Download - simulacion electronica
República Bolivariana De Venezuela
Ministerio Del Poder Popular Para La Educación Superior
Universidad Fermín Toro
Núcleo Araure
Edo Portuguesa
Mediomundo Marielis
22.104.988
LABORATORIO DE ELECTRÓNICA I PROYECTO
ANÁLISIS DEL DIODO ZENER COMO COMPONENTE.
1. Dibujar en el simulador PROTEUS el siguiente circuito:
2. Ajustar los valores de Vi, proceda a simular y anote en la Tabla 1 los valores de IZ y VZ (Z, de “zener”: sentido inverso).
TABLA 1
Vi(V) 0 0.5 1 2.5 4 5.1 8 10IZ(mA) 0 0 0 0 0 0.52 13 21.9VZ(V 0 0.5 1 2.5 4 4.99 5.13 5.19
3. Invertir el diodo, repita el paso 2, anote en la Tabla 2 los valores de IF y VF
(F, de “forward”: sentido directo)
TABLA 2
Vi(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.5 2IF(mA) 0 0.01 0.53 1.31 2.14 2.99 5.15 7.34VF(V) 0 0.2 0.28 0.31 0.33 0.34 0.37 0.39
4. En el informe escrito dibujar la gráfica de las características Tensión-
Corriente, con los valores obtenidos en las Tablas 1 y 2. Escriba las
conclusiones.
Gráfica de la Región Polarizada Inversamente
la región de polarización inversa, el diodo no conduce corriente en tanto la tensión
de entrada Vi sea menor que la tensión del Zener Vz, en esta situación, la tensión
del diodo será igual a la tensión Vi. Cuando la tensión Vi alcanza el valor de Vz, el
diodo comenzara a conducir corriente, manteniendo a su salida niveles muy
similares de tensión ante cualquier valor de tensión de entrada y actuara así como
un regulador de tensión o fuente DC con valor de regulación de aproximadamente
Vz, en este caso
5. En el informe escrito dibuje la curva característica de un diodo Zener de
9V. Explique detalladamente las características.
Curva Característica del diodo Zener de 9V
Al ser utilizado en su región de polarización inversa, el circuito se comportará
como un regulador de voltaje de 9V cuando la tensión de entrada en el Zener sea
superior a este valor, esto quiere decir que ante cualquier tensión de entrada, la
tensión de salida seguirá siendo aproximadamente igual a 9V en tanto que la
corriente si presentará variaciones importantes en su valor.
ANÁLISIS DEL RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA I
1. Monte en el simulador PROTEUS el siguiente circuito
2. Coloque el Canal_1 (CH1) del osciloscopio virtual en paralelo a la entrada Vi, y el Canal_2 (CH2) con la resistencia RL (Vo), ajuste los controles, proceda a simular y dibuje la forma de onda, en Vi y Vo que luego anexara en el informe escrito.
3. Dibuje el recorrido de la corriente en el puente rectificador en la siguiente grafica para el ½ ciclo positivo.
ANÁLISIS DEL RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA II.
1. Dibuje en el simulador PROTEUS el siguiente circuito
2. Coloque el Canal_1 (CH1) del osciloscopio virtual en paralelo a la entrada
Vi, y el Canal_2 (CH2) con la resistencia RL (Vo), ajuste los controles,
proceda a simular y dibuje la forma de onda, en Vi y Vo que luego anexara
en el informe escrito.
DISEÑO
Diseñe un Regulador de Voltaje con un Diodo Zener, simule en la
herramienta PROTEUS, verifique el correcto funcionamiento, luego
cambie el Zener por un I.C. (Circuito Integrado) Regulador y establezca la
comparación.
LABORATORIO 1. Identifica en el siguiente esquema y nombra los elementos que
intervienen en la etapa de:
Entrada: El elemento que interviene en la etapa de entrada es la fuente
de tensión AC de 120 Vac
Reducción de tensión: El elemento que interviene en la etapa de
reducción de tensión es el transformador T el cual atenúa la señal AC de
120 Vac a 12 Vac.
Rectificación: El elemento que interviene en la etapa de rectificación es
el puente rectificador DF10M
Filtrado: el elemento que interviene en la etapa de filtrado es el
capacitor C1, el cual se encarga de reducir los rizos de salida del puente
rectificador.
Regulación: Los elementos que intervienen en la etapa de regulación
son la resistencia R1 y el diodo Zener, que al trabajar con la
configuración mostrada (polarización inversa) funcionara como un
regulador de voltaje igual a 5.1V.
Salida: los elementos que intervienen en la etapa de salida son la
resistencia R2 y el diodo LED
2. Haga los cálculos para el condensador C1 y las resistencias R1 y R2.
el valor de resistencia R2 vendrá dado por la siguiente ecuación:
𝑅2 = __𝑉𝑧 – 𝑉𝑙𝑒𝑑 __ 𝐼𝐿
𝑅2 = 5.1 − 2 𝑅2 = 155 𝛺 20𝑚
. Podemos calcular Izmax empleando la siguiente fórmula:
𝐼𝑧𝑚𝑎𝑥 = ___ILmin ( − ∗ 𝑉𝑠𝑚𝑖𝑛 ) + 𝐼𝐿𝑚𝑎𝑥 (∗ 𝑉𝑠𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑧 )__
𝑉𝑠𝑚𝑖𝑛 − 0.9 ∗ 𝑉𝑧 − 0.1 ∗ 𝑉𝑠𝑚𝑎𝑥
Tendremos que Vsmax y Vsmin tendrán valores de 10.6V y 10.5V respectivamente.
𝐼𝑧𝑚𝑎𝑥 = ___10 𝑚 (5.1 − 10.5) + 30∗ 𝑚 (10.6 − 5.1)__∗
10.5 − 0.9 5.1 − 0.1 10.6∗ ∗𝐼𝑧𝑚𝑎𝑥 = 10 𝑚 (5.1 − 10.5) + 30∗ 𝑚 (10.6 − 5.1)∗
10.5 − 0.9 5.1 − 0.1 10.6∗ ∗𝐼𝑧𝑚𝑎𝑥 = 22.89 𝑚𝐴Procedemos a calcular R1 de la siguiente manera:
𝑅1 = 𝑉𝑠𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑧 𝐼𝐿𝑚𝑖𝑛 + 𝐼𝑧𝑚𝑎𝑥𝑅1 = ___10.6 − 5.1
10𝑚 + 22.89𝑚𝑅1 = 167.22 𝛺
La ecuación para el cálculo de la capacitancia en el condensador C1 viene dada por: 𝐶1 = 𝑉𝑠𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑧 𝛥𝑉 ∗ 𝑓𝑝 ∗ 𝑅1
Tomando en cuenta que la frecuencia fp es el número de pulsos por segundo que a su vez es dos veces la frecuencia de la señal de entrada, es decir 120 Hz, tendremos que:
𝐶1 =__10.6 − 5.1_____120 0.1 167.22∗ ∗
𝐶1 = 2.74 𝑚𝐹3. Con la ayuda del osciloscopio, visualice la forma de onda en el zener.
¿Cuál es su interpretación?
En la simulación se puede observar como la tensión en el diodo Zener (señal azul)
fue transformada de una forma de onda AC sinusoidal a una onda continua o DC
como consecuencia de un proceso de rectificación y filtrado llevados a cabo en el
puente de diodos y el capacitor. Esta señal luego es regulada al valor de voltaje
deseado que es aproximadamente igual a Vz.
4. ¿Cuál es el voltaje de salida en el zener?
5.12Vdc
5. Dibuja el esquema reemplazando el Zener por el IC LM7805
(regulador).
6. Monte el circuito, repita los puntos 3 y 4 y compárelo con el circuito del
Zener, establezca un cuadro de diferencias y similitudes.
LM7805. LM7805 y Zener 1N4733A
SEMEJANZAS Ambos pueden emplearse como regulador de
voltaje de 5V
Cuando el voltaje de entrada es mayor de 5V
Su voltaje de salida cae por debajo de 5V
cuando la tensión de entrada es inferior a 5V
En ambos casos los voltajes y corrientes de la
fuente y la carga pueden variar ampliamente
pero el voltaje a la salida siempre se mantendrá
constante
DIFERENCIAS El voltaje de entrada al LM7805 debe ser al menos de
8V para que el regulador entregue 5V a la salida,
mientras que en el Zener el voltaje de entrada no debe
ser tan distinto para que actue como regulador El
LM7805 requiere capacitores de acople a la entrada y
a la salida, mientras el diodo zener no los requiere El
LM7805 mantiene un valor de voltaje a la salida fijo
para valores de entrada
Actividades de pre Laboratorio
DEFINA RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA Y ONDA COMPLETA
Un rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir
una señal de corriente alterna de entrada (Vi) en corriente continua de
salida (Vo) pulsante. A diferencia del rectificador de media onda, en este
caso, la parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte
positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal
positiva o negativa de corriente continua.
El rectificador de media onda es un circuito empleado para eliminar la parte
negativa o positiva de una señal de corriente alterna de lleno conducen
cuando se polarizan inversamente. Además su voltaje es positivo.
RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA EN PUENTE
En la figura siguiente podemos ver un rectificador de onda completa en puente:
Mediante el uso de 4 diodos en vez de 2, este diseño elimina la necesidad de la
conexión intermedia del secundario del transformador. La ventaja de no usar dicha
conexión es que la tensión en la carga rectificada es el doble que la que se
obtendría con el rectificador de onda completa con 2 diodos.
Las gráficas tienen esta forma:
RECTIFICADORES DE ONDA COMPLETA CON PUNTO MEDIO:
En electrónica, un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la
corriente alterna en corriente continua.1 Esto se realiza utilizando diodos
rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o
válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio (actualmente en desuso).
Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que
emplean, se les clasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una fase
de la red eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases.
Atendiendo al tipo de rectificación, pueden ser de media onda, cuando sólo se
utiliza uno de los semiciclos de la corriente, o de onda completa, donde ambos
semiciclos son aprovechados.
RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA MEDIANTE DOS DIODOS CON TRANSFORMADOR DE PUNTO MEDIO
Figura 2.- Circuito rectificador de K onda completa
El circuito, representado en la Figura 2, funciona como sigue:
El transformador convierte la tensión alterna de entrada en otra tensión alterna del
valor deseado, esta tensión es rectificada durante el primer semiciclo por el diodo
D1 y durante el segundo semiciclo por el diodo D2, de forma que a la carga R le
llega una tensión continua pulsante muy impura ya que no está filtrada ni
estabilizada.
En este circuito tomamos el valor de potencial 0 en la toma intermedia del
transformador.
CIRCUITOS RECTIFICADORES CON FILTRO CAPACITIVO
Circuitos rectificadores con filtros capacitivos filtro por condensador La misión de
los rectificadores es conseguir transformar la tensión alterna en tensión continua,
pero solamente con los rectificadores no obtenemos la tensión continua deseada.
Entonces aplicamos el filtro por condensador.
Conociendo las características de un Condensador, y viendo su capacidad de
almacenamiento de energía, lo podemos utilizar como filtro para alisar la señal que
obtenemos en la salida Carga de un condensador a través de una resistencia El
circuito y las ecuaciones resultantes son : Rectificador de media onda con filtro por
condensador Primeramente analicemos este circuito sin considerar C. En este
caso la forma de onda de la intensidad es igual a la tensión en la resistencia. El
Condensador se va descargando hasta
Rectificador de media onda con filtro por condensador
Pero antes de empezar a hacer cálculos vamos a ver un concepto.
Primeramente vamos a ver ese circuito sin C. En este caso la forma de onda de la
intensidad es igual a la tensión en la resistencia.
El objetivo del C es desviar parte de la corriente por él, para que sólo vaya por la
RL la componente continua de Fourier y el resto se cortocircuite a masa a través
del condensador.
Para que esto ocurra tenemos que ver la impedancia equivalente del
condensador, y ver así como afectan los diferentes valores de la frecuencia a esta
impedancia.
Un diodo es un componente electrónico (semiconductor) que permite el paso de la
corriente "solo en un sentido". Veamos el diodo real y su símbolo.
Como vemos para que la corriente pase a través de diodo debe conectarse el
ánodo al positivo y el cátodo al negativo.
Cuando el diodo permite el paso de la corriente decimos que está polarizado
directamente. Si está conectado de forma que la corriente no pasa por él decimos
que está polarizado inversamente. Veamos que ocurre cuando conectamos un
diodo con una lámpara en serie.
No vamos hablar más del diodo, si quieres saber más te recomendamos este
enlace: Diodo.
¿Qué es un Diodo Zener?
Los diodos zener, zener diodo o simplemente zener, son diodos que están
diseñados para mantener un voltaje constante en su terminales, llamado Voltaje o
Tensión Zener (Vz) cuando se polarizan inversamente, es decir cuando está el
cátodo con una tensión positiva y el ánodo negativa.
Aquí tienes la imagen de un diodo zener real:
Funcionamiento del Diodo Zener
Cuando lo polarizamos inversamente y llegamos a Vz el diodo conduce y
mantiene la tensión Vz aunque la aumentemos. La corriente que pasa por el diodo
zener en estas condiciones se llama corriente inversa (Iz).
Se llama zona de ruptura por encima de Vz. Como ves es un regulador de voltaje
o tensión.
Cuando está polarizado directamente el zener se comporta como un diodo normal.
Aplicación de Diodos Zener
Una de las aplicaciones más usuales de los diodos zener es su utilización como
reguladores de tensión. La figura muestra el circuito de un diodo usado como
regulador.
Este circuito se diseña de tal forma que el diodo zener opere en la región de
ruptura, aproximándose así a una fuente ideal de tensión. El diodo zener está en
paralelo con una resistencia de carga RL y se encarga de mantener constante la
tensión entre los extremos de la resistencia de carga (Vout=VZ), dentro de unos
limites requeridos en el diseño, a pesar de los cambios que se puedan producir en
la fuente de tensión VAA, y en la corriente de carga IL.
Analicemos a continuación el funcionamiento del circuito.
Consideremos primero la operación del circuito cuando la fuente de tensión
proporciona un valor VAA constante pero la corriente de carga varia. Las corrientes
IL = VZ/RL e IZ están ligadas a través de la ecuación:
IT = IL + IZ
Y para las tensiones:
VAA=IT * R + VZ =VR + VZ
Por lo tanto, si VAA y VZ permanecen constantes, VR debe de serlo también (VR = IT
* R). De esta forma la corriente total IT queda fijada a pesar de las variaciones de
la corriente de carga. Esto lleva a la conclusión de que si IL aumenta, IZ disminuye
y viceversa (debido a la ecuación (1)). En consecuencia VZ no permanecerá
absolutamente constante, variará muy poco debido a los cambios de IZ que se
producen para compensar los cambios de IL.
Si ahora lo que permanece constante es la corriente de carga y la fuente de
tensión VAA varía, un aumento de ésta produce un aumento de IT y por tanto de IZ
pues IL permanece constante, y lo contrario si se produjera una disminución de
VAA. Tendríamos lo mismo que antes, una tensión de salida prácticamente
constante, las pequeñas variaciones se producirían por las variaciones de IZ para
compensar las variaciones de VAA.
Diseño del Regulador Zener
Es importante conocer el intervalo de variación de la tensión de entrada (VAA) y de
la corriente de carga (IL) para diseñar el circuito regulador de manera apropiada.
La resistencia R debe ser escogida de tal forma que el diodo permanezca en el
modo de tensión constante sobre el intervalo completo de variables.
En un problema práctico, es razonable suponer que se conoce el intervalo de
tensiones de entrada, el intervalo de corriente de salida y el valor de la tensión
zener deseada. La ecuación (6) representa por tanto una ecuación con dos
incógnitas, las corrientes zener máxima y mínima.
Valores más utilizados en el cálculo de Reguladores con Diodos Zener
En el cálculo para el diseño de Reguladores con diodos Zener, se mantienen
exactamente los mismos parámetros utilizados para el cálculo de un circuito
rectificador con filtro, más la adición de los parámetros del diodo zener que se
explican a continuación y que pueden ser observados en la curva característica:
Voltaje Zener Nominal (VZ): Como su nombre lo indica, este es el voltaje al cual el
diodo zener se enciende en polarización inversa y bajo condiciones de
temperatura normales. Los zener vienen para tensiones entre 1,8V y 200V. Este
parámetro se usa de referencia para comprar el diodo zener.
Tolerancia: Similar a la utilizada para resistencias, nos indica el rango de error que
se puede esperar en el voltaje zener nominal, son comunes tolerancias del 20%,
10%, 5% y 1% (Ej. Un zener de 10V / 20% puede tener un voltaje zener entre 8V y
12V). Obviamente a menor tolerancia mayor costo.