UNIVERSIDAD POLITECNICA DE CHIAPAS

TEMA: CIRCUITOS CON DIODOS

MATERIA: ELECTRONICA ANALOGICA

CATEDRATICO: ING. JUAN MANUEL MARTÍNEZ CONSTANTINO

ALUMNOS:

TEODULO IVÁN BRAVO CRUZ MANUEL ALEXIS MENDEZ DIAZ

GLORIA RUBI MORENO LARA VICTOR MANUEL SIERRA VALADEZ

CARRERA: ING. EN MECATRONICA

GRADO Y GRUPO:

3° “A”

FECHA: 26/06/14

ANTECEDENTES Los diodos son componentes electrónicos que permiten el paso de la corriente en un solo sentido. Es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede encontrar prácticamente en cualquier circuito electrónico. Uno de los motivos de su importancia es el por el cual le llaman diodo ideal. Se le dice diodo ideal aquel que tenga características semejantes a las de un interruptor; permitir la conducción de corriente en una sola dirección, dependiendo de la polaridad en la que se encuentre conectado el diodo. Sus terminales son llamadas ánodo y cátodo, el primero tiene aplicado un potencial positivo, y en la otra terminal tiene aplicado una potencia negativa. Los diodos son clasificados en los siguientes tipos: Diodos rectificadores: Son aquellos dispositivos semiconductores que solo conducen en polarización directa (arriba de 0.7 V) y en polarización inversa no conducen. Estas características son las que permite a este tipo de diodo rectificar una señal. Los hay de varias capacidades en cuanto al manejo de corriente y el voltaje en inverso que pueden soportar.

Diodo Zener :

Es un semiconductor que se distingue por su capacidad de mantener un voltaje constante

en sus terminales cuando se encuentran polarizados inversamente, y por ello se emplean

como elementos de control, se les encuentra con capacidad de ½ watt hasta 50 watt y para

tensiones de 2.4 voltios hasta 200 voltios.

El diodo zener polarizado directamente se comporta como un diodo normal, su voltaje

permanece cerca de 0.6 a 0.7 V.

DIODO EMISOR DE LUZ:

Es un diodo que entrega luz al aplicársele un determinado voltaje. Cuando esto sucede,

ocurre una recombinación de huecos y electrones cerca de la unión NP; si este se ha

polarizado directamente la luz que emiten puede ser roja, ámbar, amarilla, verde o azul

dependiendo de su composición.

INTRODUCCION

El presente trabajo hace alusion a las diferetes formas de emplear un diodo, usando la informacion obtenida en clases y por medio de la investigacion para llevar acabo ese cometido. A partir de conocer la definicion de lo que es el diodo ideal se realizaron las siguientes practicas ; comenzando con la elaboracion de compuertas logicas con ellas, dando a conocer como eran construidas estas durante sus primeros años. El uso del diodo como rectificador de media y completa onda, con o sin capacitores para este ultimo, estos tipos de circuitos deben su importancia por el hecho de poder convertir la CA a CC . La utilizacion de diodos y capacitores para poder crear un multiplicador de tension, el cual, como su nombre lo indica, multiplica el voltaje de entrada a la cantidad que se desee dependiendo de los terminos que se presentan en el reporte. Y por ultimo, el uso diodos Zener para la creacion de un rectificador, dando como punto de partida el conocer que los diodos Zener pueden necestitar diferentes voltajes para activarse . Ya sin más preámbulos, se presenta el siguiente reporte basado en prácticas realizadas con las funcionalidades que se pueden originar a partir de un diodo.

DESARROLLO

PRIMERA PRÁCTICA - Compuertas con diodos:

Como su nombre lo indica, este tipo de compuertas son bloques de circuitería que aceptan y arrojan valores lógicos, esto significa que arrojan valores de 1 y 0.

Dependiendo del tipo de compuerta, estas arrojaran diferentes valores dependiendo de los valores de entrada, para acomodar de manera sencilla dichas combinaciones se utiliza lo que llamamos tablas de verdad.

Dentro de la cantidad de compuertas que existen, son tres las que resaltan: and, or y not. Las 3 compuertas a simular para esta práctica serán las primeras dos mencionadas, mientras la tercera a realizar será la compuerta nand, que por así decirlo, es una combina de los circuitos and y not, dando como resultado una compuerta que si recibe los mismos valores de entrada que una and, arrojara valores lógicos contrarios a los que daría la anterior.

A continuación se presentan las compuertas realizadas para las practicas efectuadas en clase.

OR

MATERIALES

2 diodos 1N4004

1 Resistencia de 1k ohm

1 Led

1 Protoboard

1 Eliminador de 5v

2 Jumpers

PROCEDIMIENTO:

Guiándonos en el siguiente diagrama, procedimos a realizar la compuerta or. Iniciando con colocar los diodos en el protoboard con la polaridad que se indica en el ejemplo, (los cátodos de ambos diodos se encuentran en dirección a la resistencia, la cual a su vez se encuentra en serie con el Led) todo ello en el protoboard. Luego el eliminador fue conectado al protoboard para ser utilizado como fuente y los jumpers como las “entradas” de cada diodo.

FUNCIONAMIENTO:

Recordando la tabla de verdad de una compuerta or, esta mandara una señal al encontrarse en una de las siguientes combinaciones, 1 1, 1 0, 0 1, lo cual en los diodos seria si se le mandase una señal de 1, o en otras palabras si se le aplicase voltaje. Debido al sentido en que se encuentran, si se le aplica voltaje a uno de ellos, el voltaje entraría en el ánodo del diodo, dejando pasar el voltaje y llegaría hasta el Led, encendiendo al último. Es por ello que solo con la combinación 0 0 no llegaría el voltaje necesario para alimentar al Led.

NAND

MATERIALES

2 diodos 1N4004

1 Resistencia de 1k ohm

1 Led

1 Protoboard

1 Eliminador de 5v

2 Jumpers

PROCEDIMIENTO:

El ensamblaje de esta compuerta es básicamente la misma que la del anterior, exceptuando el sentido en que fueron colocados los diodos, lo cual se puede apreciar mejor en el siguiente diagrama.

FUNCIONAMIENTO:

Como se indica en la tabla de verdad, solo con la combinación de 1 1 el Led no encenderá, ello es así por que como se observa en el diagrama, si se le aplica voltaje a ambos diodos, entraría por el cátodo, impidiendo así que el voltaje llegase al Led.

AND

MATERIALES

2 diodos 1N4004

1 Resistencia de 1k ohm

1 Led

1 Protoboard

1 Eliminador de 5v

2 Jumpers

PROCEDIMIENTO:

La elaboración de la compuerta and con diodos es similar mas no igual a la compuerta nand, ambos tienen la polaridad de sus diodos hacia la misma dirección, pero en este caso se le agrega otra entrada de voltaje además del uso de otra resistencia, como se indica en el siguiente diagrama (sin tomar en cuenta los valores de la resistencia y voltaje usados).

FUNCIONAMIENTO:

El and solo funciona con la siguiente combinación: 1 1, por lo anterior al revisar el circuito, si se entra en 1 1 los diodos, estos impedirán el paso del flujo de voltaje, haciendo así que el único voltaje que actué sobre el Led fuera el voltaje extra añadido, y si se utiliza en cualquier o en ambos un valor de cero, conectarlos a tierra, dejarían al diodo con la posibilidad que el voltaje extra transité en ellos, impidiendo que llegase hasta el Led, por lo tanto así3 se comprueba la tabla de verdad, reconociendo a este circuito como un and.

CONCLUSION

Las compuertas lógicas al ser creadas en un inicio con diodos nos facilito el poder realizar dicha práctica, concluyendo así también la relación que mantienen estas dos ramas de la electrónica: la analógica y la digital, además del funcionamiento interno de dichas compuertas y el por qué de sus principios técnicos.

SEGUNDA PRÁCTICA – Rectificadores con diodos

Rectificador de media onda

Para comprender mejor que son los rectificadores de media es buena idea el analizar su significado, por así decirlo, por partes. Los circuitos que permiten que la corriente fluya en una sola dirección se le llaman rectificadores. Y a este tipo en especifico se les dice de media onda, debido al hecho que eliminan la mitad de la señal que se produce.

MATERIALES:

1 diodo 1N4004

1 Resistencia de un K ohm

1 Transformador de 110 a 6v

1 Protoboard

1 Multimetro

Cable utp cortado y de tamaños varios

PROCEDIMIENTO:

Se comenzó colocando el diodo en el protoboard de manera que la terminal negativa de esta pudiera ser conectada en serie con la resistencia (como se muestra en el diagrama siguiente), después utilizamos el cable a manera de puente para facilitar el cierra del circuito y como último paso conectamos las terminal positiva del transformador a la parte positiva del diodo, y su parte negativa al puente que conectaba desde la salida de la resistencia, ya con esto fue cerrado el circuito. Después de realizar esta práctica procedimos a cambiar el sentido del diodo dentro de circuito, invirtiendo sus polaridades con respecto a las que tuvo en la práctica anterior.

Ya para finalizar, se midieron los valores de voltaje de salida en ambos casos para comparar sus resultados, los cuales fueron también comparados con los valores arrojados por los cálculos de conversión de CA a CC.

FUNCIONAMIENTO

La utilidad del rectificador de media onda, como ya se había mencionado con anterioridad, es el de dejar pasar la corriente en una sola dirección, en este caso, esto posible debido al hecho del diodo ideal, el cual dice que si la terminal negativa del diodo se encuentra conectado a positivo, este procederá a actuar como un switch que se encuentra abierto, es decir, que no permite que el circuito este cerrado, impidiendo que el flujo de corriente pase por esa dirección. Para ejemplificar esto haremos uso de las graficas que representan las salidas de voltaje de CA Y CC respectivamente.

Esto ocurre debido a que cuando el generador alterno comience a producir la onda senoidal (es decir que comienza en 0 y da valores de 1 y -1 cada medio radian) , el diodo sólo permitirá que pase corriente mientras éste sea polarizado directamente, es decir, cuando al ánodo del diodo se le aplique una polaridad positiva. Durante el semiperiodo negativo el diodo no conducirá, por lo que la carga no será alimentada, y por ello la corriente sale como se indica en la grafica derecha.

Durante la práctica esto fue comprobado, realizando el circuito de dos formas, una con el cátodo del diodo conectado a positivo y la forma inversa a este. Por la cual con la primera la tensión de salida es 0, mientras que con el último ocurre lo contrario y es posible apreciar otro funcionamiento del rectificador, el cual es convertir la señal de corriente CA a CC. Analizando los resultados de los cálculos con los resultados de la medición física, se puede notar una pequeña, mas no tan gran diferencia, confirmando tanto que los cálculos como el ensamblaje del circuito fueron realizados de manera correcta.

Los cálculos y formulas empleados para esta práctica fueron los siguientes:

Vp = Voltaje pico Vca= Voltaje de corriente alterna Vd = Voltaje del diodo

Vdc = Voltaje de corriente directa

Vp = (Vca * 2^.5) - Vd Vp = (6 v * 2^.5) - .7v Vp =8.4852 v - .7v Vp= 7.78 v

Vdc = Vp/π Vdc=2.478 v

CONCLUSION

Se comprueba para el rectificador de media onda, que la mitad de la señal de entrada se rectifica mediante el circuito construido.

Rectificador de onda completa

Este rectificador tiene una tensión de entrada igual a la mitad de la tensión del secundario, esto es como tener 2 rectificador de media onda. La frecuencia de salida se duplica; esto se puede comparar midiendo la entrada y salida.

La fórmula para calcular esto es la sig.:

Ejemplo:

El esquema nos muestra un rectificador de onda completa que debido a la conexión de intermedia esto hace que el diodo 1 conduzca sobre el ciclo positivo y el diodo 2 el negativo a su vez y como resultado de esto es que la corriente rectificada pase por los dos diodos.

A continuación se muestra como se hizo la práctica y sus materiales utilizados:

MATERIALES:

1 transformador de 110v a 6v

2 Diodos 1N4004.

Un protoboard.

Una resistencia de 1K ohm.

Cable utp cortado de medidas varias.

Los diodos van conectados en paralelos al igual que la resistencia.

Después solo medimos con el multímetro en paralelo a la resistencia.

Así que el rectificador nos sirve como un interruptor.

El mismo rectificador pero con capacitor seria el mismo procedimiento y el capacitor se conecta en paralelo a la resistencia y se mide igual. Esto nos sirve para que no haya mucha caída de voltaje.

Rectificador de onda completa con puente

Mediante el uso de 4 diodos en vez de 2, este diseño elimina la necesidad de la conexión intermedia del secundario del transformador. La ventaja de no usar dicha conexión es que la tensión en la carga rectificada es el doble que la que se obtendría con el rectificador de onda completa con 2 diodos.

Este rectificador es muy parecido al de onda completa y ahora la mitad positiva del ciclo se conduce por los diodos 1 y 3, y la otra mitad en los diodos 2 y 4 como se muestra en las figuras:

La diferencia más importante es que la tensión inversa que tienen que soportar los diodos es la mitad de la que tienen que soportar los diodos en un rectificador de onda completa con 2 diodos, con lo que se reduce el costo del circuito.

CONCLUSIÓN

Esta práctica nos sirvió para saber que el voltaje en un circuito no decaiga y se utilice el voltaje necesario para no quemar el circuito. Aprendimos que al poner un capacitor en el circuito ayuda para estabilizar el voltaje y no haya tanta variación.

Vimos que la única diferencia entre el rectificador de onda completa y el de puente es que en el primero el ciclo positivo del circuito se conduce por un solo diodo, igual en el ciclo negativo y el de puente se conduce dos diodos.

MULTIPLICADOR DE VOLTAJE

La función del multiplicador de voltaje (también conocido como multiplicador de tensión) es un circuito eléctrico que convierte la tensión, desde una fuente de corriente alterna a una de corriente directa de mayor voltaje través de etapas con diodos y condensadores. Con ella se podrá multiplicar el voltaje dependiendo del número de fases que se utilicen, siendo el mínimo el uso de fases para poder multiplicar el voltaje CD de salida.

MATERIALES 1 transformador de 110v a 6v 1 protoboard 4 capacitores de diferentes voltajes (25v, 35v, 50v y 100v) 4 diodos 1N4004 1 multimetro Cable utp cortado y de tamaños varios

PROCEDIMIENTO Para esta práctica procedimos a armar el circuito respecto al siguiente diagrama

Como se muestra en el diagrama, comenzamos a colocar a C1 de manera que su terminal negativa se encuentre en serie a la salida positiva del voltaje aplicado (transformador) y su terminal positiva en serie al cátodo del diodo, ahora hablando de este, su ánodo va a la terminal negativa del transformador, teniendo así una fase. Para realizar su segunda fase es básicamente el mismo procedimiento, exceptuando que la terminal negativa del capacitor C2 ira en serie al ánodo del diodo antes mencionado, y el ánodo de C2 ira en serie al cátodo de un nuevo diodo (D2). Para la tercera fase se procede a conectar al cátodo de C3 en serie al ánodo de D2, y su ánodo con el cátodo de D3. Para finalizar con la 4 fase se aplica el mismo procedimiento usado para la segunda fase, simplemente en vez de de utilizar a D1, C2 y D2 se utilizaron a D3, C4 y D4 respectivamente. Y para concluir el armado del circuito simplemente se puenteo desde la entrada de corriente negativa hasta el ánodo de D1, otro puente para unir a C1 y C3, en fin, en todos los lugares en cuales el diagrama muestra una simple línea o mejor dicho un cable.

Concluyendo el armado, se procedió a realizar las mediciones pertinentes, tomando como puntos de partida para ello ambas terminales del primer capacitor (C1), el cual fue similar al voltaje pico de nuestro transformador, la próxima medición que se realizo fue con respecto a C2, el cual arrojo una medida casi al doble del voltaje anterior, lo que ocurrió con C3 Y C4 fue un incremento de 3 y 4 veces mayor al voltaje en C1. FUNCIONAMIENTO La capacidad del circuito anterior para multiplicar el voltaje de entrada que se le aplica se debe a los capacitores, estos El condensador, conectado inmediatamente después del diodo, se carga con el flujo eléctrico ininterrumpido del diodo. Mientras la corriente fluye desde el condensador hacia otro arreglo de diodo rectificador y condensador, el voltaje general se incrementa a la salida del circuito multiplicador. Cuando el circuito es alimentado se puede observar en el diagrama superior que D1 está en conducción y D2 está, por así decirlo “abierto”, por lo que cargará el condensador C1 con el valor del Vp del transformador. Con respecto a la segunda fase, los diodos cambian su condición en forma opuesta es decir, D1 entra en corto y D2 pasa a conducir. En esta fase, empieza la carga de C2 hasta el doble de Vp, pero con un signo por así decirlo negativo, debido a que sus diodos se encuentran inversos respecto al paso de la corriente. A partir de la tercera y cuarta fase, se puede decir que pasa lo mismo que en esta última fase, sin embargo, en la fase 3, por la posición de las polaridades de sus diodos con respecto a C3, Vp se encontrara al doble, pero con signo positivo. Con lo anterior se puede resumir a lo siguiente: C1 se carga a Vp. C2 se carga a -2Vp. C3 se carga a 2Vp. C4 se carga a -2Vp. La función de duplicador, triplicador y cuadriplicador son correspondiente a los puntos desde donde se encuentre midiendo el voltaje, por ejemplo; si se mide C2, C3 y C4, todos tendrán V= 2Vp, aunque con signos opuestos, pero si se mide desde C1 hasta C3 sería lo mismo a sumar sus voltajes; VC1+VC2=Vp+2Vp=3Vp, Lo mismo ocurre con C2 y C4; -2Vp + (-2Vp)= -4Vp. Como una última nota, los valores de lo capacitores son para que estos puedan resistir el voltaje de la fase donde se encuentren, por ello, al irse multiplicando el voltaje, cada capacitor debe ser mayor a su antecesor para evitar riesgos de fallo en el circuito (explosión de capacitores). CONCLUSION Como conclusión los multiplicadores de tensión son circuitos eficientes para la obtención de un voltaje deseado mayor al voltaje con el que disponemos, esto puede es muy útil para prácticas en las cuales es necesario un voltaje muy grande y el cual no disponemos en el momento, además de también desempeñar la función de rectificador, por lo tanto, son circuitos muy completos y funcionales siempre y cuando se tomen las medidas necesarias de prevención para su elaboración.

RECTIFICADOR CON DIODOS ZENER Los diodos Zener como cualquier diodo, permiten el paso de corriente cuando se encuentra su ánodo en serie a un voltaje positivo. Sin embargo, además de ello, basan su funcionamiento en el efecto zener, de ahí su nombre. Ahora, explicando el efecto zener, este dice que con la aplicación de un voltaje inverso suficiente, una unión p-n experimentará una rápida rotura de avalancha, y fluirá corriente en dirección inversa dentro del diodo.

Este componente es capaz de trabajar en dicha región cuando las condiciones de polarización lo determinen y una vez hayan desaparecido éstas, recupera sus propiedades como diodo normal, no llegando por este fenómeno a su destrucción salvo que se alcance la corriente máxima de zener I máx indicada por el fabricante.

MATERIALES

1 protoboard 1 diodo 1N4001 3 diodos Zener de diferente voltaje de activación (4v, 10v y 12v) 1 resistencia de 1K ohm 1 transformador de 110v a 6v Duplicador de tensión (Multiplicador de dos fases) Cable utp cortado de diversos tamaños PROCEDIMIENTO Basándonos en el diagrama siguiente se realizó el ya mencionado circuito.

Comenzamos con colocar la resistencia de 1 K ohm en serie con el cátodo del primer diodo Zener (Dz1), al cual su ánodo fue conectado en serie con Dz2, el ánodo del ahora mencionado lo colocamos en serie con el ánodo de D y este a su vez va en serie de cátodo a cátodo con Dz3. Para cerrar el circuito se utilizaron un par de cables utp cortados, ubicadas en la salida libre del resistencia y la otra al ánodo de Dz3, los cuales van hacia las terminales del voltaje aplicado, positiva y negativa respectivamente. Al ser necesario que el voltaje aplicado sea CD se tuvo que conectar al transformador al duplicador de voltaje. Ya conectado todo se procedió a medir con el multimetro a los capacitores, arrojando cada capacitor alrededor de una cuarta parte del voltaje total aplicado (con el duplicador). FUNCIONAMIENTO Como se mencionó en al inicio del reporte de esta práctica en particular, los diodos Zener funcionan a través del principio por el cual deben su nombre, el efecto Zener, siendo estos diodos capaces de dejar fluir la corriente cuando ellos se encuentran polarizados de manera inversa al flujo de la corriente, esto es posible a que cuando el diodo Zener está polarizado de esta forma y con pequeños valores de tensión, se alcanza la corriente inversa de saturación prácticamente estable y de magnitudes despreciables a efectos prácticos. A partir de lo anterior se explica el por qué en cada diodo se almacenos solo una fracción del voltaje aplicado, cada uno solo deja pasar un voltaje corriente menor al aplicado debido a que solo almacenan fracciones de ella. CONCLUSIÓN El diodo Zener debe ser polarizado al revés en contraste a los diodos normales para que adopte su característica de regulador de tensión. Además de que gracias a que su activación depende de un voltaje en específico, ayuda el momento en que ciertos circuitos deben desempeñar ciertas funciones cuando se encuentran alimentados por una serie de voltajes determinados.

CONCLUSIÓN

Como conclusión, los diodos son elementos importantes en la electrónica que nos rodea hoy en día, que para su comprensión hay que estar al tanto de ciertos conocimientos relativos a su funcionamiento y comportamiento.

Los diodos son de gran versatilidad, se pueden implicar en muchos aspectos con el propósito de resolver algún problema.

Uno de los aspectos más importantes del diodo es que no solo existe un solo tipo de ellos, debido a que se han desarrollado diversos de ellos para poder abarcar más de un área de aplicación, además como ya mencione anteriormente, son muy versátiles, y con un solo tipo de ellos pudimos realizar diversos circuitos con diferentes finalidades apoyándonos de otros componentes tales como los capacitores.

En conclusión, los diodos son parte de la base de la electrónica, tanto de la digital como de la que la vio nacer, haciendo realidad con ellos una infinidad de circuitos a construir, todos ellas con funciones diferentes, dando nuevamente a demostrar su versatilidad.

BIBLIOGRAFIA PDF CIRCUITOS CON DIODOS http://datateca.unad.edu.co/contenidos/201419/contLinea/leccin_5_diodo_zener_y_led.html http://datateca.unad.edu.co/contenidos/201419/contLinea/leccin__1_diodos_semiconductores.html file:///C:/Users/Sony/Downloads/Capitulo_3_-_Circuitos_con_diodos_Diodos_zener.pdf http://prezi.com/dzs0hs2iabc2/rectificador-de-media-onda-y-onda-completa/ http://html.rincondelvago.com/rectificado-de-media-onda.html http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema4/Paginas/Pagina4.htm http://electronicadpe.wikispaces.com/2.1+Circuito+rectificador+de+media+onda http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema4/Paginas/Pagina17.htm