Componentes Electrónicos. Prácticas - Laboratorio. Práctica 2: Diodos

Transcripción

1 Prácticas Laboratorio Práctica 2: Diodos Ernesto Ávila Navarro

2 Práctica 2: Diodos (Montaje y medida en laboratorio) Índice: 1. Material de prácticas 2. Medida de las características del diodo 2.2. Diodo de unión pn 2.3. Diodo zener 3. El diodo como componente en un circuito en continua 4. Circuitos recortadores de señal 5. Circuito convertidor de tensión alterna en continua 5.1. Circuito rectificador de media onda 5.2. Filtrado capacitivo de la señal rectificada 5.3. Estabilización de la señal filtrada con diodo zener 1

3 En esta práctica se abordará el montaje y medida de circuitos con diodos de unión pn. Para ello utilizaremos el instrumental disponible en los laboratorios de electrónica básica: Fuentes de tensión. Multímetros digitales (voltímetro y amperímetro). Generador de señal (senoidal, cuadrada, triangular). Osciloscopio En el primer apartado se medirán las características principales de los diodos: Tensión de codo (V ) y resistencia dinámica (R f ) en diodos. Tensión de codo (V ), tensión zener (V z ), resistencia dinámica (R f ) y resistencia en zona zener (R z ) para los diodos zener. Una vez conocidas las características de los diodos, pasaremos a realizar el montaje de distintos circuitos de aplicación de diodos, tanto de continua como de alterna. En todos los casos se medirán las principales variables de los circuitos (tensión, corriente). 1. Material de prácticas El material necesario para el desarrollo de la práctica es el siguiente: Placa de inserción. Resistencias: 1 ; 47 ; 1k ; 1k2 ; 3k3. Condensadores electrolíticos: 1 F; 1 F. Diodo rectificador: 2 diodos. Diodo zener: 1 diodo zener de 5.1V. 2

4 2. Medida de las características del diodo 2.1. Diodo de unión pn El objetivo de este apartado es la obtención de los principales parámetros del diodo, que nos permite obtener los modelos de funcionamiento del mismo, la tensión de codo (V ) y la resistencia dinámica (R f ). Para ello, considere el circuito de la figura 1. R1 Figura 1. Circuito con diodo a) Diseñe el valor de la resistencia R1, conectada en serie con el diodo, para que a la máxima tensión de la fuente V in, que en nuestro caso será de 7 voltios, la potencia disipada por el diodo sea inferior a 8mW y la potencia disipada por la resistencia R1 sea menor a 2mW. Considere que la tensión de codo del diodo es de.7v. P D < 8mW R1 >... P R1 < 2mW R1 >... Resistencia seleccionada R1 =... b) Monte el circuito de la figura 1, con la resistencia seleccionada en el apartado a). Haciendo uso de los multímetros que dispone en su puesto de trabajo, rellene la siguiente tabla: Tensión de entrada Tensión del diodo Intensidad del diodo V in = 1V V D = I D = V in = 3V V D = I D = V in = 5V V D = I D = V in = 7V V D = I D = c) A la vista de los resultados de la tabla anterior, determine el valor experimental de la tensión de codo del diodo y de su resistencia dinámica. Comente los resultados. V =. R f =.. 3

5 2.2. Diodo zener En este apartado obtendremos los parámetros principales de un diodo zener. Para ello, utilizaremos el circuito de la figura 2. Dz R1 Figura 2. Circuito con diodo zener a) Diseñe el valor de la resistencia del circuito, R1, para que la máxima potencia disipado por la misma no supere los 2mW y que la máxima potencia disipada por el diodo zener no supere los 8mW. Para los valores extremos de la tensión de entrada, consulte la tabla del apartado siguiente. Considere que la tensión de codo del diodo es.7v y que la tensión zener del mismo es 5.1V Diodo en directa: P D < 8mW R1 >... Diodo en zona zener: P D < 8mW R1 >... P R1 < 2mW R1 >... Resistencia seleccionada R1 =... b) Monte el circuito de la figura 2, con la resistencia seleccionada en el apartado anterior. Rellene la siguiente tabla Tensión de entrada Tensión del diodo Intensidad del diodo V in = 8V V D = I D = V in = 7V V D = I D = V in = 6V V D = I D = V in = 5V V D = I D = V in = 1V V D = I D = V in = 3V V D = I D = V in = 5V V D = I D = c) Con los resultados de la tabla anterior obtenga los siguientes parámetros del diodo zener. Comente los resultados. V = R f =.. V z = R z = 4

6 3. El diodo como componente en un circuito en continua En este apartado evaluaremos el funcionamiento del diodo como dispositivo en un circuito de continua. Para ello, monte el circuito de la figura 3. 1k D1 D2 4V 3.3k Figura 3. Circuito de continua con diodo Rellene la siguiente tabla: Tensión entrada Intensidad diodo 1 Intensidad diodo 2 Estado de los diodos Diodo 1 Diodo 2 V in = 1V I D1 = I D2 = V = V in = 1V I D1 = I D2 = V = V in = 3V I D1 = I D2 = V = V in = 5V I D1 = I D2 = V = V in = 7V I D1 = I D2 = V = V in = 9V I D1 = I D2 = V = V in = 11V I D1 = I D2 = V = Tensión salida Determine para qué valor de tensión de entrada conmuta cada uno de los diodos entre los estados OFF y ON. Diodo 1 conmutación OFF/ON: V in = Diodo 2 conmutación OFF/ON: V in = 5

7 4. Circuitos recortadores de señal En este apartado se analizarán tres circuitos recortadores de señal con diferentes tipos de señal de entrada (senoidal, cuadrada, triangular). Ejemplo 1. Considere el circuito recortador de la siguiente figura. Monte el circuito en la placa de pruebas. 2V 1k Figura 4. Circuito recortador de señal. Ejemplo 1. La señal de entrada es una onda cuadrada de 6 voltios de amplitud y 1kHz de frecuencia. Conecte directamente el generador de señal al osciloscopio (medida en vacio) y ajuste la señal de entrada a los valores indicados. Una vez ajustada, conecte el generador de funciones al circuito. Visualice en el osciloscopio la señal de entrada y la salida del circuito. Represéntelas indicando los valores máximos y mínimos de cada una de las señales. Justifique los resultados. 6

8 Ejemplo 2. Monte el circuito recortador de la figura 5. 1k 2V Figura 5. Circuito recortador de señal. Ejemplo 2. La señal de entrada es una onda triangular de 6 voltios de amplitud y 1kHz de frecuencia. Represente las tensiones de entrada y de salida del circuito, indicando los valores máximos y mínimos de cada una de estas señales. Justifique los resultados. 7

9 Ejemplo 3. Considere el circuito recortador mostrado en la figura 6. La tensión de entrada, en este caso, es una señal senoidal de 6 voltios de amplitud y frecuencia de 1kHz. Ajuste esta tensión con el generador de señal y el osciloscopio en vacio y posteriormente conecte el generador al circuito. 2V 1k Figura 6. Circuito recortador de señal. Ejemplo 3. Represente las tensiones de entrada y de salida del circuito, indicando los valores máximos y mínimos de cada una de estas señales. Justifique los resultados. 8

10 5. Circuito convertidor de tensión alterna en tensión continua En este apartado se analizará el comportamiento de un circuito convertidor AC/DC. Para ello, montaremos en la placa de inserción cada uno de los subsistemas que forman el circuito convertidor y mediremos las tensiones que se obtienen en cada una de ellas, calculando los distintos parámetros característicos de este tipo de convertidores Circuito rectificador de media onda Monte en la placa el circuito rectificador de media de la figura 7. La tensión de entrada del circuito (que en el esquema general del convertidor se correspondería con la salida del transformador) es una señal senoidal de 1 voltios de amplitud y una frecuencia de 5Hz. Ajuste la salida del generador de funciones para obtener esta tensión y alimente el circuito. 1.2k Figura 7. Circuito rectificador de media onda. Con la ayuda del osciloscopio, represente la tensión de entrada y la de salida del circuito, indicando los valores más representativos de ambas, especialmente los valores de pico. 9

11 5.2. Filtrado capacitivo de la señal rectificada Para realizar el filtrado paso bajo de la señal rectificada, se añade un condensador electrolítico, tal y como se indica en la figura 8. C 1.2k Figura 8. Filtrado capacitivo de la señal rectificada. Conecte un condensador de 1 F. Represente las tensiones de entrada y salida en el osciloscopio y dibújelas en la siguiente gráfica. Con la ayuda de los cursores del osciloscopio obtenga el rizado de la señal de salida y su valor medio. V r = V m = 1

12 Conecte ahora un condensador de 1 F y repita los pasos del punto anterior. V r = V m = Justifique las diferencias entre los resultados obtenidos para una capacidad de 1 F y la capacidad de 1 F. Indique las ventajas e inconvenientes de utilizar un valor u otro de capacidad 11

13 5.3. Estabilización de la señal filtrada con diodo zener El último paso para obtener una señal continua es la estabilización de la tensión de salida de la etapa de filtrado, para reducir el rizado de la señal. La forma más sencilla de estabilizar esta tensión es mediante el uso de un diodo zener. Considere el circuito de la figura 9, donde a la etapa de filtrado (con condensador de 1 F) se ha añadido un diodo zener de 5.1V de tensión zener. 47 Dz C 1.2k Figura 9. Circuito convertidor AC/DC con estabilizado de señal con zener. Monte el circuito de la figura anterior y represente las señales de entrada y salida del mismo en la siguiente gráfica. Indique los valores máximos y mínimos de ambas tensiones. Justifique los resultados obtenidos. 12