Laboratorio de Electronica Diodos Rectificadores

Electrónica I - Laboratorio

Index Terms— Palabras Claves. Diodo, Corriente Directa, Corriente alterna, DIP switch.

I. PREGUNTAS INICIALES.

1. Describa el comportamiento de un diodo en polarización directa e inversa teniendo en cuenta los flujos de corriente y su resistencia equivalente en cada caso.

- Cuando el diodo se encuentra en polarización directa, el voltaje del ánodo es mayor que el del cátodo, provocando un incremento de la corriente de difusión y finalmente ocasionando que el diodo se comporte como un corto circuito, en el cual la diferencia de potencial es cero y se permite el paso de la corriente.

- Cuando el diodo se encuentra en polarización inversa, el voltaje del ánodo es menor que el del cátodo, y se disminuye considerablemente la corriente de difusión. Como consecuencia, el diodo se comporta como circuito abierto, con una diferencia de potencial negativa e impidiendo el paso de la corriente.

2. ¿Qué parámetros determinan la resistencia limitadora que se conecta en serie con la fuente de alimentación para circuitos con diodos? ¿Siempre es necesario colocarla? Justifique su respuesta.

- Al trabajar con circuitos con diodos, se hace necesario el uso de una resistencia limitadora, pues como su nombre lo indica, esta limita la corriente que atravesará el diodo para evitar daños en el mismo. El valor de esta resistencia estará determinado en especial por la corriente que deseamos en

el diodo y el voltaje mínimo para que este funcione según las especificaciones necesitadas.

3. ¿Qué se entiende por tiempo de recuperación inversa en los diodos? ¿En qué puede afectar el comportamiento de un circuito con diodos dicho tiempo?

- El tiempo de recuperación inversa hace referencia al periodo necesario para que un diodo que se encuentra en polarización directa pase a un estado de inversa, es decir cuando empieza a bloquear el paso de corriente. Es importante el conocimiento de este tiempo al trabajar con diodos en un circuito pues el circuito no empezará a funcionar como deseamos hasta que dicho tiempo no haya transcurrido.

4. Investigue el funcionamiento de un DIP switch y diga que ventajas ofrece en la implementación de un circuito.

- Un DIP switch es un dispositivo electrónico ensamblado de la forma DIP (Dual In-Line Package), en un bloque con pines paralelos a lado y lado. Este switch sirve para manejar el comportamiento de otros dispositivos o para guardar combinaciones de números; ha sido usado en computadores, videojuegos y en el campo de la seguridad. Aunque actualmente ha sido desplazado por dispositivos más pequeños y de mayor facilidad de configuración, el DIP switch aún es utilizado por los fabricantes debido a su bajo costo y su fácil incorporación en los circuitos.

II. PROCEDIMIENTO, DATOS y ANÁLISIS.

Práctica 1 - Estudio de las características del Diodo de unión PN

Daniel Jiménez (Cód. 200024045, [email protected]) – Diana Pombo (Cód. 200022988, [email protected]), Iván Yaber (Cód. 200023903, [email protected])

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Parte A.

- Procedimiento: Para el reconocimiento del diodo analizamos dicho componente electrónico visualmente, identificando el ánodo y el cátodo y su funcionamiento. Para esto nos ayudamos de la hoja del fabricante, de la guía de laboratorio y del multímetro.

- Análisis: Para identificar físicamente el cátodo, vemos en el diodo una banda de color negro. Y para identificarlo en los esquemas se hace como se ilustra,

Parte B.

- Procedimiento: Se consultó la corriente máxima que soporta el diodo en polarización directa en la hoja del fabricante,

Imax(1N4148) = 200mAImax(1N4007) = 1A

Y se procedió a realizar el montaje indicado en la figura 1 (la foto que se muestra, corresponde a este montaje. Para las secciones C y D, este montaje es muy parecido, cambiando solamente el sentido del diodo o la fuente utilizada).

Imagen 1. Montaje General. Foto: Daniel Jiménez

Comenzando con una tensión de 0.5 v en la fuente e incrementándola gradualmente en 0.5 v hasta llegar a 8 v se tomaron los datos para el diodo 1N4148 y 1N4007, que se muestran en las tablas a continuación,

V. Diodo(V)

V. Fuente(V)

V. Resistencia(V)

I. Diodo(A)

0 0 0 00,51 0,5 0,035 0,000130,61 1 0,385 0,0014260,668 1,5 0,833 0,0030850,68 2 1,33 0,0049260,7 2,5 1,78 0,006593

0,722 3 2,02 0,0074810,734 3,5 2,805 0,0103890,742 4 3,245 0,0120190,751 4,5 3,755 0,0139070,758 5 4,251 0,0157440,765 5,5 4,716 0,0174670,771 6 5,248 0,0194370,776 6,5 5,676 0,0210220,782 7 6,215 0,0230190,786 7,5 6,65 0,024630,792 8 7,18 0,026593

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Tabla 1. Polarización Directa. Diodo 1N4148

V. Diodo(V)

V. Fuente(V)

V. Resistencia(V

) I. Diodo(A)

0 0 0 0

0,461 0,5 0,035 0,000078

0,598 1 0,385 0,001481

0,634 1,5 0,833 0,003081

0,65 2 1,33 0,003852

0,672 2,5 1,78 0,006741

0,684 3 2,02 0,008519

0,693 3,5 2,805 0,010533

0,7 4 3,245 0,0124

0,706 4,5 3,755 0,014026

0,711 5 4,251 0,015837

0,715 5,5 4,716 0,01957

0,72 6 5,248 0,021289

0,724 6,5 5,676 0,023096

0,727 7 6,215 0,025Tabla 3. Polarización Directa. Diodo 1N4007

Luego se realizó una gráfica de Voltaje vs Corriente en el diodo para ambos dispositivos, obteniendo lo siguiente,

Montaje

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.90

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

V vs I

Gráfica 1. P Directa. V vs I. Diodo 1N4148

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

V vs I


Mediante el software de simulación PSpice, se obtuvieron también gráficas de la Voltaje en la fuente vs la corriente en el diodo, para ambos dispositivos,

PSpice

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- Análisis: Se observa que para ambos diodos, el comportamiento es bastante similar. Hasta cierto valor de tensión, la corriente que pasa por el diodo tiende a ser cero, o muy baja, y solo a partir de dicho valor la magnitud de la corriente es significativa. Llevando estas observaciones a lo aprendido en clase, podríamos decir que este es el conocido voltaje de arranque, a partir del cual el diodo empieza a conducir. En las gráficas, tanto las realizadas a partir de las tablas como las obtenidas en PSpice puede observarse este voltaje de conducción. Además vemos, a partir de las gráficas en Excel, que el comportamiento de la tensión vs corriente en el diodo es exponencial.

Parte C.

- Procedimiento: Inicialmente se consultó en la hoja de datos del fabricante el voltaje de ruptura y la potencia máxima disipada por cada uno de los diodos,

VR (1N4148) = 100 vVR (1N4007) = 1 kvPmax (1N4148) = 500 mWPmax (1N4007) = 3 W

Luego se realizó el montaje del circuito indicado en la figura 2, el cual corresponde a polarización inversa para ambos diodos, tomando los datos que se presentan en las tablas para una tensión inicial de 0 v hasta llegar a 60 v con incrementos de 5 v para cada muestreo,

Tabla 2. Polarización Inversa. D1N4148

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V. Fuente(V)

V. Diodo(V)

I. Diodo(A)

0 0 05,046 -5,046 09,98 -9,98 014,98 -15,08 -0,00018520,03 -20.13 -0,00014824,88 -24,89 -0,00029629,99 -30,09 -0,00029635,05 -35,15 -0,00029740,01 -40,12 -0,00030744,78 -44,86 -0,00014850,13 -50,23 -0,00018554,78 -54,87 -0,00018560,03 -60.14 -0,000148


Tabla 4. Polarización Inversa. Diodo 1N4007

Finalmente se graficó Voltaje vs Corriente en el diodo para cada caso, obteniendo lo siguiente,

-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0

-0.0004-0.00035-0.0003

-0.00025-0.0002

-0.00015-0.0001

-0.000050

V vs I

Gráfica 5. P Inversa. V vs I. Diodo 1N4148

-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0

-0.00004-0.000035-0.00003

-0.000025-0.00002

-0.000015-0.00001

-0.0000050

V vs I


Mediante el software de simulación PSpice, se obtuvieron también gráficas de la Voltaje en la fuente vs la corriente en el diodo, para ambos dispositivos,


5

V. Fuente(V)

V. Diodo(V)

I. Diodo(A)

0 0 05,02 -5,01 010,1 -9,99 015 -14,99 -0,000185

20,12 -20,11 -0,00025924,95 -24,94 -0,00029630,01 -30 -0,00014835,02 -35,01 -0,00029639,95 -39,84 -0,0003744,95 -44,94 -0,00014849,98 -49,97 -0,00018554,98 -54,97 -0,00014860 -59,99 -0,000148



- Análisis: Podemos darnos cuenta fácilmente que ambos diodos se comportan de forma muy parecida, ya que en ambos, como podemos ver en las tablas 2 y 4 (respectivamente) las corrientes son despreciables, es decir casi nulas. Por otro lado, se evidencia que las graficas se encuentran en el tercer cuadrante del plano cartesiano, confirmando que el diodo esta en polarización inversa; coincidiendo esto con las bases teóricas previamente estudiadas, es necesario aclarar que la “llanura” de la graficas está un poco separada del eje x debido a la escala pequeña que se tomo para realizar dichas graficas. En las gráficas de PSpice se confirman los bajos valores de corriente que pasan por el diodo en inversa.

Parte D.

- Procedimiento: En esta sección se analizó el comportamiento del diodo en Corriente Alterna. Para esto se realizó el montaje indicado en la figura 3 y con ayuda del generador de funciones se creó una señal sinusoidal, que pudimos visualizar en el osciloscopio. Se inició con una frecuencia de 500 Hz y luego el mismo experimento se llevó a cabo con 2kHz. Este procedimiento se realizó con ambos diodos de forma física y mediante una simulación en el software

PSpice, las gráficas obtenidas en los dos procesos fueron las siguientes,

Montaje

Gráfica 9. CA. Diodo 1N4148. 500Hz

Gráfica 10. CA. Diodo 1N4148. 20kHz.

Gráfica 11. CA. Diodo N14007. 500Hz

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Gráfica 12. CA. Diodo N14007. 20kHz

PSpice





- Análisis: Del anterior grupo de graficas podemos inferir que ambos diodos rectifican la dirección de la corriente en el circuito, el diodo de señal (1N4148) lo hace de manera mas eficiente que el rectificador (1N4007) cuando se trabaja con frecuencias altas, esto lo podemos corroborar observando las gráficas 14 y 16 donde se simula el comportamiento del circuito usando la herramienta PSPICE, en las cuales se trabaja con una frecuencia de 20 kHz, por otro lado, es importante mencionar que el diodo rectificador tiene un voltaje de ruptura mayor que el voltaje de ruptura del diodo de señal, valores del orden de 1000V y 100V respectivamente. Finalmente, pero no menos importante se debe hacer hincapié en que el diodo cuando el voltaje se encuentra en los ciclos negativos, se coloca en polarización inversa, por lo cual impide el paso de

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corriente por lo que las graficas de voltaje a través de la resistencia tienen la forma de un seno rectificado.

Parte E.

- Procedimiento: En esta parte del laboratorio, se analizó el funcionamiento de un DIP switch y como este puede afectar los parámetros de un circuito. Para dicho fin, se realizó el montaje indicado en la figura 4 (abajo puede verse el montaje físico), verificando previamente el voltaje de encendido del LED en la hoja de datos del fabricante,

Ve = 1.7 v

Imagen 2. Montaje DIP switch.

A continuación se tomaron todos los valores de voltaje y corriente en los diodos y en el LED, según las combinaciones que se muestran en la tabla,

Pos. V D1(V)

V D2 (V)

V. LED (V)

I Salida

(A)V1 V2

ON ON 0,64630,6463

0,660 0.0012

ON OFF 0,64220,6441

0,657

0.0015

OFF ON 0,64430,6428

0,645

0.0019

OFF OFF 3,38 3,42 1,89 0.005

8 3 Tabla 5

- Análisis: A partir de la anterior tabla podemos deducir que el diodo solo empieza a conducir cuando ambos interruptores están en “OFF” es decir apagados, la razón principal de esto es que el diodo ha pasado el voltaje minimo para empezar a conducir corriente, conocido como voltaje de encendido, valor especificado en la hoja de datos del fabricante el cual es aproximadamente 1,7 V, cifra que coincide con nuestros cálculos experimentales, ya que nuestro diodo LED presenta una diferencia de potencial de 1,898 V.

III. PREGUNTAS FINALES.

1. ¿Puede usted determinar a partir de los datos registrados en la Tabla 1 el voltaje de encendido del diodo?

- Si, puesto que según los datos de corriente obtenidos en la experiencia se puede establecer un valor aproximado en el cual el Diodo comienza a conducir mucha mas corriente.

2. ¿Qué diferencias encuentra entre los valores de las Tablas 1 y 3 de la sección Resumen de Resultados? Explique por qué ocurren.

- Una diferencia es que el voltaje en el Diodo 1N4148 es mayor que el del 1N4007, tomando en cuenta que sea el mismo valor de voltaje en la fuente. Otra seria la diferencia de corrientes gracias a la diferencia de voltaje.

3. ¿Es posible observar cuál es el voltaje de ruptura de los diodos 1N4148 y 1N4007 a partir de los datos registrados en las Tablas 2 y 4? Justifique su respuesta.

- No es posible, ya que observamos que los valores de corriente obtenidos para

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cualquiera de los dos Diodos en las tablas, son casi constante con relación a la variación del voltaje de la fuente, el cual cambia a gran escala.

4. ¿Qué diferencias observó entre el diodo de Señal y el diodo de Rectificación?

- La diferencia entre estos dos diodos es que al someter el diodo rectificador a grandes frecuencias, podemos observar según la grafica que este presente un distorsión en la forma de la señal, mientras que en el diodo de señal no sucede; esto se debe a que el tiempo de recuperación inversa en el diodo rectificador es mayor que en el diodo de señal.

5. En la figura 1 se muestra el diagrama esquemático del circuito que debe ser montado para el análisis DC en polarización directa, según la teoría desarrollada en clases. Dicho esquema cuenta con una resistencia limitadora cuya función ya debe conocerse. El valor que se recomienda usar es una resistencia de 270Ω con una disipación de potencia de 1W. Explique cuantitativa y cualitativamente los motivos por los cuales fue seleccionado dicho valor, basado en los valores comerciales de las resistencias, y los resultados obtenidos para ese análisis, teniendo en cuenta que se fijó una corriente máxima de 35mA para un voltaje de entrada máximo de 10v.

- Esta resistencia se elige según un análisis cualitativo, porque como dicho elemento al resiste 1W de potencia, el circuito trabajara eficazmente y tendera a ser mucho más seguro en caso de cualquier elevación con respecto al valor del voltaje y la corriente que pasa por este, puesto que correría el riesgo de dañarse el funcionamiento del circuito. Ahora bien, para hallar el valor de la resistencia R que se debe utilizar para el buen funcionamiento del diodo se utiliza la siguiente formula:

R=(V f −V d)

I f

Siendo V f el voltaje de la fuente, V d el voltaje de arranque del diodo, según los datos obtenidos en la práctica, y I f la corriente de la fuente. Si hacemos los cálculos respectivos:

R=(10 V−0,7 V )

35 ×10−3 A=265,71Ω

Por esto se utiliza la resistencia de 270Ω, para efectos de eficiencia en el circuito.

IV. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

Podemos concluir que realizar la práctica nos aclara mucho las dudas que tenemos al ver la teoría, y nos ayuda comprobar todo lo que aprendemos.

V. REFERENCIAS

http://www.datasheetcatalog.org/ SEDRA, Adel; SMITH, Kenneth.

Circuitos Microelectrónicos. 5ª Ed. McGraw HIll. Mexico 2006.

Manual de guías de Laboratorio. Electrónica I. Julio A. Maldonado, Nadime I. Rodríguez. Colaboración de Ing. Mauricio Pardo. Universidad del Norte.

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http://www.datasheetcatalog.org/

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