Proyecto 2 electronica 1

PROYECTO 2

Prof: Francisco OlivaresAsignatura: Lab. De ElectrónicaSección: Saia A

2016Autores: Judith Montilla C.I.: 18.263.657 Fiorella Troiano C.I.: 24.616.234

[Año]

[Título del documento]

[Subtítulo del documento]

judith Verónica Montilla Pirela

Valor Creativo

1

Pre – Laboratorio

1. Defina rectificador de media onda y onda completa. Realice los diseños respectivos.

Rectificador De Media Onda:

El rectificador de media onda es un circuito empleado para eliminar la parte negativa o positiva de una señal de corriente alterna de entrada (vi). Es el circuito más sencillo que puede construirse con un diodo.

Rectificador De 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.

Existen dos alternativas, bien empleando dos diodos o empleando cuatro (puente de graetz).

Puente De Graetz

Autores: Judith Montilla, Fiorella Troiano

Valor Creativo

2

En este caso se emplean cuatro diodos con la disposición de la figura. al igual que antes, sólo son posibles dos estados de conducción, o bien los diodos 1 y 3 están en directa y conducen (tensión positiva) o por el contrario son los diodos 2 y 4 los que se encuentran en inversa y conducen (tensión negativa).

A diferencia del caso anterior, ahora la tensión máxima de salida es la del secundario del transformador (el doble de la del caso anterior), la misma que han de soportar los diodos en inversa, al igual que en el rectificador con dos diodos. esta es la configuración usualmente empleada para la obtención de onda continua

2. Mencione las características de un diodo zéner.

El diodo zener viene caracterizado por:

Tensión Zener Vz. Rango de tolerancia de Vz. (Tolerancia: C: ±5%) Máxima corriente Zener en polarización inversa Iz. Máxima potencia disipada. Máxima temperatura de operación del zener.

3. Dibuje la curva característica de un diodo zéner.

4. Explique el funcionamiento del circuito de la figura 1.


Valor Creativo

3

El diodo está polarizado en inverso. Con este circuito obtendremos datos para graficar la curva en el tercer cuadrante. Debemos calcular el valor del resistor R. Este resistor determina la máxima corriente que soporta el Zéner sin dañarse por exceso de consumo de potencia. Entonces la máxima corriente viene dada por:

Izmax = Pzener / Vz

Para no quemar el Zéner vamos a trabajarlo, por ejemplo, al 70% de su potencia máxima. Entonces calculamos la nueva Iz. Por ley de voltajes, despejamos el valor de R del circuito dado en función de las tensiones y en función de la corriente que absorbe el Zéner.

Usando el simulador Proteus se obtuvieron las siguientes tablas:

Vcc 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5Iz 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,3mA 2,2mA

(mA)Vz 0 500mV 1V 1,5V 2V 2,5V 3V 3,5V 4V 4,5V 4,98V

(Vol)

Ahora invertimos el diodo. Significa que está polarizado en directo, los datos a leer estarán en el primer cuadrante. Utilizamos la misma R del montaje anterior, pero ojo, Vcc no puede pasar de 5V porque es muy probable que se queme algún componente por exceso de corriente.


5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 106,13 13 20 27 34,1 41,2 48,2 50,3 62,4 69,5mA mA mA mA mA mA mA mA mA mA

5,07V 5,09V 5,10V 5,11V 5,11V 5,12V 5,12V 5,13V 5,13V 5,13V

Valor Creativo

4

Al averiguar que componente se quemaría, se llenó la siguiente tabla:

Vcc 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5Iz (mA) 0 8,20 4,81 11,6 18,6 25,6 32,7 34,7 46,8 53,9 61m

AmA mA mA mA mA mA mA mA mA

Vz(Vol) 0 -499 -663 -687 -698 -707 -712 -718 -723 -726 -729mV mV mV mV mV mV mV mV mV mV

*En 13V se quemó la resistencia.

En la primera tabla podemos observar como el voltaje después de superar el valor del diodo se fue manteniendo mientras que la corriente se iba incrementando infinitamente, mientras Vz se mantiene constante.

Y ahora, en la segunda tabla vemos como se quemó la resistencia debido a que la corriente fue creciendo exponencialmente y también su potencia, haciendo que se quemara la resistencia. Esto sucedió, debido a que la tensión se hizo lo suficientemente grande por lo que alcanza un punto en que la corriente crece muy rápidamente con un pequeño aumento de tensión.

5. Defina regulador zéner e indique las ecuaciones de diseño de reguladores.

Un regulador con diodo Zéner ideal mantiene un voltaje predeterminado fijo a su salida, sin importar las variaciones de voltaje en la fuente de alimentación y/o las variaciones de corriente en la carga.

NOTA: En las fuentes de voltaje ideales (algunas utilizan, entre otros elementos el diodo Zéner), el voltaje de salida no varía conforme varía la carga. Pero las fuentes no son ideales y lo normal es que el voltaje de salida disminuya conforme la carga va aumentado, o sea conforme la demanda de corriente de la carga aumente

Diseño De Un Regulador Zéner:

1. Se calcula la resistencia de entrada del regulador Ri. Se puede utilizar una de 2 condiciones:

Condición 1: Ri = (Vsmin – Vz ) / (Ilmax + Izmin).Condición 2: Ri = (Vsmax – Vz ) / (Ilmin + Izmax).

2. Se determina el valor de Izmax y Izmin.

Izmin = 0.1 * Izmax (es decir, el 10 % de Iz max).


Valor Creativo

5

Izmax (máxima corriente del zener).

Izmin (mínima corriente del zener).

3. Se diseña el regulador. (comparar con la información del Savant, diseño electrónico). Rs = RiPara este diseño debe conocerse como dato de entrada Vsmax y Vsmin, es decir el rango de voltaje que manejara el regulador. De igual manera la corriente de carga máxima y mínima (IL).

La potencia del regulador es: PZ = VZ * IZMAX. Y la de la resistencia de entrada Ri es PR = Izmax + Izmin * (Vsmax – Vz).

6. ¿A qué denominamos rmax y rmin en un regulador zener?

Rmax = Es el valor máximo de la resistencia limitadora.

Rmin = Es el valor mínimo de la resistencia limitadora.

Actividades de Laboratorio

1. ANÁLISIS DEL DIODO ZENER COMO COMPONENTE.


Valor Creativo

6

a. Dibujar en el simulador PROTEUS el siguiente circuito:

VI0.5V

R1

220

DZ1N4733A

+88.8Volts

+88.8mA

5.1V0-20Vdc

GND

b. 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).

c. Invertir el diodo, repita el paso 2, anote en la Tabla 2 los valores de IF y VF (F, de “forward”: sentido directo).

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

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

a. 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.

b. En el informe escrito dibuje la curva característica de un diodo Zener de 9V. Explique detalladamente las características.

Gráfica de la Región Polarizada Inversamente


Valor Creativo

7

0 1 2 3 4 5 60

5

10

15

20

25

Gráfico 1

Vz (v)

Iz (m

A)

Gráfica de la Región Polarizada Directamente

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.450

1

2

3

4

5

6

7

8

Gráfico 2

Vf (v)

If (m

A)

Curva Característica del diodo Zener


Valor Creativo

8

En las gráficas del circuito 1, se pueden observar el comportamiento del mismo

tanto en la región de polarización inversa como en la región de polarización directa.

Como es de esperarse, en 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 5.1V. En contraste, los niveles de corriente presentaran variaciones importantes

ante cualquier variación de la tensión de entrada.

En el caso de la región de polarización directa, se puede observar que el diodo

Zener se comporta como un diodo convencional, conduciendo corriente cuando el valor

de voltaje presente en el ánodo es superior al valor de voltaje del cátodo y comportándose

como un circuito abierto en caso contrario. La tensión de salida presentara una ligera

caída de aproximadamente 0.7V.


Valor Creativo

9

Curva Característica del diodo Zener de 9V

En la siguiente grafica se puede ver la curva característica de un 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.

Por otra parte, el diodo se comporta como un diodo convencional en su región de

polarización directa, permitiendo la circulación de corriente cuando la tensión aplicada al

ánodo es superior a la tensión aplicada al cátodo y comportándose como circuito abierto

cuando esta tendencia se invierte.

2. ANÁLISIS DEL RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA I


Valor Creativo

10

1. Monte en el simulador PROTEUS el siguiente circuito

TR1

TRAN-2P2S

BR1

1N4007 X 4

R1120

VoVac

N1 : N2

Vi

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.


Valor Creativo

11

VacVi

RL120

BR1

DF10M

3. ANÁLISIS DEL RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA II.

1. Dibuje en el simulador PROTEUS el siguiente circuito

Vo

Vac

N1 : N2

Vi RL100

D1

1N4007

D2

1N4007

TR1

TRAN-2P3S

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.


Valor Creativo

12

3. Establezca un cuadro comparativo de: Diferencias, Similitudes, Ventajas y

Desventajas, en cuanto al análisis del rectificador de onda completa I y II.

Rectificador I Rectificador II

Similitudes Ambos transfieren energía de entrada a la salida durante

ambas mitades del ciclo de entrada

Diferencias El Rectificador I emplea 4 diodos para cumplir su labor

mientras que el Rectificador II emplea solo 2 diodos

El Rectificador I presenta una caída de tensión mayor (el

doble) que la del Rectificador II, ya que en cada semiciclo

en el Recficador I conducen 2 diodos mientras en el

Rectificador II conduce 1 solo diodo

Ventajas Evita la magnetización

del núcleo del

transformador

No requiere de

transformación con

derivación central

No se produce

magnetización neta

permanente

El punto medio del

secundario puede

utilizarse como masa

circuital común entre


Valor Creativo

13

Solo se hace necesaria

la mitad del número de

vueltas para el

devanado secundario

el secundario y la

carga

Desventajas

Si una terminal de la

fuente se conecta a

tierra, ninguna terminal

de la resistencia de

carga puede

aterrizarse

Requiere

transformador con

derivación central

4. DISEÑO

1. 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.

Vac

N1 : N2

Vi

R1

167.22

TR1

TRAN-2P3S

C12.74mF

R2

155

D51N4733A

D6LED-RED

BR1

DF10M

LABORATORIO

1. Identifica en el siguiente esquema y nombra los elementos que intervienen en la

etapa de:

Entrada.

Reducción de tensión.

Rectificación.

Filtrado.

Regulación.

Salida.


Valor Creativo

14

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.

Para calcular R2, se debe utilizar la información de la hoja de datos del LED Rojo

TLSU114P donde podemos observar que el dispositivo tiene una caída de tensión típica

de 2V cuando sobre el circula una corriente de 20mA, en tanto la tensión del diodo zener

utilizado es de 5.1V. De esta manera, el valor de resistencia R2 vendrá dado por la

siguiente ecuación:

R2=Vz−VledIL

R2= 5.1−220m

R2=155Ω


Valor Creativo

15

Por otra parte, podemos ver en el datasheet que la corriente máxima y mínima de

operación del diodo LED es de 30mA y 10mA respectivamente, con lo cual podemos

utilizar estas corrientes como ILmax e ILmin.

Podemos calcular Izmax empleando la siguiente fórmula:

Izmax=I Lmin∗(Vz−Vsmin )+ ILmax∗(Vsmax−Vz)

Vsmin−0.9∗Vz−0.1∗Vsmax

Considerando que el voltaje a la salida del transformador será una sinusoidal con

amplitud de 12V, luego pasará por el puente rectificador donde se rectificará y sufrirá una

caída de tensión de 1.4V (0.7 por cada uno de los dos diodos que conducen en cada

semiciclo) y finalmente pasa por una etapa de filtrado donde consideraremos en este

diseño un valor de rizo de 0.1V, tendremos que Vsmax y Vsmin tendrán valores de 10.6V

y 10.5V respectivamente.

Izmax=10m∗(5.1−10.5 )+30m∗(10.6−5.1)

10.5−0.9∗5.1−0.1∗10.6

Izmax=10m∗(5.1−10.5 )+30m∗(10.6−5.1)

10.5−0.9∗5.1−0.1∗10.6

Izmax=22.89mA

Procedemos a calcular R1 de la siguiente manera:

R1= Vsmax−VzILmin+ Izmax

R1= 10.6−5.110m+22.89m

R1=167.22Ω

La ecuación para el cálculo de la capacitancia en el condensador C1 viene dada

por:


Valor Creativo

16

C1= Vsmax−VzΔV∗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= 10.6−5.1120∗0.1∗167.22

C1=2.74mF

3. 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.


Valor Creativo

17

1. ¿Cuál es el voltaje de salida en el zener?

5.12Vdc

2. Dibuja el esquema reemplazando el Zener por el IC LM7805 (regulador).

Vac

N1 : N2

Vi

R1

167.22

TR1

TRAN-2P3S

C12.74mF

R2

155

D6LED-RED

VI1 VO 3

GN

D2

U17805

C20.33uF

C30.1uF

BR1

DF10M

3. Monte el circuito, repita los puntos 3 y 4 y compárelo con el circuito del Zener,

establezca un cuadro de diferencias y similitudes.

En la simulación se puede observar como la tensión a la salida del regulador (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 que luego son inyectados como onda de entrada en el regulador y

este finalmente se encarga de llevar a la salida el nivel de voltaje deseado.


Valor Creativo

18

¿Cuál es el voltaje de salida en el regulador?

5Vdc.

Semejanzas y diferencias entre el circuito con diodo Zener y el circuito con

regulador 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 actúe 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 superiores a 8V mientras el voltaje de

salida del Zener presenta ligeras variaciones (en el orden de

unos pocos miliamperes) cuando la tensión aplicada a la

entrada varía.


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