Diseño, simulación e implementación de circuitos con diodos

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Diseño, simulación e implementación de circuitos con diodos

Bravo Isabel, y Ruiz Johan

{u1803321, u1803344}@unimilitar.edu.co
Profesor: Castro Andrés Pescador

Resumen— Reconocer las regiones de operación de un diodo dependiendo de su polarización diseñando e implementando circuitos para verificar su desempeño como rectificadores, limitadores y regulador.

Palabras clave—Diodos, ánodo, cátodo, modelos de diodos, unión pn.

1. Introducción

R

econocer la región de operación con respecto a la polarización del diodo y las diferentes aplicaciones que tiene.

1. Marco teórico

• Unión pn:

Al introducir dopantes tipo n y tipo p en dos regiones adyacentes dentro de un material semiconductor, conocida como diodo siendo uno de los dispositivos semiconductores más simples con gran variedad de aplicaciones. Dependiendo del voltaje aplicado sobre la unión, se puede encontrar en equilibrio, polarización inversa o polarización directa.

• Polarización:

[pic 3]

Fig.1 Símbolo eléctrico

Si la tensión aplicada tiene su terminal negativo conectado al ánodo y el terminal positivo al cátodo. En esta condición el diodo esta polarizado inversamente comportándose como un capacitor controlado por tensión (varactor).

Si la tensión aplicada tiene su terminal negativo conectado al cátodo del diodo y el terminal positivo al ánodo. En esta condición el diodo esta polarizado directamente y permite el flujo de corriente.

[pic 4]                                        [pic 5]

• Modelos:

[pic 6]

Fig.2 Modelo exponencial

En el modelo exponencial Fig.2, la corriente para cualquier valor de tensión se representa por la ecuación (1). Es la expresión más exacta

para analizar el comportamiento del diodo, sin embargo, al ser las ecuaciones no lineales la solución es tediosa.

[pic 7]

Fig.3 Modelo Ideal

El modelo del diodo ideal Fig.3 se considera el diodo como un interruptor. Este modelo introduce errores considerables, pero permite la inspección rápida de la operación de un circuito.

[pic 8][pic 9]

Fig.4 Modelo Tensión Constante

En este modelo Fig.4, se asume al diodo como un diodo ideal en serie con una

fuente de valor . Este modelo lleva a sistemas de ecuaciones lineales, con errores tolerables siento el modelo más usado para el análisis de circuitos con diodos.[pic 10]

1. COMPETENCIAS A DESARROLLAR

• Identificar las diferentes regiones de operación de un diodo semiconductor de
• acuerdo a su polarización.
• Diseñar, simular e implementar circuitos con diodos para verificar su desempeño
• como limitador, rectificador y regulador de tensión.
• El estudiante debe ser capaz de proponer mejoras a

los circuitos estudiados con base a lo analizado y a los resultados obtenidos.

1. Trabajo previo

• ¿En qué regiones de operación puede polarizarse un diodo?

La región de operación depende de la polarización a la cual es conectado el diodo, sea directa e inversamente polarizado.

• Describir brevemente la operación de un circuito rectificador, un regulador de voltaje y un limitador de tensión:

Un circuito rectificador hay de media onda y de onda completa convirtiendo la señal de entrada en AC a la señal de salida a DC, un limitador como su mismo nombre lo dice limita la señal de salida del circuito, es decir, no deja que la señal de salida sobrepase ciertos valores y un circuito regulador mantiene la señal o tensión de salida constante en las variaciones de la señal o tensión de entrada, o mantener la tensión de salida fija ante las variaciones en la carga.

• ¿Cómo puede disminuirse la tensión de rizo en un rectificador?

Al aumentar el valor del capacitor en el circuito va a disminuir proporcionalmente al ser inversamente proporcionales siendo rectificador de media onda o de onda completa.

[pic 11]

• El principio de funcionamiento de un diodo Zener:

Dispositivos semiconductores, que si se polariza de forma directa se comporta como los demás diodos de estado sólido, pero al polarizarlo de forma inversa         presenta una alta resistencia hasta una tensión inversa critica generando asi la ruptura de juntura; en ese instante la resistencia interna cae generando gran flujo de corriente a través de el y una tensión es sus electrodos constantes.

1. Desarrollo de la práctica

La práctica está dividida en cinco partes, donde va a analizar el funcionamiento de los diodos en sus diferentes aplicaciones.

La primera parte es escoger 8 diodos y con el multímetro medirles el  y sacar el promedio[pic 12]

[pic 13]

Y el promedio 0.5985 para los análisis de los siguientes circuitos.[pic 14]

La segunda parte es el análisis del circuito de la Fig.4 con  y  1N4007 Y  con ||=5.6V  [pic 15][pic 16][pic 17][pic 18]

[pic 19]

Fig.4 Circuito limitador

El análisis teórico del circuito está dado por:

• Si [pic 20]

[pic 21]

[pic 22]

Fig.5 Circuito resultante

• Si [pic 24][pic 23]

[pic 25]

[pic 26]

Fig.6 circuito 2

[pic 27]

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[pic 29]

[pic 30]

[pic 31]

[pic 32]

• Si   y  estan inversamente polarizados actuando como circuito abierto entonces [pic 33][pic 34][pic 35]

Obteniendo los datos de la TABLA II.  mostrando la relación entrada y salida teóricos Fig.9 e implementando el circuito en la simulación la gráfica entrada salida Fig.10 y Fig.8 y por último para la implementación del circuito físico obteniendo en el osciloscopio Fig.11 y Fig.12, mostrando una gran similitud en las gráficas de entrada y salida cambiando de pendiente tres veces.

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