Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión

PRÁCTICA DE LABORATORIO

I. TÍTULO: CIRCUITO RECTIFICADOR DE MEDIA Y ONDA COMPLETA

1. Construir el circuito de la figura 1. Generar una señal sinusoidal de 1KHz – 10VP-P

2. Diseñar y realizar la Simulación de un circuito rectificador de media onda

Ingeniería Electrónica VI- Ciclo Circuitos Electrónicos I

XSC1

Tektronix

1 2 3 4 T

G

P

R11.00kΩ

XFG1

D1

1N4004

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Medir :

V p-p= (Osciloscopio)= 10.2 v

V rms= (Multímetro VAC )= 2.8 v

V DC= (Multímetro V DC )=1.3v

1. Realizar la simulación del Circuito Experimental.

XSC1

Tektronix

1 2 3 4 T

G

P

R11.00kΩ

V1

220 Vrms 60 Hz 0°

T2

TEMPLATE_1P2S_NON_LINEAR

D11N4004

D41N4004

D31N4004

D21N4004

2. Diseñar y realizar la Simulación de un circuito rectificador de Onda completa.

Medir :

V p-p= (Osciloscopio)= 8.32v

V rms= (Multímetro V AC)= 10.5 v

V DC= (Multímetro V DC)= 5v

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3.

Indicar los tipos de Diodos semiconductores que hay en el mercado. Indicar usos, características y limitaciones de cada uno de ellos.

Diodo zener

Características del diodo Zener

El diodo zener es un tipo especial de diodo, que siempre se utiliza polarizado inversamente. Recordar que los diodos comunes, como el diodo rectificador (en donde se aprovechan sus características de polarización directa y polarización inversa), conducen siempre en el sentido de la flecha.

En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el diodo. Si el diodo zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador común. Cuando el diodo

zener funciona polarizado inversamente mantiene entre sus terminales un voltaje constante.

En el gráfico se ve el símbolo de diodo zener (A - ánodo, K - cátodo) y el sentido de la corriente para que funcione en la zona operativa

Se analizará el diodo Zener, no como un elemento ideal, si no como un elemento real y se debe tomar en cuenta que cuando éste se polariza en modo inverso si existe una corriente que circula en sentido contrario a la flecha del diodo, pero de muy poco valor.

Curva característica del diodo Zener

Analizando la curva del diodo zener se ve que conforme se va aumentando negativamente el voltaje aplicado al diodo, la corriente que pasa por el aumenta muy poco.

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Pero una vez que se llega a un determinado voltaje, llamada voltaje o tensión de Zener (Vz), el aumento del voltaje (siempre negativamente) es muy pequeño, pudiendo considerarse constante.

Para este voltaje, la corriente que atraviesa el diodo zener, puede variar en un gran rango de valores. A esta región se le llama la zona operativa. Esta es la característica del diodo zener que se aprovecha para que funcione como regulador de voltaje, pues el voltaje se mantiene practicamente constante para una gran variación de corriente. Ver el gráfico.

Fotodiodo. Diodo detector de luz

El fotodiodo se parece mucho a un diodo semiconductor común, pero tiene una característica que lo hace muy especial: es undispositivo que conduce una cantidad de corriente eléctrica proporcional a la cantidad de luz que lo incide (lo ilumina).

Luz incidente

Sentido de la corriente generada

Esta corriente eléctrica fluye en sentido opuesto a la flecha del diodo y se llama corriente de fuga.

El fotodiodo se puede utilizar como dispositivo detector de luz, pues convierte la luz en electricidad y esta variación de electricidad es la que se utiliza para informar que hubo un cambio en el nivel de iluminación sobre el fotodiodo.

Si el fotodiodo quedara conectado, de manera que por él circule la corriente en el sentido de la flecha (polarizado en sentido directo), la luz que lo incide no tendría efecto sobre él y se comportaría como un diodo semiconductor normal.

La mayoría de los fotodiodos vienen equipados con un lente que concentra la cantidad de luz que lo incide, de manera que su reacción a la luz sea más evidente.

A diferencia del LDR o fotorresistencia, el fotodiodo responde a los cambios de oscuridad a iluminación y viceversa con mucha más velocidad, y puede utilizarse en circuitos con tiempo de respuesta más pequeño.

Si se combina un fotodiodo con una transistor bipolar, colocando el fotodiodo entre el colector y la base del transistor (con el cátodo del diodo apuntado al colector del transistor), se obtiene el circuito equivalente de un fototransistor.

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Eléctricamente el  diodo LED se comporta igual que un diodo de silicio o germanio.

Si se pasa una corriente a través del diodo semiconductor, se inyectan electrones y huecos en las regiones P y N, respectivamente.

Dependiendo de la magnitud de la corriente, hay recombinación de los portadores de carga (electrones y huecos). Hay un tipo de recombinaciones que se llaman recombinaciones radiantes (aquí la emisión de luz).

La relación entre las recombinaciones radiantes y el total de recombinaciones depende del material

semiconductor utilizado (GaAs, GaAsP,y GaP). Dependiendo del material de que está hecho el LED, será la emisión de la longitud de onda y por ende el color. Ver la tabla más abajo

Debe de escogerse bien la corriente que atraviesa el led para obtener una buena intensidad luminosa y evitar que este se pueda dañar.

El LED tiene un voltaje de operación que va de 1.5 V a 2.2 voltios aproximadamente y la gama de corrientes que debe circular por él está entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en los diodos de color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros leds.

Aplicaciones tiene el diodo LED. Se utiliza ampliamente en aplicaciones visuales, como indicadoras de cierta situación específica de funcionamiento.

Ejemplos- Se utilizan para desplegar contadores- Para indicar la polaridad de una fuente de alimentación de corriente continua.- Para indicar la actividad de una fuente de alimentación de corriente alterna.- En dispositivos de alarma, etc.

Diodo Schottky

A diferencia del diodo semiconductor normal que tiene una unión P–N, el diodo schottky tiene una unión Metal-N.

Estos diodos se caracterizan por su velocidad de conmutación, una baja caída de voltaje cuando están

polarizados en directo (típicamente de 0.25 a 0.4 voltios).

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El diodo Schottky está más cerca del diodo ideal que el diodo semiconductor común pero tiene algunas características que hacen imposible su utilización en aplicaciones de potencia.

Estas son:

- El diodo Schottky tiene poca capacidad de conducción de corriente en directo (en sentido de la flecha).

Esta característica no permiten que sea utilizado como diodo rectificador. Hay procesos de rectificación (por ejemplo fuentes de alimentación) en que la cantidad de corriente que tienen que conducir en sentido directo es bastante grande.

- El diodo Schottky no acepta grandes voltajes que lo polaricen inversamente (VCRR).

El proceso de rectificación antes mensionado también requiere que la tensión inversa que tiene que soportar el diodo sea grande.

Símbolo del diodo Schottky

Sin embargo el diodo Schottky encuentra gran cantidad de aplicaciones en circuitos de alta velocidad como en computadoras.

En estas aplicaciones se necesitan grandes velocidades de conmutación y su poca caída de voltaje en directo causa poco gasto de energía.

El diodo Schottky o diodo de barrera Schottky, se llama así en honor del físico alemán Walter H.Schottky.

Diodo Tunnel

En el diagrama se ve el símbolo del diodo Tunnel

El diodo Tunnel se comporta de una manera muy interesante conforme se le va aumentando una tensión aplicada en sentido directo.

- Cuando se aplica una pequeña tensión, el diodo tunnel empieza a conducir (la corriente empieza a fluir).- Si se sigue aumentando esta tensión la corriente aumentará hasta llegar un punto después del cual la corriente disminuye.- La corriente continuará disminuyendo hasta llegar al punto mínimo de un "valle" y ....- Después volverá a incrementarse. En esta ocasión la corriente continuará aumentando conforme aumenta la tensión.

Este comportamiento de la corriente en función de la tensión en el diodo tunnel se puede ver en el siguiente gráfico.

- Vp: Tensión pico- Vv: Tensión de valle

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- Ip: Corriente pico- Iv: Corriente de valle

La región en el gráfico en que la corriente disminuye cuando la tensión aumenta (entre Vp y Vv) se llama zona de resistencia negativa

El diodo tunnel se llama también diodo Esaki en honor a su inventor japonés Leo Esaki

Los diodos tunnel tienen la cualidad de pasar entre los niveles de corriente Ip e Iv muy rápidamente, cambiando de estado de conducción al de no conducción incluso más rápido que los diodos Schottky.

Desgraciadamente, este tipo de diodo no se puede utilizar como rectificador debido a que tiene una corriente de fuga muy grande cuando están polarizados en inversa.

Así estos diodos sólo encuentran aplicaciones reducidas como en circuitos osciladores de alta frecuencia.

Diodo varactor o varicap 

Todos los diodos cuando están polarizados en sentido opuesto tienen una capacitancia que aparece entre sus terminales.

Los diodos varactores o varicap han sido diseñados de manera que su funcionamiento sea similar al de un capacitor y tengan una característica capacitancia-tensión dentro de límites razonables.

En el gráfico inferior se muestran las similitudes entre un diodo y un capacitor.

Debido a la recombinación de los portadores en el diodo, una zona de agotamiento se forma en la juntura.

Esta zona de agotamiento actúa como un dieléctrico (aislante), ya que no hay ninguna carga y flujo de corriente.

Las áreas exteriores a la zona de agotamiento si tienen portadores de carga (área semiconductor). Se puede visualizar sin dificultad la formación de un capacitor en el diodo (dos materiales semiconductores deparados por un aislante).

La amplitud de la zona de agotamiento se puede ampliar incrementando la tensión inversa aplicada al diodo con una fuente externa. Esto causa que se aumente la separación (aislante) y separa más las áreas semiconductoras. Este último disminuye la capacitancia.

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Entonces la capacitancia es función de la tensión aplicada al diodo.

- Si la tensión aplicada al diodo aumenta la capacitancia disminuye- Si la tensión disminuye la capacitancia aumenta

El diodo Láser

El diodo láser se obtuvo como resultado de la continuación del desarrollo del diodo LED.

Los diodos LED comunes, irradian una sola luz (son monocromáticos), una sola frecuencia, pero no están en fase y se propaganen forma dispersa. En cambio los diodos LASER, producen una luz coherente. Esta luz no sólo es monocromática (un solo color), sino que es monofásica (están en fase), resultando en un rayo de luz muy preciso.

Los diodos LASER tienen una gran cantidad de aplicaciones, lectura y escritura de discos ópticos, donde sólo un rayo de luz muy angosto puede ver una área microscópica en la superficie de un disco. Para mediciones precisas en donde es indispensable un rayo de luz que no se disperse.

Algunos diodos láser requieren de circuitos que generen pulsos de alta potencia, para entregar grandes cantidades de voltaje ycorriente en pequeños instantes de tiempo. Otros diodos láser necesitan de un funcionamiento continuo pero a menor potencia.

Con el envejecimiento los diodos láser podrían necesitar mas corriente para generar la misma potencia entregada. Pero no hay que olvidarse que estos elementos tienen una vida muy larga.

DIAC: Control de potencia en corriente alterna (AC)

El DIAC es un diodo de disparo bidireccional, especialmente diseñado para disparar TRIACs y Tiristores (es un dispositivo disparado por tensión). Tiene dos terminales: MT1 y MT2.

El DIAC se comporta como dos diodos zener conectados en serie, pero orientados en formas opuesta. La conducción se da cuando se ha superado el valor de tensión del zener que está conectado en sentido opuesto. El DIAC normalmente no conduce, sino que tiene una pequeña corriente de fuga. La conducción aparece cuando la tensión de disparo se alcanza.

Cuando la tensión de disparo se alcanza, la tensión en el DIAC se reduce y entra en conducción dejando pasar la corriente necesaria para el disparo del SCR o TRIAC. Se utiliza principalmente en aplicaciones de control de potencia mediante control de fase. La curva característica del DIAC se muestra a continuación

En la curva característica se observa que cuando:

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- +V o - V es menor que la tensión de disparo, el DIAC se comporta como un circuito abierto- +V o - V es mayor que la tensión de disparo, el DIAC se comporta como un cortocircuito

Sus principales características son:- Tensión de disparo- Corriente de disparo- Tensión de simetría (ver grafico anterior)- Tensión de recuperación- Disipación de potencia (Los DIACs se fabrican con capacidad de disipar potencia de 0.5 a 1 watt.)

¿Qué es un Triac?

El Triac es un dispositivo semiconductor que pertenece a la familia de los dispositivos de control: los tiristores. El triac es en esencia la conexión de dos tiristores en paralelo pero conectados en sentido opuesto y compartiendo la misma compuerta.

A1: Anodo 1, A2: Anodo 2, G: Compuerta

El triac sólo se utiliza en corriente alterna y al igual que el tiristor, se dispara por lacompuerta. Como el triac funciona en corriente alterna, habrá una parte de la onda que será positiva y otra negativa.

Funcionamiento del Triac

La parte positiva de la onda (semiciclo positivo) pasará por el triac siempre y cuando haya habido una señal de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circulará de arriba hacia abajo (pasará por el tiristor que apunta hacia abajo), de igual manera:

La parte negativa de la onda (semiciclo negativo) pasará por el triac siempre y cuando haya habido una señal de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circulará de abajo hacia arriba (pasará por el tiristor que apunta hacia arriba)

Para ambos semiciclos la señal de disparo se obtiene de la misma patilla (la puerta o compuerta).

Lo interesante es, que se puede controlar el momento de disparo de esta patilla y así, controlar el tiempo que cada tiristor estará en conducción. Recordar que un tiristor sólo conduce cuando ha sido disparada (activada) la compuerta y entre sus terminales hay un voltaje positivo de un valor mínimo para cada tiristor)

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Entonces, si se controla el tiempo que cada tiristor está en conducción, se puede controlar la corriente que se entrega a una carga y por consiguiente la potencia que consume.

Ejemplo: Una aplicación muy común es el atenuador luminoso de lámparas incandescentes (circuito de control de fase).

Donde:- Ven: Voltaje aplicado al circuito (A.C.)- L: lámpara- P: potenciómetro- C: condensador (capacitor)- R: Resistor- T: Triac- A2: Anodo 2 del Triac- A3: Anodo 3 del Triac- G: Gate, puerta o compuerta del Triac

El triac controla el paso de la corriente alterna a la lámpara (carga), pasando continuamente entre los estados de conducción (cuando la corriente circula por el triac) y el de corte (cuando la corriente no circula)

Si se varía el potenciómetro, se varía el tiempo de carga de un capacitor causando que se incremente o reduzca la diferencia de fase de la tensión de alimentación y la que se aplica a la compuerta

Notas:- La diferencia de fase o la fase entre dos señales u ondas se define como el ángulo (diferencia de tiempo) que existe entre los

dos orígenes de las mismas.- En este documento se utiliza el termino tiristor como sinónimo de SCR.

4. Que es Voltaje promedio, Voltaje DC, Voltaje Eficaz, Voltaje RMS y como se mide

Voltaje RMS

La corriente alterna y los voltajes (cuando son alternos) se expresan de forma común por su valor efectivo o RMS (Root Mean Square – Raíz Media Cuadrática). Cuando se dice que en nuestras casas tenemos 120 o 220 voltios, éstos son valores RMS o eficaces. El valor efectivo de una onda alterna se obtiene multiplicando su valor máximo por √2.

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Entonces Vrms=VPICO

√2Voltaje DC

Para medir tensión / voltaje se selecciona, en el multímetro que estemos utilizando, la unidad (voltios) en DC (c.d.).

Se revisa que los cables rojo y negro estén conectados correctamente.

Se selecciona la escala adecuada, si tiene selector de escala, (si no tenemos idea de que magnitud de voltaje vamos a medir, escoger la escala mas grande).

Voltaje promedio

El valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es cero (0). Si se toma en cuenta solo un semiciclo (supongamos el positivo) el valor promedio es: VPR = VPICO x 0.636

La relación que existe entre los valores RMS y promedio es: VRMS = VPR x 1.11 VPR = VRMS x 0.9

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