1. El diodo en continua

1.1 Curva característica I-V del diodo

A) Represente la curva característica del diodo.

V(D4:1)- V(D4:2)

-0.40V 0V 0.40V 0.80V 1.20V 1.60V-0.79V 1.97VI(D4)

0A

12.5mA

25.0mA

37.5mA

B) Obtenga el valor de la tensión de codo del diodo y de la resistencia del diodo en directa (Rf).

V(D4:1)- V(D4:2)

-0.40V 0V 0.40V 0.80V 1.20V 1.60V-0.79V 1.97VI(D4)

0A

12.5mA

25.0mA

37.5mA

La tensión Vγ del diodo como se puede ver en el indicador del cursor es de 0.663717 voltios.

Para obtener la Rf lo que hacemos es el cociente entre la diferencia de tensión entre la diferencia de intensidad de dos puntos elegidos al azar de la recta de del diodo. Por lo tanto como con los cursores se puede obtener dicha diferencia entre dos puntos, marcamos el primero con el botón izquierdo para el primer punto al azar y el segundo lo hacemos con el botón derecho. La diferencia de tensión de entre dichos puntos queda reflejada en la cantidad de la izquierda del cuadro de valores de la gráfica que se puede ver en la captura de pantalla hecha. La diferencia de intensidad es la cantidad de la izquierda.

Rf =

C) Repita los apartados a) y b) para una temperatura de -30ºC.

Realizamos el cambio de temperatura en la parte de PspiceEdit simulationDC Sweep. Y dentro de esta parte, seleccionamos el apartado de Temperature(Sweep) indicándole que queremos que simule con una temperatura de -30º.

a) Represente la curva característica del diodo.

V(D4:1)- V(D4:2)

-10V -8V -6V -4V -2V 0V 2VI(D4)

0A

25mA

50mA

b) Obtenga el valor de la tensión de codo del diodo y de la resistencia del diodo en directa (Rf).

V(D4:1)- V(D4:2)

-0.800V -0.400V -0.000V 0.400V 0.800V 1.200V 1.600V 2.000V-1.154VI(D4)

0A

12.5mA

25.0mA

37.5mA

El valor de Vγ para esta temperatura, por lo que se puede ver del indicador del cursor es de 0.762853 voltios.

V(Va)- V(D4:2)

-0.100V 0V 0.100V 0.200V 0.300V 0.400V 0.500V 0.600V 0.700V 0.800V 0.900V 1.000VI(D4)

0A

10.0mA

20.0mA

30.0mA

40.0mA

47.4mA

Por otro lado el valor de Rf lo obtenemos como lo hemos realizado en el apartado anterior y sacamos un valor de 4.5390 Ω

D) Repita los apartados a) y b) para una temperatura de +90ºC

Como hemos hecho en el apartado anterior con el cambio de la temperatura, volvemos a cambiarla ahora para el valor de +90º siguiendo los mismos pasos anteriores.

a) Represente la curva característica del diodo.

V(D4:1)- V(D4:2)

-0.40V 0V 0.40V 0.80V 1.20V 1.60V-0.79VI(D4)

-25mA

0A

25mA

48mA

b) Obtenga el valor de la tensión de codo del diodo y de la resistencia del diodo en directa (Rf).

V(D4:1)- V(D4:2)

-0.40V 0V 0.40V 0.80V 1.20V 1.60V-0.79VI(D4)

-25mA

0A

25mA

48mA

El valor de Vγ para la nueva temperatura es de 0.579758 voltios.

V(Va)- V(D4:2)

-0.4V -0.2V 0V 0.2V 0.4V 0.6V 0.8V 1.0VI(D4)

0A

10.0mA

20.0mA

30.0mA

40.0mA

47.5mA

Sin variación se mantiene el valor de Rf que para esta temperatura conseguimos un dato de 4.01886 Ω

E)

Con cada uno de los ejemplos de temperaturas que le hemos ido dando podemos sacar como conclusión que la tensión umbral del diodo disminuye a medida que la temperatura aumenta. En el primer caso, la temperatura que le hemos dado era de -30º y hemos obtenido una tensión umbral de 0.762853 voltios. Por otro lado, para el segundo caso vemos que la temperatura había aumentado hasta el valor de 90º obteniendo ahora un valor de tensión umbral de 0.579758 voltios. Por lo tanto lo esa disminución debida al aumento de la temperatura certifica la regla mencionada al principio.

1.2 Curva característica I-V del diodo zener

A) Represente la curva característica I-V del diodo zener.

V(D1:1)- V(D1:2)

-5.0V -4.5V -4.0V -3.5V -3.0V -2.5V -2.0V -1.5V -1.0V -0.5V 0.0V 0.5V 1.0VI(D1)

-60mA

-40mA

-20mA

-0mA

20mA

40mA

60mA

CONDICIONES DIODO EN DIRECTA

Tensión de codo Vγ

V(D1:1)- V(D1:2)

-5.0V -4.5V -4.0V -3.5V -3.0V -2.5V -2.0V -1.5V -1.0V -0.5V 0.0V 0.5V 1.0VI(D1)

-60mA

-40mA

-20mA

-0mA

20mA

40mA

60mA

La tensión de la curva del diodo zener en directa que se puede apreciar en el recuadro de valores de cursores es de 0.715790 voltios.

Resistencia del diodo en directa (Rf):

V(D1:1)- V(D1:2)

-5.0V -4.5V -4.0V -3.5V -3.0V -2.5V -2.0V -1.5V -1.0V -0.5V 0.0V 0.5V 1.0VI(D1)

-60mA

-40mA

-20mA

-0mA

20mA

40mA

60mA

El valor de la Rf en directa según los valores obtenidos por los cursores son:

Rf =

CONDICIONES DIODO EN ZENER

Tensión de zener (Vz)

V(D1:1)- V(D1:2)

-5.0V -4.5V -4.0V -3.5V -3.0V -2.5V -2.0V -1.5V -1.0V -0.5V 0.0V 0.5V 1.0VI(D1)

-60mA

-40mA

-20mA

-0mA

20mA

40mA

60mA

La tensión de la curva del diodo zener en zona zener es de -4.6474 voltios.

Resistencia equivalente del diodo en la zona zener (Rz)

V(D1:1)- V(D1:2)

-5.0V -4.5V -4.0V -3.5V -3.0V -2.5V -2.0V -1.5V -1.0V -0.5V 0.0V 0.5V 1.0VI(D1)

-60mA

-40mA

-20mA

-0mA

20mA

40mA

60mA

El valor de la Rz en su zona zener según los valores obtenidos por los cursores son:

Rz =

B) Repita el apartado anterior para una temperatura de simulación de 90ºC.Comente las posibles diferencias de los resultados.

Cambiamos la temperatura como hemos hecho en los apartados anteriores.

La curva característica del diodo zener para esta nueva temperatura queda aquí representada gráficamente:

V(D1:1)- V(D1:2)

-5.0V -4.5V -4.0V -3.5V -3.0V -2.5V -2.0V -1.5V -1.0V -0.5V 0.0V 0.5V 1.0VI(D1)

-60mA

-40mA

-20mA

-0mA

20mA

40mA

60mA

CONDICIONES DIODO EN DIRECTA

Tensión de codo Vγ para una temperatura de 90º

V(D1:1)- V(D1:2)

-5.0V -4.5V -4.0V -3.5V -3.0V -2.5V -2.0V -1.5V -1.0V -0.5V 0.0V 0.5V 1.0VI(D1)

-60mA

-40mA

-20mA

-0mA

20mA

40mA

60mA

La tensión de la curva del diodo zener en directa para una temperatura de 90º es de 0.610526 voltios.

Resistencia equivalente del diodo en directa para una temperatura de 90º (Rf)

V(D1:1)- V(D1:2)

-5.0V -4.5V -4.0V -3.5V -3.0V -2.5V -2.0V -1.5V -1.0V -0.5V 0.0V 0.5V 1.0VI(D1)

-60mA

-40mA

-20mA

-0mA

20mA

40mA

60mA

El valor de la Rf en directa para una temperatura de 90º es de:

Rf =

CONDICIONES DIODO EN ZENER

Tensión de zener (Vz)

V(D1:1)- V(D1:2)

-5.0V -4.5V -4.0V -3.5V -3.0V -2.5V -2.0V -1.5V -1.0V -0.5V 0.0V 0.5V 1.0VI(D1)

-60mA

-40mA

-20mA

-0mA

20mA

40mA

60mA

La tensión de la curva del diodo zener en zona zener para una temperatura de 90º es de -4.5790 voltios.

Resistencia equivalente del diodo en la zona zener (Rz)

V(D1:1)- V(D1:2)

-5.0V -4.5V -4.0V -3.5V -3.0V -2.5V -2.0V -1.5V -1.0V -0.5V 0.0V 0.5V 1.0VI(D1)

-60mA

-40mA

-20mA

-0mA

20mA

40mA

60mA

El valor de la Rz en su zona zener según los valores obtenidos por los cursores son:

Rz =

OBSERVACIONES:

Vemos como la temperatura afecta al diodo zener de la misma forma que afectaba al diodo por separado como hemos comprobado en el punto anterior. La tensión de codo para la temperatura que da pspice para simular (27º) con la que se ha hecho la primera comprobación ha dado un valor de 0.00715790 voltios. Cuando hemos aumentado a 90º vemos que ha disminuido a 0.610526 voltios. Por lo tanto, referente a la tensión de codo para una y otra temperatura podemos decir que se cumple la misma regla del apartado anterior, es decir, al aumentar la temperatura, disminuye la tensión umbral del diodo zener. El caso en la tensión zener es menos evidente pero también se puede apreciar como hay una disminución de tensión de la primera muestra realizada a 27º que ha sido de -4.6474 voltios a -4.5790 voltios obtenidos cuando hemos subido la temperatura a 90º para estos valores de la tensión en la zona zener.

1.3 Análisis de circuitos con diodos

EJERCICIO 1:

A) Los tramos en los que se puede dividir la función de transferencia

V1(V1)

-30V -25V -20V -15V -10V -5V 0V 5V 10V 15V 20V 25V 30VV(R3:2)- V(V3:+)

-20V

-10V

0V

10V

20V

Claramente se pueden ver tres partes en las que se divide la función de transferencia. La primera que transcurre desde menos de los -10 voltios de entrada. Una vez que supera este valor, comienza el otro tramo que transcurre hasta el valor de 13 voltios y a partir de este en adelanta comienza el último tramo de la función de transferencia del circuito.

B) El estado de cada uno de los diodos (ON/OFF) en cada uno de los tramos delapartado anterior.

V1(V1)

-30V -25V -20V -15V -10V -5V 0V 5V 10V 15V 20V 25V 30VI(D2)

-1.0mA

0A

1.0mAI(D1)

-1.0mA

0A

1.0mAV(R3:2)- V(V3:+)

-20V

0V

20V

SEL>>

Para este apartado, en la gráfica he representado en la parte superior, la tensión que obtenemos a la salida. En las siguientes dos gráficas de la parte inferior a la primera, he representado la intensidad de cada uno de los diodos para saber a partir de que tensión de entrada conduce uno u otro con saber si por él, pasa corriente o no. Por lo

tanto, se puede observar como el D1 se encuentra en ON entre los valores de tensión de entrada menores de -10 voltios. A partir de ahí, para cualquier otro valor de tensión se encontrará OFF. Por otro lado, el diodo D2 se encuentra ON a partir de valores de entrada superiores a 13 voltios y menores a este valor se encontrará OFF. Por lo tanto vemos que los dos se encontraran en OFF entre los valores de entrada de -10 y 13 voltios.

C) Suponga que la tensión de la fuente de entrada es de 25V. Obtenga los valores de la tensión y de la intensidad en cada uno de los diodos.

D1:

V1(V1)

-30V -25V -20V -15V -10V -5V 0V 5V 10V 15V 20V 25V 30VI(D1)

-1.0mA

0A

1.0mAV(D1:1)- V(D1:2)

-40V

0V

40VV(R3:2)- V(V3:+)

-20V

0V

20V

SEL>>

Como en la gráfica anterior, en la parte de arriba queda representada la tensión de salida del circuito entero y en las dos posteriores queda reflejada la tensión del diodo D1 en donde mediante los cursores de las gráficas he obtenido para el valor de entrada -11 voltios el diodo pasa de ON a OFF. Es decir, para tensiones menores a -10 voltios el diodo conduce y ofrece valores de intensidad que van siendo próximos a medida que se va acercando la tensión de entrada a los -10 voltios y mientras se comporta el D1 como un cortocircuito y por ello su tensión es 0. Y para tensiones mayores, se comporta como un abierto y no conduce corriente siendo esta 0 amperios.

D2:

V1(V1)

-30V -25V -20V -15V -10V -5V 0V 5V 10V 15V 20V 25V 30VV(D2:1)- V(D2:2)

-40V

0V

40VI(D2)

-1.0mA

0A

1.0mA

SEL>>

V(R3:2)- V(V3:+)-20V

0V

20V

En este caso, el D2 se comporta como un abierto para todos los valores de tensión de entrada menores de 12.37 voltios. Mientras está en OFF su valor de intensidad que circula por el mismo es 0 amperior. Cuando llega al valor de 12.37 voltios, el diodo D2 conmuta de OFF a ON y comienza a conducir corriente a través de él y su valor de tensión es de 0 voltios debido a que su comportamiento es el de un cortocircuito.

D) Sustituya la fuente de continua de entrada, V1, por una fuente senoidal de 25V deamplitud y frecuencia 50Hz.

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msI(D2)

-500uA

0A

500uAI(D1)

-1.0mA

0A

1.0mAV(R3:2)- V(V3:+)

-20V

0V

20V

SEL>>

V1(V1)-40V

0V

40V

Ejercicio 2:

a)

V1(V1)

-30V -25V -20V -15V -10V -5V 0V 5V 10V 15V 20V 25V 30VV(R3:1)- V(R3:2)

-6.0V

-4.0V

-2.0V

0V

2.0V

4.0V

6.0V

b)

2.1)

2.11:

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msV(R1:2)- V(R1:1)

0V

10V

20V

SEL>>

V(V1:+)- V(V1:-)-20V

0V

20V

2.1.2)

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msV(R1:2)- V(R1:1)

0V

5V

10V

15V

SEL>>

V(V1:+)- V(V1:-)-20V

0V

20V

2.1.3)

a)

Rizado de la Vo

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100ms(V(R1:2)- V(R1:1))/2

0V

5V

10V

SEL>>

V(R1:2)- V(R1:1)0V

10V

20VV(V1:+)- V(V1:-)

-20V

0V

20V

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100ms(V(R1:2)- V(R1:1))/2

0V

5V

10V

SEL>>

V(R1:2)- V(R1:1)0V

10V

20VV(V1:+)- V(V1:-)

-20V

0V

20V

b)

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100ms(V(D1:1)- V(D1:2))* I(D1)

0W

2.5W

5.0W

SEL>>

I(D1)0A

1.0A

2.0A

3.0A

c)

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msI(D1)

0A

1.0A

2.0A

3.0AV(V1:+)- V(V1:-) V(R1:2)- V(R1:1)

-20V

0V

20V

SEL>>

2.1.4)

a)

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msV(V3:+)- V(V3:-) V(RL:2)- V(RL:1)

-10V

-5V

0V

5V

10V

b)

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msV(V3:+)- V(V3:-) V(RL:2)- V(RL:1)

-10V

-5V

0V

5V

10V

c)

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msV(V3:+)- V(V3:-) V(RL:2)- V(RL:1)

-10V

-5V

0V

5V

10V

2.2)

a)

b)

c)

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msV(D2:2)- V(V3:-)

2.0V

4.0V

6.0VI(D1) I(D2)

-10mA

0A

10mA

20mA

SEL>>

I(D1)

d)