2011 MI. Mario Alfredo Ibarra Carrillo Facultad de ingeniería 11/03/2011
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3 Objetivos: 1. Que el alumno estudie las propiedades y comportamientos del diodo zener. 2. Que el alumno implemente un circuito regulador de tensión. Lista de experimentos 1. La curva característica del diodo zener en polarización inversa. 2. El regulador de tensión.
4 Material Osciloscopio Multímetro 2 generadores de funciones Analizador de espectros Fuente de poder dual Adaptadores BNC-Banana Adaptadores BNC-Caimán Cables Banana-Caimán Cables Caimán-Caimán Pinzas de punta Pinzas de corte Alambre número 20 1 protoboard 1 diodo 1N4742A El circuito de la práctica pasada: transformador, puente de diodos, capacitor de 1000.
5 Instrucciones para el reporte Tanto para el cuestionario previo como para el reporte: Copie la carátula de la práctica presente anotando los nombres de los integrantes del equipo por apellido. o Puede rehacer la carátula para tenerla en formato digital. o Se resta un punto de la calificación si no anota su nombre por apellido. Anote el número de grupo de laboratorio. El cuestionario previo se evalúa aparte de la realización de la práctica. Anote en su reporte lo que se pide reportar en cada pregunta de los experimentos. Sus respuestas deben estar numeradas de acuerdo a la pregunta que intentan responder. No olvide expresar sus comentarios tal como se indica al final de la práctica. Cuestionario previo 1. Cuál es la potencia máxima que disipa el diodo zener ( )? 2. Cuál es el voltaje de ruptura del zener (o simplemente el voltaje de zener)? 3. Considerando el puente de diodos con capacitor que implementó en el práctica pasada Cuánto fue el voltaje que midió en los extremos de la resistencia? Este circuito puente con capacitor se emplea como fuente de poder para todo tipo de equipo electrónico. Debido a que la señal que entrega este circuito tiene un rizo, se le anexa un circuito regulador. El circuito regulador que se implementará para su circuito puente consta de una resistencia y de un diodo tal como se ve en la figura 1. Para calcular la resistencia se deben realizar los siguientes cálculos. Figura 1. Circuito regulador de voltaje simple y basado en zener.
6 1. La potencia que el zener disipa es dato conocido así como su voltaje de inversa. Calcule entonces la corriente máxima que puede circular por el zener mediante la fórmula de la potencia. = 2. Considere que el puente de diodos entrega un voltaje de directa ó. A su vez, el voltaje del zener ( ) ya se conoce. Calcule entonces la caída de tensión en la resistencia. = 3. Ya se conoce la corriente que debe circular por la resistencia así como la caída de tensión en la misma. Calcule entonces el valor de la resistencia mediante la ley de Ohm. = Emplee una resistencia de un valor inmediato superior al calculado por UD.
7 Experimento 1. La curva característica del diodo zener en polarización inversa 1. Arme el circuito de la figura 2. 2. Varíe el voltaje de la fuente según indica tabla 1. 3. (1 pt) Registre los valores de voltaje y corriente en la tabla 1. Reporte la tabla. 4. (1 pt) Genere y reporte la gráfica de corriente contra voltaje de zener. Figura 2. Circuito usado para obtener experimentalmente la curva caracterítisca del diodo zener. Tabla 1. Curva característica del diodo zener polarizado en inversa. Vf I Vz [V] [ma] [V] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
8 Experimento 2. El regulador de tensión Arme el circuito de la figura 3. El transformador, el puente de diodos y capacitor ya fueron implementados en la práctica pasada. Agregue la resistencia que se calculó en el cuestionario previo y agregue el zener Conecte el circuito al osciloscopio y al multímetro tal como indica la figura 3. (1 pt) Reporte el oscilograma y el voltaje del multímetro. (1 pt) Toque el diodo zener con el dedo y reporte si está caliente o frio. Figura 3.Circuito correspondiente a una fuente de voltaje regulada. Nota: El circuito regulador con resistencia y diodo es la forma más básica e ineficiente de regulación de voltaje. El diodo zener, al avanzar el tiempo disipa una gran cantidad de energía y que no será transmitida al circuito que se polarice con esta fuente.
9 Apéndice A. El diodo zener Curva característica del diodo zener El diodo zener es un tipo especial de diodo preparado para trabajar en la zona inversa. Cuando se alcanza la denominada tensión de ruptura o tensión de zener, en polarización inversa, el diodo recorta la onda de tensión, de este modo mantiene la tensión constante entre sus terminales dentro de ciertos márgenes. La figura 5 ilustra la curva característica en polarización inversa. Si la corriente es muy pequeña la tensión empezará a disminuir, pero si es excesiva puede destruir el diodo. Figura. Curva característica del diodo zener en polarización inversa. Esta propiedad hace que el diodo Zener sea utilizado como regulador de tensión en las fuentes de alimentación. Circuito regulador Diodo Zener Es el regulador de tensión más sencillo. Consiste de una resistencia en serie con el diodo zener tal com ilustra la figura 6. Figura 6. Circuito regulador del zener.
10 Cuando la tensión de entrada aumenta se produce un aumento de la corriente de entrada, como la tensión del diodo zener es constante, absorbe el exceso de corriente, mientras la resistencia absorbe esta variación de tensión. En el caso contrario, si la tensión de entrada disminuye, se produce una disminución de la corriente de entrada, como la tensión del diodo zener es constante, la tensión en la resistencia es la que disminuye. Del circuito en la figura 6 se deduce que para que el zener estabilice correctamente, la tensión mínima a su entrada (UIN), debe ser mayor que la tensión de referencia del zener (Vz). También hay un límite de tensión máxima debida a las limitaciones de potencia del dispositivo. Si se cumplen estas premisas, la tensión en la carga será muy aproximada igual a la del zener.