elab 3D Práctica 2 Diodos

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1 UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIERIA Y SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN elab 3D Práctica 2 Diodos Curso 2013/2014 Departamento de Sistemas Electrónicos y de Control

2 1. Introducción En esta práctica el estudiante comprobará el funcionamiento real de algunos circuitos basados en diodos. La actividad del estudiante consistirá en analizar, montar y realizar medidas de un circuito rectificador de media onda, con o sin condensador de filtrado, y de un circuito para obtener un voltaje de referencia utilizando un diodo Zener. 2. Objetivos Una vez desarrollada la práctica, el estudiante debe ser capaz de: Identificar los terminales del diodo. Comprender la función de los diodos en los distintos tipos de circuitos estudiados. Saber elegir el modelo del diodo más adecuado para analizar el funcionamiento de un circuito en función de su aplicación. Ser consciente de las diferencias que pueden surgir en el comportamiento real de un circuito con diodos respecto del análisis teórico realizado y ser capaz de relacionarlas con el modelo de diodo utilizado durante el análisis. 3. Desarrollo de la práctica Acceda al laboratorio online elab3d y realice la reserva de un puesto del laboratorio de Electrónica I. Cuando se disponga a trabajar en el puesto de laboratorio que haya reservado realice las siguientes acciones en primer lugar: Saque del armario la Placa Diodos I (Figura 1) sobre la cual realizará los montajes de los diferentes circuitos. Consulte las conexiones permitidas en dicha placa pulsando el icono con el signo de interrogación. Figura 1 Guión Página 2

3 Saque el transformador de la caja de componentes correspondiente (Figura 2). Dicho transformador posee dos secundarios que proporcionan una tensión aproximada a los 12 Vrms en cada uno de ellos cuando el primario se conecta al enchufe de la red eléctrica. Enchufe red eléctrica Figura 2 A continuación se muestran distintos ejemplos de prácticas con esta placa Rectificador de media onda Se analizará el comportamiento del rectificador de media onda de la Figura 3. Vout +12V V out 0-12V Figura 3 Monte el circuito de la Figura 3 sobre la Placa Diodos I, sin conectar el primario del transformador a la red eléctrica. Utilice un cable de los disponibles en la caja de resistores para colocarlo en el hueco R1 de la placa. Guión Página 3

4 Cuando monte el diodo tenga cuidado al identificar sus terminales. El cátodo viene representado por una raya pequeña, como se ve en la Figura 4. Figura 4 Una vez verificado el montaje, conecte los cables etiquetados como +12V y COM, disponibles en el cajón Cables Fuente situado debajo de la mesa, para unir el secundario del transformador (salidas etiquetadas como +12V y 0) a la entrada de la placa. Cuestiones y Medidas a) A partir del circuito rectificador de media onda de la Figura 3, anotar la expresión de Vout en función de y V (voltaje umbral del diodo) en los siguientes casos: > Vγ Vout = < Vγ Vout = b) Determinar de forma teórica los valores de pico a pico de, y en la carga, Vout: pp = Vout pp = c) Visualizar en el osciloscopio las señales y Vout obteniendo los valores de los voltajes pico a pico de ambas señales. Comparar los valores prácticos con los obtenidos de forma teórica y comentar las posibles diferencias. Guión Página 4

5 3.2. Rectificador de media onda con filtro por condensador Con el fin de obtener un voltaje continuo en la carga se utilizará el rectificador de media onda con filtro por condensador de la Figura 5. Vout +12V µ V out -12V Figura 5 Antes de modificar el circuito montado en el apartado anterior, compruebe que el primario del transformador está desconectado de la red eléctrica. Complete el montaje del circuito de la Figura 5 sobre la Placa Diodos I conectando, en paralelo con el resistor de carga R2, un condensador electrolítico de 1000 µf. Preste especial atención a la polaridad del condensador electrolítico, como se indica en la Figura 6, se debe conectar el terminal negativo del condensador al punto de menor potencial, que en el circuito de la Figura 5 es la masa. No conecte el primario del transformador al enchufe de la red eléctrica hasta que se le indique. Cuestiones y Medidas Figura 6 Obtenga el valor teórico del voltaje de rizado pico a pico en la carga (V r pp ) y el valor de la componente continua del voltaje en la carga (V out(dc) ). Utilice la Figura A, que contiene la forma de onda de la salida de un rectificador de media onda con filtro por condensador, y la ecuación simplificada que relaciona el voltaje de rizado V r con la capacidad C del condensador de filtrado. Guión Página 5

6 - V γ Vout (t) Vout (DC) (t) V out(dc) = V in - V γ (V r pp ) /2 C = I out(dc) /(f V r pp ) V r pp : Figura A V out (DC) : Conecte ahora el primario del transformador al enchufe de la red eléctrica. a) Visualice en la pantalla del osciloscopio el voltaje de salida del secundario del transformador, V in y el voltaje en la carga. b) Obtenga los valores del voltaje pico a pico de y el valor medio de Vout. c) Mida con el multímetro el valor medio, V out(dc. d) Calcule el valor medio de la corriente en la carga, I out(dc). e) Mida con el osciloscopio el voltaje de rizado pico a pico en Vout, eligiendo el acoplamiento adecuado, para que en la pantalla del osciloscopio se vea con claridad la señal de rizado. Guión Página 6

7 3.3. Circuito voltaje de referencia Práctica 2 online. Diodos En esta parte de la práctica se analizará el funcionamiento de un circuito denominado voltaje de referencia que utiliza un resistor y un diodo Zener. Dicho circuito se muestra en la Figura 7 y para comprobar su funcionamiento se va a utilizar una fuente de tensión continua (Vo). En este caso, como fuente de tensión continua se va a utilizar el circuito de la Figura 5, en el que se sustituirá la carga R2 por el circuito voltaje de referencia, como se muestra en la Figura 8. R1 = 470Ω V Z 4,7V Figura 7 Vo Vout +12V µ V REF -12V Figura 8 Antes de modificar el circuito montado en el apartado anterior, compruebe que el primario del transformador está desconectado de la red eléctrica. Complete el montaje del circuito de la Figura 8 sobre la Placa Diodos I. Use para R1 un resistor de 470Ω. Utilice como diodo Zener uno de los disponibles en la caja de diodos (Figura 9) verificando que se conecta adecuadamente en la placa. La tensión Zener de estos diodos es de 4,7V. No conecte el primario del transformador al enchufe de la red eléctrica hasta que se le indique Guión Página 7

8 Cátodo Figura 9 Cuestiones y Medidas a) En el circuito voltaje de referencia de la Figura 7 del guion de la práctica, si el voltaje de entrada, V O, es de 16V calcule el valor teórico del voltaje de salida, V REF, y el valor de la corriente que circula por el diodo Zener. Conecte ahora el primario del transformador al enchufe de la red eléctrica. b) Visualice en la pantalla del osciloscopio el voltaje de salida del secundario del transformador, V in y el voltaje en V out. c) Obtener los valores del voltaje pico a pico de y el valor medio de Vout. d) Mida con el multímetro el valor medio del voltaje en Vout, V REF. e) Justifique el resultado obtenido. f) Qué ocurre si se conecta en paralelo con el diodo zener un resistor de 120 Ω? Desconecte ahora el primario del transformador del enchufe de la red eléctrica. g) Justificar el resultado obtenido Guión Página 8