FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Electrónica y Control Carrera de Ingeniería Eléctrica

Transcripción

1 FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Electrónica y Control Carrera de Ingeniería Eléctrica LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA 1. TEMA PRÁCTICA N 2 2. OBJETIVOS CARACTERIZACIÓN DE DIODOS DE POTENCIA 2.1. Comprender el comportamiento dinámico y estático de los diodos Realizar un conjunto de actividades para obtener los datos deseados. 3. MARCO TEÓRICO El diodo es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente en forma unidireccional a través de sus terminales. Las terminales son denominadas ánodo y cátodo como se observa la Figura 1, por lo que la corriente siempre circulará desde ánodo hasta cátodo siempre y cuando se haya superado el valor de voltaje umbral del diodo. Figura 1. Símbolo de un diodo. Caracterización Estática A partir de un cierto valor de voltaje, el diodo entra en polarización directa. Este valor de voltaje depende de cada diodo, pero si se toma uno de los diodos más usados como el diodo rectificador, este valor es aproximadamente VF = 0.7V. A partir de aquel momento circulará la corriente a través del dispositivo porque el diodo se comporta como interruptor cerrado. En la práctica, el valor del voltaje umbral dependerá mucho del valor de la corriente que circule a través del diodo.

2 Cuando el diodo es polarizado inversamente, su modelo equivalente es el de un interruptor abierto, por lo que no circulará corriente a través de él. Pero a un cierto valor de voltaje indicado por el fabricante, el diodo ingresará a una región de ruptura donde habrá circulación de corriente desde cátodo a ánodo. La disipación de potencia aumentará y llegará el diodo a destruirse si se supera el voltaje indicado por el fabricante. Caracterización Dinámica Cuando el diodo se encuentra funcionando en el instante de cambio de polarización directa a inversa, la transición no se realiza de forma inmediata. Una vez que se ha estableciendo el cambio de polarización en el diodo, existen una cantidad de portadores que no pueden regresar de forma inmediata a la región desértica pese a que la corriente de la carga disminuyó a un valor de cero. Esto genera una circulación de corriente a través del diodo por un corto instante de tiempo en sentido inverso. 4. TRABAJO PREPARATORIO 4.1. Consultar los siguientes términos característicos de los diodos con su significado: VRRM Peak Repetitive Reverse Voltage IF(AV) Average Rectified Forward Current VF Forward Voltage IRR Full Load Reverse Current 4.2. Consultar el propósito que tienen los siguientes diodos en circuitos electrónicos: rectificador, de rápida recuperación y Schottky Indicar en un esquema las zonas de polarización directa e inversa de un diodo. Tener en cuenta los conceptos de voltaje umbra y voltaje de ruptura Consultar el gráfico de la curva de recuperación de corriente inversa del diodo. Tomar en cuenta los términos de corriente de recuperación, tiempo de recuperación y energía. 5. EQUIPO Y MATERIALES 5.1. Fuente de corriente continua Autotransformador monofásico 5.3. Puente de diodos 5.4. Capacitor electrolítico 5.5. Osciloscopio

3 5.6. Generador de funciones 5.7. Transformador de aislamiento 5.. Multímetro 5.9. Punta de prueba de voltaje Además, los estudiantes deben traer los siguientes elementos: Diodos: rectificador 1N4001 (no series superiores como 1N N4007), fast recovery 1N414 y Schottky (cualquier modelo). Resistencias de ¼ W de varios valores en los rangos de 0Ω 1KΩ. 6. PROCEDIMIENTO 6.1. Antes de la realización de la práctica cada instructor tomará un coloquio acerca de la lectura, en base al mismo decidirá si el estudiante está preparado o no para realizar la práctica Se explicará por parte del instructor el fundamento teórico y los objetivos a alcanzar en la sesión de laboratorio Se implementará el circuito de la Figura 2 para polarizar el diodo de forma directa. El valor del voltaje en corriente continua será de V y la resistencia del circuito de 0Ω. Tomar datos de valores de voltaje umbral, corriente de entrada tal como se muestra en la Tabla 1. Figura 2. Circuito de polarización directa.

4 Tabla 1. Prueba de polarización directa. Diodo Voltaje de la fuente Corriente de carga Voltaje umbral [V] [ma] [V] 1N N414 5 Schottky 5 Posteriormente, con el osciloscopio medir el voltaje y la corriente del diodo simultáneamente. Configurar la adquisición de los datos en formato XY para observar la curva de polarización directa cuando se incrementa el voltaje de la fuente hasta superar el nivel del voltaje umbral. Tomar las formas de onda respectivas Se implementará el circuito de la Figura 3 para polarizar el diodo de forma inversa. La fuente se formará por: un autotransformador, un puente de diodos y un capacitor. El valor de la fuente debe incrementarse desde los V hasta alcanzar la zona de ruptura en la cual hay conducción de corriente hacia la carga. Anotar el valor en el cual se alcanzó la región de ruptura según lo estipulado en la Tabla 2. Figura 3. Circuito de polarización inversa.

5 Tabla 2. Prueba de polarización inversa. Diodo Voltaje de la Corriente de la Voltaje ánodo fuente [V] carga [ma] cátodo [V] 1N4001 1N414 Schottky 6.5. Se implementará el circuito de la Figura 4 para polarizar el diodo de forma directa e inversa a través de un generador de funciones mediante una onda cuadrada de amplitud 5V sin offset con una resistencia de 0Ω. Mediante el osciloscopio se medirá el tiempo de recuperación de la corriente y el valor pico de la corriente reversa. Repetir el procedimiento y realizar las pruebas de acuerdo con lo solicitado en la Tabla 3. Figura 4. Circuito de polarización directa e inversa. Tabla 3. Prueba de polarización directa e inversa. Diodo Voltaje del generador [V] 1N N414 5 Schottky 5 Corriente máxima de recuperación [ua] Tiempo de recuperación [V]

6 7. INFORME 7.1. Presentar las formas de onda obtenidas en la práctica del laboratorio. Realice los comentarios respectivos de cada gráfica Presente los datos tabulados de la práctica Con los datos de la sesión de laboratorio, buscar la hoja de datos del diodo 1N4001 y seleccionar la gráfica de forward voltaje vs forward current como se indica en la Figura 5. Figura 4. Característica de polarización directa para el diodo 1N4001. Ubicar sobre esta gráfica los diferentes puntos encontrados en la Tabla 1 (Tomar en cuenta que las pruebas se realizaron para 3 valores diferentes de voltaje, por lo tanto, deben haber 3 grupos de puntos diferentes). Repetir el procedimiento para los otros diodos Conclusiones y recomendaciones Referencias.. REFERENCIAS.1. Boylestad, R. L., & Nashelsky, L. (2003). Electrónica, Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. PEARSON educación..2. Floyd, T. L. (200). Dispositivos electrónicos (No. Sirsi) i ). Elaborado por: Revisado por: Oscar Gonzales, M.Sc. Jorge Medina, M.Sc. / Dr.-Ing. Marcelo Pozo