Preinforme 1

28
1 CARACTERÍSTICAS Y CIRCUITOS CON DIODOS Y TRANSISTORES 1. Características de Polarización Directa e Inversa Explique detalladamente el funcionamiento de un circuito en polarización directa e inversa. Polarización Directa. La polarización directa se da cuando una tensión externa se opone a la barrera de potencial. Si la tensión aplicada es mayor que la barrera de potencial, el diodo está polarizado en directa y la corriente que fluye por el es grande, es decir, el diodo se comporta como cortocircuito, aunque presenta una resistencia interna muy baja. En la práctica, se polariza directamente al diodo cuando se conecta el ánodo (borne P) al terminal positivo de la fuente y el cátodo (borne N) al negativo. Diodo polarizado directamente Analizando el circuito a utilizar en laboratorio: W Si 1 P se halla en la posición superior se tiene: W W

description

ad

Transcript of Preinforme 1

  • 1

    CARACTERSTICAS Y CIRCUITOS CON DIODOS Y TRANSISTORES

    1. Caractersticas de Polarizacin Directa e Inversa

    Explique detalladamente el funcionamiento de un circuito en polarizacin directa e inversa.

    Polarizacin Directa. La polarizacin directa se da cuando una tensin externa se opone a la barrera de potencial. Si la tensin aplicada es mayor que la barrera de potencial, el diodo est polarizado en directa y la corriente que fluye por el es grande, es decir, el diodo se comporta como cortocircuito, aunque presenta una resistencia interna muy baja.

    En la prctica, se polariza directamente al diodo cuando se conecta el nodo (borne P) al terminal positivo de la fuente y el ctodo (borne N) al negativo.

    Diodo polarizado directamente

    Analizando el circuito a utilizar en laboratorio:

    W

    Si 1P se halla en la posicin superior se tiene:

    W

    W

  • 2

    ][15

    10002000152100020000

    1000100015

    1)(10)(115

    mAI

    IIIIII

    II

    kIIIkIIk

    D

    DD

    DD

    D

    DD

    D

    =

    -=

    =-=-=

    +-=-=

    Si 1P se halla en la posicin media se tiene:

    W

    WW

    ][6

    250015

    5001500150015500500150015

    350015001000)(5000

    )(50050015

    mAI

    I

    IIIIII

    IIIIIII

    III

    D

    D

    DDD

    DD

    DD

    DD

    D

    =

    =

    -+=-+=

    ==

    +-=-+=

    Si 1P se halla en la posicin inferior, se tiene:

    WW

    Ntese que toda la corriente circulara por el cortocircuito que separa las mallas.

    Entonces: 0=DI

  • 3 a) Mtodo Punto a Punto.

    Con el circuito de la figura 1, se levantar la curva DI vs. DV caracterstica del diodo a utilizar (1N4007), haciendo nfasis en el voltaje de arranque, que por ser el diodo IN4007 un diodo de silicio, su voltaje de arranque estar en 7,06,0 gV .

    Con a curva caracterstica del diodo, se calcularn los siguientes parmetros:

    - Resistencia dinmica del diodo:

    )/ln()()/ln()()ln()()/ln()(

    23121223

    23121223

    IIIIIIIIIIVVIIVVrs ---

    ----=

    - Voltaje de barrido de frecuencia:

    IrVV sj -=

    b) Mtodo de barrido de frecuencia

    Sea el siguiente circuito:

    Con el osciloscopio previamente calibrado, se introduce el voltaje sobre la resistencia al canal Y y el voltaje sobre el diodo al canal X. Se selecciona el modo X-Y y variando la frecuencia del generador se visualiza la curva caracterstica del diodo. Se debe tomar en cuenta que el canal Y est midiendo voltajes, as que es necesario dividir stos valores entre el valor de la resistencia R=1k[ W ], y de esta manera, se ha medido indirectamente la corriente que circula por el diodo.

    Una vez obtenida la curva caracterstica del diodo, por cualquiera de los dos mtodos anteriormente expuestos, se puede calcular los parmetros bsicos del diodo, pero previamente se deber efectuar el mismo anlisis con la polarizacin inversa.

    Polarizacin Inversa. La polarizacin inversa de un diodo se da cuando la tensin externa aplicada al diodo es menor negativa con respecto a la barrera de potencial que presenta el diodo. En polarizacin inversa, el diodo presenta una alta resistencia hmica, simulando de esta manera un circuito abierto.

    En la prctica se polariza al diodo inversamente, cuando se conecta el nodo (borne P) al Terminal negativo de la fuente y el ctodo (borne N) al terminal positivo de la fuente.

  • 4

    Analizando el circuito a utilizar en laboratorio:

    W

    Si 1P est en la parte superior, se tiene:

    W

    W ][15 VVD =

    Si 1P est en la parte media, se tiene:

    WW

    W

    Si 1P est en la parte inferior se tiene:

    WW

    ][0 VVD =

    ][5,7

    ][15][1000][500

    VV

    VV

    D

    D

    =WW

    =

  • 5 Con los mtodos expuestos en el inciso anterior, punto a punto y barrido de frecuencia, se

    determinar la curva caracterstica del diodo. Con esta curva se calcularn los siguientes parmetros:

    - Resistencia dinmica del diodo:

    )/ln()()/ln()()ln()()/ln()(

    23121223

    23121223

    IIIIIIIIIIVVIIVVrs ---

    ----=

    - Corriente inversa de saturacin:

    juntura de aresistenci (

    ln:con1212

    12 )-I(I)-r-VV

    )/I(IjS

    =

    - Capacidad de difusin:

    [ ] 21

    2

    21

    2

    D 12)(1)(C

    -+

    +=w

    wt eSIIj

    c) Parmetros bsicos de los diodos 1N4007, AAZ15, 1N4043, HP2835

    Diodo Material ][WSr ][AI S ][VVg ][ pfCTo ][ pfC p g

    1N4007 Si 1,19x10-11 5,54x10-2 0,6< gV

  • 6 - Variaciones con la temperatura

    W

    W

    W W

    ][1054,5 2 W= -Sr

    ][83,0 ][1054,5][99,14

    ][66,14 1054,51000

    15

    2

    2

    mVVmArIV

    mAII

    DSDD

    DD

    =W==

    =+

    =

    -

    -

    Calentando el diodo D con algn dispositivo emisor de calor, y midiendo la temperatura sobre el diodo con un termmetro, se deber observar una variacin que obedece a:

    te.inversamen polarizado est diodo el Si 1

    te.directamen polarizado est diodo el Si 1

    /

    /

    -=

    -=

    -qKT

    V

    S

    qKTV

    S

    eII

    eII

    Adems, SI tampoco es independiente de la temperatura, sino que vara segn:

    )( 1212

    TTKTSTS eII

    -=

    En el caso de la tensin se tiene:

    )( 1212 TTkVV TDTD --=

  • 7 2. Diodos de avalancha - efecto zener

    Caractersticas en polarizacin directa e inversa

    Explique detalladamente el funcionamiento de un circuito en polarizacin directa e inversa.

    Polarizacin inversa de diodo zener. El diodo zener se polariza inversamente cuando se conecta el terminal positivo de la fuente al ctodo (borne N) y el terminal negativo de la fuente al nodo (borne P) del diodo.

    Una vez alcanzado el voltaje zener de regulacin ZV , este diodo conduce, circulando por el una corriente considerable, establecindose as una diferencia con los diodos de uso general.

    Analizando el circuito a utilizar en laboratorio y considerando a D como un diodo IN757:

    ][500 ;91,01,9 mWPV ZZ ==

    W

    Si 1P est en la parte superior, se tiene:

    W

    W

    ][9,5

    10001,915

    1510001,91000

    151000100010001,9

    100015

    1000)(10001,9)(100015

    mAI

    I

    I

    III

    II

    IIIII

    D

    D

    D

    DDD

    D

    DD

    D

    =

    -=

    -=-

    +-+=-

    +=

    +-=--=

  • 8 Si 1P est en la parte media, se tiene:

    W

    W

    W

    Si 1P est en la parte inferior, se tiene:

    WW

    Polarizacin directa del diodo zener. Un diodo zener se polariza directamente cuando se conecta el nodo (borne P) al terminal positivo de la fuente y el ctodo (borne N) al terminal negativo de la fuente. En polarizacin directa, el diodo zener se comporte como un diodo de uso general.

    Analizando el diodo a usar en laboratorio:

    W

    Si 1P est en la parte superior:

    W

    W

    ( )

    ][28,1

    12501,95,7

    12501,95,72505,715001,9

    50015100050015001,9

    100050015

    5001000151000)(5001,9

    )(50050015

    mAI

    I

    III

    II

    II

    IIIII

    III

    D

    D

    D

    DD

    DD

    D

    D

    DD

    D

    =

    -=

    =---=-

    +-=-

    +=

    -=

    +-=--+=

    ][15

    1000151000)2(100015

    21000200010

    1000)(10000)(50050015

    mAI

    III

    IIII

    IIIIII

    D

    D

    DD

    D

    DD

    DD

    D

    =

    =-=

    =-=

    +-=-+=

  • 9 Si 1P est en la parte media:

    W W

    W

    Si 1P est en la parte baja:

    W W

    a) Mtodo punto a punto

    Con los circuitos de las figuras 3 y 4 se medirn ZI y ZV , tanto en polarizacin directa como en polarizacin inversa. Con estos datos se levantarn las curvas caractersticas del diodo zener, haciendo nfasis en el voltaje zener de regulacin, para la polarizacin inversa y en el voltaje de arranque, para la polarizacin directa.

    b) Mtodo de barrido de frecuencia

    Sean los siguientes circuitos:

    Variando la frecuencia del generador en los circuitos y con el osciloscopio previamente calibrado en el modo X-Y, se visualizan las curvas en polarizacin directa e inversa. Ntese que el canal Y est midiendo voltaje, estas lecturas deben ser divididas entre el valor de ][1 W= kR , midiendo as en forma indirecta la corriente que circula por el diodo.

    ][0 mAID =

    ][6

    250015

    1500100015500100015

    500500)1500153

    500150001000)(5000

    )(50050015

    mAI

    I

    IIII

    IIIII

    IIIII

    III

    D

    D

    DD

    D

    DD

    D

    DD

    DD

    D

    =

    =

    +=+=

    -+==

    -=

    +-=-+=

  • 10 c) Parmetros bsicos de los diodos 1N4372, 1N757, 1N4554, MZ605

    Diodo Material ][WZr ][VVr ][VVZ ][WPZ

    1N757 Si 10 1,0 91,01,9 0,4

    1N4372 Si 29 1,0 3 0,5

  • 11 3. Aplicaciones con diodos

    Circuitos recortadores

    Circuito bsico:

    Dibujar e0 si ei vara de -10 a +10 [v] en pasos de i[v]

    Si ei= -10 se tiene:

    Si ei= -9 se tiene:

    Si ei= -8 se tiene:

    ]1[k =R3=R2=R11[A] deor rectificad :D5 D4, D2,

    7,1[v] dezener :D3[v] 5,1 dezener :D1

    W

  • 12 Si ei= -7 se tiene:

    Si ei= -6 se tiene:

    Si ei= -5 se tiene:

    Si ei= -4 se tiene:

  • 13 Si ei= -3 se tiene:

    Si ei= -2 se tiene:

    Si ei= -1 se tiene:

    Si ei=0 se tiene:

    eo=0[v]

  • 14 Si ei=1 se tiene:

    Si ei=2 se tiene:

    Si ei=3 se tiene:

    Si ei=4 se tiene:

    Si ei=5 se tiene:

    ][67,0

    ][2211

    11

    0

    0

    ve

    vkkk

    kke

    =

    +=

    ][1

    ][331

    0

    0

    ve

    ve

    =

    =

    ][33,1

    ][331

    0

    0

    ve

    ve

    =

    =

    ][67,1

    ][531

    0

    0

    ve

    ve

    =

    =

    ][33,0 ][11111

    11)(

    )(e

    RR||RR||Re

    00

    32132

    320

    32

    32132

    32

    32

    132

    32

    32

    32

    0

    132

    320

    vevkkkk

    kke

    eRRRRR

    RRe

    e

    RRRRRRR

    RRRR

    eR

    RRRR

    RRRR

    e

    i

    ii

    i

    =+

    =

    ++=

    +++

    +=

    ++

    +=

    +=

  • 15 Si ei=6 se tiene:

    Si ei=7 se tiene:

    Si ei=8 se tiene:

    Si ei=9 se tiene:

    Si ei=10 se tiene:

    ][1,5

    1,51,5

    0

    00

    1

    ve

    eIRIRe

    P

    i

    =

    ===-

    ][1,5

    1,51,5

    0

    00

    1

    ve

    eIRIRe

    P

    i

    =

    ===-

    ][1,5

    1,51,5

    0

    00

    1

    ve

    eIRIRe

    P

    i

    =

    ===-

    ][1,5

    1,51,5

    0

    00

    1

    ve

    eIRIRe

    P

    i

    =

    ===-

    ][1,5

    1,51,5

    0

    00

    1

    ve

    eIRIRe

    P

    i

    =

    ===-

  • 16 a) Dibujar la curva de transferencia e0 vs. ei.

    ][vei

    ][0 ve

    b) Si ei es 10 sen(wt), Cunto vale e0?

    ][vei

    ][ mst

    ][0 ve

    ][ mst

    Hzff

    1002

    == pw

  • 17 c) Si ei es la onda triangular mostrada, Cunto vale eo?

    ][vei

    ][ mst

    ][0 ve

    ][ mst

    ][100 msT =

  • 18 4. Circuitos Rectificadores

    4.1. Rectificadores Polifsicos

    a) Caractersticas

    MAGNITUD SMBOLO MEDIA ONDA ONDA COMPLETA

    Tensin continua de salida Vm 1,17 Vf 2,3 Vf

    Tensin eficaz de salida V 1,017V, Vm

    Amplitud de tensin salida VM 1,21 Vm 1,017Vm

    Factor de forma kf 1,017 1

    Factor de amplitud kA 1,19 1,047

    Factor de ondulacin g 18,5 4,2

    Factor de pulsacin kp 0,25 0,057

    Ond

    a Sa

    lida

    Frecuencia del armnico de orden sup. f0 3f0 6f0

    Corriente media por rama Irm 0,333 Im 0,333 Im

    Corriente eficaz por rama If 0,588 Im 0,577 Im

    Corriente mxima por rama IFM 1,57 Im 1,047 Im

    Rec

    tific

    ador

    Tensin inversa mxima VRM 3,14 Vm 1,047 Vm

    Tensin eficaz de base secundario Vf2 0,855 Vm 0,128 Vm

    Tensin eficaz de lnea secundario VL2 1,48 Vm 0,74 Vm

    Corriente eficaz secundario If2 0,588 Im 0,816 Im

    Potencia aparente secundario S2 1,74 Vm Im 1,05 Vm Im

    Factor de utilizacin secundario K2 0,662 0,954

    Tensin eficaz del primario Vf1 0,855 Vm 0,428 Vm

    Corriente eficaz primario If1 0,484 Im 0,816 Im

    Potencia aparente primario S1 1,24 Vm Im 1,047 Vm Im

    Tran

    sfor

    mad

    or

    Factor de utilizacin primario K1 0,663 0,954

  • 19 b) Rectificador trifsico estrella media onda

    2p

    32p p

    67p

    23p

    34p

    35p p2

    27p

    38p

    37p

    611p

    tw

    tw

    )240sin()120sin(

    )sin(

    3

    2

    1

    +=+=

    =

    tVVtVVtVV

    m

    m

    m

    www

  • 20 c) Rectificador estrella tipo puente

    2p

    32p p

    67p

    23p

    34p

    35p p2

    611p

    tw

    tw

  • 21 4.2. Rectificadores monofsicos

    a) Rectificador de media onda

    Se dispone de un transformador de ][6 vVsef

    = y la carga ser de ][1 W= kRL

    ][vVS

    ][ mst

    ][49,8

    ])[100sin(49,8

    )100sin(1000

    49,8

    ][49,8

    1N4007 :Diodo ;0con );100sin(

    mAi

    mAti

    ti

    vVV

    RrrtRVi

    D

    D

    D

    SPm

    LffL

    mD

    =

    =

    =

    ==

  • 22 Potencia suministrada a la carga:

    ][29,7

    7,27,2

    mWP

    IVP

    CC

    CCCCCC

    =

    ==

    Potencia total de entrada (potencia del transformador):

    ][02,18

    41)49,8(

    4

    22

    mWP

    kmRIP

    ac

    Lmac

    =

    ==

    Factor de ripple:

    21,1.. =RF

    Voltaje inverso de cresta:

    ][49,8 vPIV =

    b) Rectificador de onda completa

    ][0 vV

    ][ mst

    ][49,8semiciclo 2 )100sin(49,8 )sin(49,8

    semiciclo. 1 )100sin(498 )sin(49,8

    y :Si

    do00

    er00

    21

    vVtVtVt,VtV

    RrRr

    m

    LfLf

    =

    +=+=

    ==

  • 23 Corriente y tensin DC:

    ][44,3

    )1000()41,5(22

    ][41,5

    )49,8(22 2

    mAI

    RVmI

    VV

    VmV

    CC

    LCC

    CC

    CC

    =

    ==

    =

    ==

    pp

    pp

    Potencia entregada a RL :

    ][2,29

    )1000()49,8(44

    2

    22

    mWP

    RVP

    CC

    L

    mCC

    =

    ==pp

    Potencia total entregada al circuito:

    ][04,36

    )1000(22)49,8(

    22

    22

    mWP

    RVRIP

    ac

    L

    mL

    mac

    =

    ===

    Rendimiento:

    %2,81

    %10004,362,29%100

    =

    ==

    h

    hmm

    PP

    ac

    CC

    Factor de rizado:

    48,0.. =RF

    Tensin inversa de pco:

    ][98,16

    )49,8(22

    vPIV

    VPIV m

    =

    ==

  • 24 c) Rectificador tipo puente

    ][0 vV

    ][ mst

    )100sin(49,8

    )(sin

    0

    0

    tV

    tVV m

    p=

    =

    Corriente y tensin D.C.

    ][4,5

    )1()49,8(22

    ][4,5

    )49,8(22

    mAI

    kRVI

    vV

    VV

    CC

    L

    mCC

    CC

    mCC

    =

    ==

    =

    ==

    pp

    pp

    Potencia entregada a RL :

    ][16,29

    4,54,5

    mWP

    mIVP

    CC

    CCCCCC

    =

    ==

    lesdespreciab ,,, :Si][1][20

    10050 :frecuencia La

    ][49,8

    ][6

    4321

  • 25 Potencia total entregada al circuito:

    ][04,36

    249,8

    22

    222

    mWP

    kRVRIP

    ac

    L

    mLmac

    =

    ===

    Rendimiento:

    %91,80

    %10004,3616,29%100

    =

    ==

    h

    hac

    CC

    PP

    Factor de ripple:

    48,0.. =RF

    Tensin inversa de pico:

    ][49,8 vPIV

    VPIV m

    =

    =

  • 26 5. Hojas tcnicas

    Transistores BJT

    Valores nominales mximos:

    Transistor \ Carct. VCEO VCBO VEBO IC TA=25(PD)

    2N4400 40 VDC 60 VDC 6 VDC 600 mA 310 W

    2N4123 30 V 40 V 5 V 200 mA 310 mW

    2N4402 40 V 40 V 5 V 600 mA 310 mW

    2N3906 40 V 40 V 5 V 200 mA 310 mW

    2N3055 60 V 100 V 7 V 15 A 115 W

    2N51163 40 V 60 V 4 V 5 A 50 W

    BC548 30 V 30 V 6 V 100 mA 625 mW

    Caractersticas elctricas en estado OFF:

    Transistor \ Carct. V(BR)CEO V(BR)CBO V(BR)EBO IBL ICEX

    2N4400 40 Vmin 60 VDCmin 6 Vmin 0,1 m ADC 6,1 m Amax

    2N4123 30 Vmin 40 Vmin 5 V 50 nA -

    2N4402 40 Vmin 40 Vmin 5 V 0,1 m A 0,1 m A

    2N3906 40 Vmin 40 Vmin 5 V 50 mA 50 nA

    2N3055 70 Vmin - - 5 mA 5 mAmax

    2N51163 40 Vmin - 4 Vmin 0,1 mA -

    BC548 30 Vmin 30 Vmin 6 Vmin - 40 m Amax

  • 27 Caractersticas elctricas en estado ON:

    Transistor \ Carct. hfe VCE(SAT) VBE(SAT) Q(VCEO,IC)

    2N4400 50 a 150 0,75 VDC 0,75 a 0,95 VDC 1V, 150 mA

    2N4123 50 a 150 0,3 V 0,95 V 1V, 2mA

    2N4402 50 a 150 0,4 V 0,65 a 0,95 V 5V, 150 mA

    2N3906 100 a 300 0,25 V 0,65 a 0,85 V 1V, 10 mA

    2N3055 20 a 70 8 Vmax 1,8 Vmax -

    2N51163 10 min - - -

    BC548 110 0,09 VTYP 0,7 VTYP 5V, 2mA

    Caractersticas de seal pequea:

    Caract. \ Transistor fT Cobo Cibo hie hre hfe hoe

    2N4400 200 MHz 6,5 pf 30 pf 0,5 a 0,65 k W 8x10-4 20 a 250 1 a 30 mv

    2N4123 250 MHz 4 pf 8 pf - - 50 a 200 -

    2N4402 150 MHz 0,5 pf 30 pf 750 a 7,5 k W

    0,1 a 8x10-4 30 a 250 1 a 100 m v

    2N3906 250 MHz 4,5 pf 10 pf 2 a 12 k W 1 a 10x10-4 100 a 400 3 a 60 m v

    2N3055 - - - - - - -

    2N51163 500 MHz 45 a 60 pf - - - - -

    BC548 300 MHz 1,7 pf 10 pf - - - -

  • 28 Transistores JFET e IGFET

    Valores nominales mximos:

    Transistor / Carcter. VDS VDG VGS ID PD a 25C Canal

    2N4223 (FET) 30 VDC 30 VDC 30 VDC 20 mADC 300 mW N

    2N5460 (IFET) 40 VDC 40 VDC 40 VDC 10 mADC 310 mW P

    2N4351 (MOSFET) 25 V 30 V + 30 V 20 mA 300 mW N

    2N3797 (MOSFET) 20 V - + 30 V 20 mA 300 mW N

    Caractersticas elctricas en estado OFF:

    Transistor / Carcter. V(BR)GSS VGS(off) IGSS

    2N4223 (FET) 30 Vmin 8 Vmax 0,25 nA

    2N5460 (IFET) 40 Vmin 0,75 a 6 V 5 nA

    2N4351 (MOSFET) - - 10 pA

    2N3797 (MOSFET) - - 200 pA

    Caractersticas elctricas en estado ON:

    Transistor 2N4223 (FET) 2N5460 (IFET) 2N4351 (MOSFET) 2N3797 (MOSFET)

    IDSS 3 a 18 mA 1 a 5 mA 10 mA 1,5 mATYP 3 mAmax

    Caractersticas de seal pequea:

    Transistor / Carcter. |Vfs| Re(Yfs) Re(Yos) Re(Yis) Ciss CTss

    2N4223 (FET) 3 a 7 mV 0,33 a 0,14 k W 200 mV 800 mV 6 pf 2 pf

    2N5460 (IFET) 1000 a 4000 m V Vfs-1 (75 m V)-1 - 5 a 7 pf 1pfTYP, 2pfmax

    2N4351 (MOSFET) 1000 m V (1000 V)-1 300 W - 5 pfmax 1,3 pfmax

    2N3797 (MOSFET) - - - - 5 a 7 pf 0,5 a 0,8 pf