Escuela Politécnica Superior de Elche  Componentes Electrónicos  Área de Tecnología Electrónica                              

Componentes Electrónicos Prácticas - Laboratorio Práctica 2: Diodos

                    Ernesto Ávila Navarro     

Escuela Politécnica Superior de Elche Componentes Electrónicos Área de Tecnología Electrónica

Práctica 2: Diodos (Montaje y medida en laboratorio)

Índice: 1.

Material de prácticas

2.

Medida de las características del diodo 2.2. Diodo de unión p-n 2.3. Diodo zener

3. El diodo como componente en un circuito en continua 4. Circuitos recortadores de señal 5. Circuito convertidor de tensión alterna en continua 5.1. Circuito rectificador de media onda 5.2. Filtrado capacitivo de la señal rectificada 5.3. Estabilización de la señal filtrada con diodo zener

1

Escuela Politécnica Superior de Elche Componentes Electrónicos Área de Tecnología Electrónica

En esta práctica se abordará el montaje y medida de circuitos con diodos de unión p-n. Para ello utilizaremos el instrumental disponible en los laboratorios de electrónica básica: - Fuentes de tensión. - Multímetros digitales (voltímetro y amperímetro). - Generador de señal (senoidal, cuadrada, triangular). - Osciloscopio En el primer apartado se medirán las características principales de los diodos: - Tensión de codo (V) y resistencia dinámica (Rf) en diodos. - Tensión de codo (V), tensión zener (Vz), resistencia dinámica (Rf) y resistencia en zona zener (Rz) para los diodos zener. Una vez conocidas las características de los diodos, pasaremos a realizar el montaje de distintos circuitos de aplicación de diodos, tanto de continua como de alterna. En todos los casos se medirán las principales variables de los circuitos (tensión, corriente).

1. Material de prácticas El material necesario para el desarrollo de la práctica es el siguiente: - Placa de inserción. - Resistencias: 100; 470; 1k; 1k2; 3k3. - Condensadores electrolíticos: 10F; 100F. - Diodo rectificador: 2 diodos D1N4148. - Diodo zener: 1 diodo zener de 5.1V.

2

Escuela Politécnica Superior de Elche Componentes Electrónicos Área de Tecnología Electrónica

2. Medida de las características del diodo 2.1. Diodo de unión p-n El objetivo de este apartado es la obtención de los principales parámetros del diodo, que nos permite obtener los modelos de funcionamiento del mismo, la tensión de codo (V) y la resistencia dinámica (Rf). Para ello, considere el circuito de la figura 1. D1N4148

Vin

R1

0

Figura 1. Circuito con diodo

a) Diseñe el valor de la resistencia R1, conectada en serie con el diodo, para que a la máxima tensión de la fuente Vin, que en nuestro caso será de 7 voltios, la potencia disipada por el diodo sea inferior a 80mW y la potencia disipada por la resistencia R1 sea menor a 200mW. Considere que la tensión de codo del diodo es de 0.7V. 

R1 > ……..….

PR1 < 200mW 

R1 > ……..….

PD < 80mW

Resistencia seleccionada 

R1 = ……..….

b) Monte el circuito de la figura 1, con la resistencia seleccionada en el apartado a). Haciendo uso de los multímetros que dispone en su puesto de trabajo, rellene la siguiente tabla: Tensión de entrada

Tensión del diodo

Intensidad del diodo

Vin = 1V

VD =

ID =

Vin = 3V

VD =

ID =

Vin = 5V

VD =

ID =

Vin = 7V

VD =

ID =

c) A la vista de los resultados de la tabla anterior, determine el valor experimental de la tensión de codo del diodo y de su resistencia dinámica. Comente los resultados. V = ……………….………

Rf = ……………………….. 3

Escuela Politécnica Superior de Elche Componentes Electrónicos Área de Tecnología Electrónica

2.2. Diodo zener En este apartado obtendremos los parámetros principales de un diodo zener. Para ello, utilizaremos el circuito de la figura 2. Dz

Vin

R1

0

Figura 2. Circuito con diodo zener

a) Diseñe el valor de la resistencia del circuito, R1, para que la máxima potencia disipado por la misma no supere los 200mW y que la máxima potencia disipada por el diodo zener no supere los 80mW. Para los valores extremos de la tensión de entrada, consulte la tabla del apartado siguiente. Considere que la tensión de codo del diodo es 0.7V y que la tensión zener del mismo es 5.1V PD < 80mW



R1 > ……..….

Diodo en zona zener: PD < 80mW



R1 > ……..….

Diodo en directa:

PR1 < 200mW 

R1 > ……..….

Resistencia seleccionada 

R1 = ……..….

b) Monte el circuito de la figura 2, con la resistencia seleccionada en el apartado anterior. Rellene la siguiente tabla Tensión de entrada

Tensión del diodo

Intensidad del diodo

Vin = -8V

VD =

ID =

Vin = -7V

VD =

ID =

Vin = -6V

VD =

ID =

Vin = -5V

VD =

ID =

Vin = +1V

VD =

ID =

Vin = +3V

VD =

ID =

Vin = +5V

VD =

ID =

c) Con los resultados de la tabla anterior obtenga los siguientes parámetros del diodo zener. Comente los resultados. V = ……………… Rf = …………….. Vz = ……………… Rz = ………………

4

Escuela Politécnica Superior de Elche Componentes Electrónicos Área de Tecnología Electrónica

3. El diodo como componente en un circuito en continua En este apartado evaluaremos el funcionamiento del diodo como dispositivo en un circuito de continua. Para ello, monte el circuito de la figura 3. 1k

D1 D1N4148

+ D1N4148

D2 Vin

3.3k

Vo

4V

0

Figura 3. Circuito de continua con diodo

Rellene la siguiente tabla: Tensión entrada

Intensidad diodo 1

Intensidad diodo 2

Estado de los diodos Diodo 1

Diodo 2

Tensión salida

Vin = -1V

ID1 =

ID2 =

V0 =

Vin = +1V

ID1 =

ID2 =

V0 =

Vin = +3V

ID1 =

ID2 =

V0 =

Vin = +5V

ID1 =

ID2 =

V0 =

Vin = +7V

ID1 =

ID2 =

V0 =

Vin = +9V

ID1 =

ID2 =

V0 =

Vin = +11V

ID1 =

ID2 =

V0 =

Determine para qué valor de tensión de entrada conmuta cada uno de los diodos entre los estados OFF y ON. Diodo 1  conmutación OFF/ON: Vin = ……………………… Diodo 2  conmutación OFF/ON: Vin = ………………………

5

Escuela Politécnica Superior de Elche Componentes Electrónicos Área de Tecnología Electrónica

4. Circuitos recortadores de señal En este apartado se analizarán tres circuitos recortadores de señal con diferentes tipos de señal de entrada (senoidal, cuadrada, triangular).  Ejemplo 1. Considere el circuito recortador de la siguiente figura. Monte el circuito en la placa de pruebas. 2V

D1N4148

+ Vin

1k

Vo

0

Figura 4. Circuito recortador de señal. Ejemplo 1.

La señal de entrada es una onda cuadrada de 6 voltios de amplitud y 1kHz de frecuencia. Conecte directamente el generador de señal al osciloscopio (medida en vacio) y ajuste la señal de entrada a los valores indicados. Una vez ajustada, conecte el generador de funciones al circuito. Visualice en el osciloscopio la señal de entrada y la salida del circuito. Represéntelas indicando los valores máximos y mínimos de cada una de las señales.

Justifique los resultados.

6

Escuela Politécnica Superior de Elche Componentes Electrónicos Área de Tecnología Electrónica

 Ejemplo 2. Monte el circuito recortador de la figura 5. 1k

+ D1N4148 Vin

Vo 2V

0

Figura 5. Circuito recortador de señal. Ejemplo 2.

La señal de entrada es una onda triangular de 6 voltios de amplitud y 1kHz de frecuencia. Represente las tensiones de entrada y de salida del circuito, indicando los valores máximos y mínimos de cada una de estas señales.

Justifique los resultados.

7

Escuela Politécnica Superior de Elche Componentes Electrónicos Área de Tecnología Electrónica

 Ejemplo 3. Considere el circuito recortador mostrado en la figura 6. La tensión de entrada, en este caso, es una señal senoidal de 6 voltios de amplitud y frecuencia de 1kHz. Ajuste esta tensión con el generador de señal y el osciloscopio en vacio y posteriormente conecte el generador al circuito. 2V D1N4148

+ Vin

1k

Vo

0

Figura 6. Circuito recortador de señal. Ejemplo 3.

Represente las tensiones de entrada y de salida del circuito, indicando los valores máximos y mínimos de cada una de estas señales.

Justifique los resultados.

8

Escuela Politécnica Superior de Elche Componentes Electrónicos Área de Tecnología Electrónica

5. Circuito convertidor de tensión alterna en tensión continua En este apartado se analizará el comportamiento de un circuito convertidor AC/DC. Para ello, montaremos en la placa de inserción cada uno de los subsistemas que forman el circuito convertidor y mediremos las tensiones que se obtienen en cada una de ellas, calculando los distintos parámetros característicos de este tipo de convertidores. 5.1. Circuito rectificador de media onda Monte en la placa el circuito rectificador de media de la figura 7. La tensión de entrada del circuito (que en el esquema general del convertidor se correspondería con la salida del transformador) es una señal senoidal de 10 voltios de amplitud y una frecuencia de 50Hz. Ajuste la salida del generador de funciones para obtener esta tensión y alimente el circuito. D1N4148

+ Vin

1.2k

Vo

0

Figura 7. Circuito rectificador de media onda.

Con la ayuda del osciloscopio, represente la tensión de entrada y la de salida del circuito, indicando los valores más representativos de ambas, especialmente los valores de pico.

9

Escuela Politécnica Superior de Elche Componentes Electrónicos Área de Tecnología Electrónica

5.2. Filtrado capacitivo de la señal rectificada Para realizar el filtrado paso bajo de la señal rectificada, se añade un condensador electrolítico, tal y como se indica en la figura 8. D1N4148

+ Vin

C

1.2k

Vo

0

Figura 8. Filtrado capacitivo de la señal rectificada.

 Conecte un condensador de 10F. Represente las tensiones de entrada y salida en el osciloscopio y dibújelas en la siguiente gráfica. Con la ayuda de los cursores del osciloscopio obtenga el rizado de la señal de salida y su valor medio.

Vr = V0m =

10

Escuela Politécnica Superior de Elche Componentes Electrónicos Área de Tecnología Electrónica

 Conecte ahora un condensador de 100F y repita los pasos del punto anterior.

Vr = V0m =

Justifique las diferencias entre los resultados obtenidos para una capacidad de 10F y la capacidad de 100F. Indique las ventajas e inconvenientes de utilizar un valor u otro de capacidad

11

Escuela Politécnica Superior de Elche Componentes Electrónicos Área de Tecnología Electrónica

5.3. Estabilización de la señal filtrada con diodo zener El último paso para obtener una señal continua es la estabilización de la tensión de salida de la etapa de filtrado, para reducir el rizado de la señal. La forma más sencilla de estabilizar esta tensión es mediante el uso de un diodo zener. Considere el circuito de la figura 9, donde a la etapa de filtrado (con condensador de 100F) se ha añadido un diodo zener de 5.1V de tensión zener. D1N4148

470

+ Dz Vin

C

1.2k

Vo

0

Figura 9. Circuito convertidor AC/DC con estabilizado de señal con zener.

Monte el circuito de la figura anterior y represente las señales de entrada y salida del mismo en la siguiente gráfica. Indique los valores máximos y mínimos de ambas tensiones.

Justifique los resultados obtenidos.

12