directa de conduccin ()En un punto QD y en la regin de ruptura Zener (9En el punto de operacin Qz). 2. Observar y reportar la svariaciones que s epresentan en la curva caracterstica, en el voltaje de umbral y en el voltaje de ruptura de los tres diodos Zener, por el efecto del aumento en la tempoeratura ambiente. 3. Observar y reportar las variaciones que presenta el voltaje Zener (Voltaje de salida del circuito), cuando se presentan variaciones del voltaje de entrada y de la corriente en la carga (RL), en el circuito tpico regulador de voltaje paralelo con Zener.

Desarrollo Experimental. Conceptos Basicos: Diodo Zener. Un diodo Zener, es un diodo de de silicio que se ha contruido para que funcione en las zonas de rupturas. Llamados a veces diodos d eavalancha o de ruptura, el diodo zener es la parte esencial de los reguladores de tensin casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensin d ered, d ela resistencia de carga y de temperatura. El diodo Zener se representa en los esquemas con el siguiente smbolo:

Resistencia Zener Un diodo Zener, como cualquier diodo, tiene una cirta resistencia interna en sus zonas P y N; al circular una corriente a travez de este se produce una pequea cida de tensin d ruptura. En otras palabras: si un diodo Zener esta funcionando en la zona zener, un aumento enla corriente producir u ligero aumento en la tensin. El incremento es muy pequeo, generalmente de una decima de voltio. Los didos Zener mantienen la tensin entre sus terminales prcticamente constante, cuando estn polarizados inversamente, en un amplio rango de intensidades y temperaturas, por ello, este tipo de diodos se emplean en circuitos estabilizadores o reguladores de la tensin tal como el mostrado en la figura.

Eligiendo la resistencia R y las caractersticas del diodo se pueden lograr que la tensin en la carga (RL) permanezcan contante dentro del rango de variacin de la tensin de entrada Vs. R + IR Vs IZ IL Vz RL

-

Para elegir la resistencia limitadora R adecuada hay que calcular primero cual puede se su valor mximo y minimo, despus elegiremos una resistenia R que se adecue a nuestris clculos.

Donde: -Rmin es el valor mnimo de la resistencia limitadora. -Rmax es el valor mximo de la resistencia limitadora. -Vsmax es el valor mximo de la tensin de entrada. -Vsmin es el valor mnimo de la tensin de entrada. -Vz es la tensin Zener. -ILmin es la mnima intensidad que se puede circular por la carga, en ocasiones si la carga es desconectable, ILmin suele tomar valor 0. -Ilmax es la mxima intensidad que soporta la carga. -Izmax es la mxima intensidad que soporta el diodo Zener -Izmin es la mnima intensidad que necesita el diodo zener para mantenerse dentro de su zona zener o conduccin en inversa. La resistencia que elijamos debe estar comprendida entre los dos resultados que hemos obtenido.

MaterialOsciloscopio doble trazo

Generador de seales Multimetro Fuente d evoltaje regulada Una pinza de corte 6 cables caimn-caiman de 50 cm. 6 cables banana-caiman de 50 cm. 6 cables banana-banana de 50 cm. 4 cables coaxiales qu tengan en un extromo la terminacin bnc y en el otro caimanes Un Protoboard 1 Diodo Zener con voltaje de ruptura de 3.9 V a watt 1 Diodo Zener con voltaje de ruptura de 9.1 V a watt 1Diodo zener con voltaje de ruptura de 5.6V a watt 1 Resistor de 1K a watt 2 Resistores de 330 a 2 watt 1 Resistor de 10K a watt 1 Resistor de 22K a watt 1 Resistor de 560 a 2 watt 1 Resistor de 220 a 2 watt 1 Resistor de 100 a 2 watt 1 encendedor.

Experimentos:1. Obtener y comparar las curvas caractersticas (v-I), de tres diodos zener de diferentes voltajes de ruptura, en cada caso medir el voltaje de umbral y el voltaje zener. Determinar las resistencias estticas y dinmicas e la regin directa de conduccin (en un punto de operacin QD ) y en la regin de ruptura zener (en punto de operacin QZ).

Armar el circuito mostrado en la figura 1, colocar el diodo de 3.9v y obtener la curva caracterstica, medir y reportar en la tabla 1 el voltaje de umbral y el voltaje de ruptura del diodo, dibujar la curva caracterstica que se tiene en el osciloscopio (usando en su modo XY), mediante las graficas reportadas posteriormente en casa determinar la resistencia esttica y dinmica tanto en la regin directa de conduccin en un punto de operacin QD, asi como, en la regin de ruptura en un punto de operacin QZ. Repetir estos pasos para el diodo de 5.6V y luego para el de 9.1V Nota: Para cada diodo Zener antes de quitarlo realizar las mediciones indicadas en el punto 3.

Figura 1.a Circuito propuesto para obtener la curva caracterstica del diodo zener

Figura 1.bCurva caracterstica V-I de un diodo Zener Figura 1 Diodo Zener Voltaje Umbral VU(v) Medicin A Medicin A T=TA T>TA Diodo 1(3.9V) 0.7 0.4 Diodo 2 (5.6V) 0.6 0.4 Diodo 3 (9.1V) 0.7 0.2 Voltaje de ruptura VZ (V) Medicin A Medicin A T=TA T>TA 3.9 3.4 5.4 5.0 8.8 9.6

Tabla 1 Voltaje de umbral y voltaje de ruptura de tres diodos zener medido a T=TA y a T>TA

Figura 2.a..Grafica del diodo 1 (Vz=3.9V)

Figura 2.b grfica del diodo 2 (Vz= 5.6v)

Figura 2.c grfica del diodo 3 (Vz= 9.1 v)

3. Observar y reportar las variaciones que se presentan en la curva caracterstica, en el voltaje de umbral y en el voltaje de ruptura de los tres diodos zener, por el efecto del aumento en la temperatura ambiente. Usando el mismo circuito de la figura 1, observar y reportar en la tabla 1 la variacin que presenta el voltaje de ruptura y el voltaje de umbral cuando aumenta la temperatura ambiente, para lograr este aumento, acercar un cerillo encendido o la punta caliente e de un cautn, al diodo bajo prueba por espacio no mayor a 5 seg. Realizar esta medicin para cada uno de los diodos en el orden marcado en el punto anterior. 4. observar y reportar las variaciones que presenta el voltaje zenner (voltaje de salida del circuito), cuando se presentan variaciones del voltaje de entrada y de la corriente en la carga (RL), en el circuito tpico regulador de voltaje paralelo con zenner.

4.1. Armar el circuito mostrado en la figura 3 (regulador de voltaje paralelo con diodo zenner) y reportar las variaciones que presenta el voltaje zenner y las variaciones de la corriente en la carga, cuando se vara el voltaje en la entrada. Variar el voltaje de la fuente E desde 0 hasta 20 volts y reportar las mediciones de voltaje y corriente que se indican en el circuito en la tabla 2.

Voltaje en la entrada 0 2 5 8 11 14 17 20

Voltaje en el zenner (V) 0 0.99 2.45 3.94 5.19 5.41 5.49 5.47

Corriente en la carga (mA) 0 1 5 14 17 18 18 19

Tabla 2 variaciones del voltaje zenner (voltaje a la salida del regulador) y de la corriente en la carga (RL) para el diodo con ruptura de 5.6v cuando varia el voltaje 4n la entrada del circuito regulador. 4.2. Armar el circuito de la figura 4, medir y reportar en la tabla 3 las variaciones que se tengan para el voltaje de ruptura del dodo (voltaje a la salida del regulador) y para la corriente de carga (RL) cuando se presentan variaciones en la resistencia de carga.

Resistencia en la carga () Circuito abierto (resistencia infinita) 22k 10k 1k 0.56k 0.33k 0.22k 0.10k

Voltaje en el zener (V)

Corriente en la carga (mA)

5.58 5.58 5.60 5.5 5.53 5.54 4.6

65 1 0.1 5 19 27 25

Tabla 3 variaciones del voltaje de ruptura del diodo zener (voltaje a la salida) y de la corriente en la carga (RL) en un circuito regulador de voltaje para diferentes resistencias de carga.

Cuestionario

1.

Usando el diodo zenner 9.1 V dibuje la curva caracterstica que se obtendra en el osciloscopio, si el voltaje pico de la seal de entrada fuera de 5V. Explique por que de la curva.

Como el voltaje de entrada es de 5 V y el zener trabaja a 9.1 no habr ruptura y no entrara en la zona de conduccin, por lo tanto se comportara como 2. De los tres diodos zenner que utilizo en los experimentos cul de ellos presento coeficiente de temperatura positivo, cual negativo y cual aproximadamente cero, explique por qu? Pues el 3.9 V tiene coeficiente de temperatura negativo por el voltaje pequeo que maneja eso le hace q al ponerle calor el coeficiente de temperatura sea negativo, el 5.6 es el casi que presenta coeficiente de temperatura casi igual a cero y el 9.1 es el que maneja coeficiente de temperatura positivo.

3. Qu tipo de portadores generan la ruptura zenner? en qu condiciones de impurificacin se presente esta ruptura? Debido a los portadores minoritarios y en las condiciones de alta contaminacin y al barrera es ms angosta, al ser de ms angosta es mayor la probabilidad de tuneleo (efecto tnel).

4. Cul o cules de los tres diodos usados, presenta ruptura tipo zenner (tuneleo de la barrera de potencial)? Explique Los tres diodos presentan ruptura tipo zener ya que menor de 10 volts trabaja con alta contaminacin y ms de 10 trabajan con baja contaminacin.

5. Diga: Qu curva caracterstica obtendra en el osciloscopio para el circuito de la figura 1, en caso de que se colocara en paralelo los tres diodos zenner? Dibjela y explique

La curva depende una vez ms del voltaje de entrada al circuito pero en este caso como el voltaje si es suficiente para romper a cada diodo individualmente, debido a q se encuentran en paralelo, los diodos si entran en conduccin.

6.-Dibuje la curva caracterstica que se obtendra en el osciloscopio, para el circuito de la figura 1, en caso de que colocara en serie los 3 diodos Zener dibjela y explquela.

La grfica depende de que el voltaje de entada sea lo suficientemente grande para pasar el voltaje de ruptura zener para los tres diodos al mismo tiempo y en este caso como el voltaje es de 10 volts no lo rompe. 7.-Determine la resistencia esttica en la regin directa de conduccin para cada uno de los diodos zener usados en el punto 3, considerando un punto de operacin con corriente de 2mA. Periodo de 3.9V: (3.9V)/(2mA)=1950 Periodo de 5.6V: (5.6V)/(2mA)=2800 Periodo de 9.1V:(9.1V)/(2mA)=4550

8.-detremine la resistencia esttica en la regin directa de conduccin, para cada uno de los diodos zener usados en el punto 3, compare los 3 clculos e indique cul de ellos tiende a comportarse mejor como regulador de voltaje. Explique, (para un punto de operacin con corriente de 2mA) Como los 3 diodos son de silicio el voltaje necesario para entrar en conduccin en la regin directa es de 0.7V por lo tanto la resistencia ser: R=(0.7V)(2mA)=359 Ohms Por lo tanto es una resistencia pequea la cual no se opondr a cambios bruscos de voltaje de entrada por lo tanto la mejor regin para la regulacin es en la regin de polarizacin inversa. 9.-En el circuito regulador de voltaje de la figura 3, si el voltaje de la seal de entrada es 20V, realice los clculos necesarios para determinar a corriente que circula por el diodo zener en una situacin, compare con el valor medido en la tabla 3. Por thevenin saemos que la corriente en la resistencia limitadora Rs es:

Obteniendo la corriente y la corriente en la carga podremos utilizar la ley de kirchhoff de corrientes para obt5ener las corrientes en los diodos. Por lo tanto: Para diodo de 3.9V: lz=36.97mA Para diodo de 5.6V:lz=26.67mA Para diodo de 9.1V: lz=5.46mA 10.- Cual sera la corriente que circulara por el diodo zener, para el mismo voltaje de 20V a la entrada, si la resistencia de carga fuera circuito abierto. Sera la misma corriente en la resistencia limitadora, que en este caso particular ser: Para diodo de 3.9V:lz=48.78mA Para el diodo de 5.6V:lz= 43.63mA Para el diodo de 9.1V:lz= 33.03mA

11.-Determine la potencia que deber disipar el diodo zener en la condicin marcada en el punto anterior. Para diodo de 3.9 V : Pz=(48.78mA)(3.9V)=190.24mW Para diodo de 5.6 V: Pz=(43.63mA)(5.6V)=244.32mW Para diodo de 9.1V: Pz=(33.03mA)(9.1V)=300.57mW 12.-Para el circuito regulador de voltaje paralelo de la figura 4, determine el valor ms pequeo de las resistencias de carga, que permite que la regulacin se mantenga. Determine el mximo valor de la corriente en la resistencia de carga.

14. Dibuje la grafica de resistencia de carga contra voltaje de salida con los datos de la tabla 3.

15 Proponga un circuito recortador de voltaje con diodo zenner, que recorre la seal negativa en 5V y la positiva en 0.7 v

16. Proponga un circuito recortador de voltaje con diodo zenner, que recorte la seal negativa y positiva en 9.1v

17. Anote sus conclusiones El diodo zener, trabaja de forma un poco diferente al diodo rectificador normal, es decir se polariza inversamente, es nos indica que se necesita un cierto voltaje para que el diodo empiece a conducir en la regin de polarizacin inversa, ya sea por efecto de campo elctrico (efecto zener para diodos zener de mas de 5V) o por la avalancha de portadores minoritarios( para diodos zener de menos de 4 v). 18. Anote su bibliografa consultada Boyloestad.