Circuitos Limitadores, Fijadores y Duplicadores de Tension

CIRCUITOS LIMITADORES, FIJADORES Y DUPLICADORES DE TENSION SEMICONDUCTORES Y DISPOSITIVOS ELECTRONICOS

INGENIERIA ELECTRICA

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIA

CIRCUITOS LIMITADORES, FIJADORES Y DUPLICADORES DE TENSION

Informe del Curso Semiconductores y dispositivos electrónicos

DOCENTE: 

Ing. ESQUIVIAS BARRAGAN, Paul

AUTOR: 

VILLALOBOS GALVAN, Raúl

CICLO: V HUANCAYO – PERÚ NOVIEMBRE – 2014

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PRIMERA PARTE FUNDAMENTO TEORICO: CIRCUITO FIJADOR.- Una de las aplicaciones prácticas de los diodos semiconductores son los llamados fijadores de nivel o restauradores de componente continua. Estos circuitos basan su funcionamiento en la acción del diodo, pero al contrario que los limitadores no modificarán la forma de onda de la entrada, es decir su voltaje o tipo de corriente eléctrica, sino que le añaden a ésta un determinado nivel de corriente continua. Esto puede ser necesario cuando las variaciones de corriente alterna deben producirse en torno a un nivel concreto de corriente continua. Existen cuatro tipos básicos:  Fijador positivo: hace que el menor nivel alcanzado por la señal sea 0, fijando el nivel de referencia en un valor positivo.  Fijador negativo: el mayor nivel alcanzado es 0, en otras palabras desplaza el nivel de referencia hacia un valor menor que 0.  Fijador positivo polarizado: añade el efecto de la polarización de una batería pudiendo ser de dos tipos, según la disposición de la fuente de polarización.  Polarizado positivo: desplaza la señal hacia niveles positivos, permaneciendo la salida incluso en sus valores más bajos por encima de 0.  Polarizado negativo: desplaza la señal hacia un nivel más positivo, pero parte del semiciclo negativo de la señal de entrada Vi sigue teniendo valores negativos.  Fijador negativo polarizado: Se diferencia del polarizado positivo en la inversión del diodo; existen dos tipos igualmente, polarizado positivo y polarizado negativo. Ahora en ambos casos el desplazamiento es hacia valores negativos. CIRCUITO LIMITADOR.- Un limitador o recortador es un circuito que permite, mediante el uso de resistencias y diodos, eliminar tensiones que no nos interesa que lleguen a un determinado punto de un circuito. Mediante un limitador podemos conseguir que a un determinado circuito le lleguen únicamente tensiones positivas o solamente negativas, no obstante esto también puede hacerse con un sólo diodo formando un rectificador de media onda, de forma que nos vamos a centrar en un

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tipo de limitador que no permite que a un circuito lleguen tensiones que podrían ser perjudiciales para el mismo.

Implementar en el protoboard el circuito de la Figura 1:

Figura 1

1.- Aplique una señal senoidal de 60 Hertz al circuito con una amplitud de 7 voltios pico y verifique con una punta de osciloscopio la tensión de salida del circuito entre el punto marcado como Vout y la masa del circuito. ¿Cuál es la tensión positiva máxima de salida y la tensión negativa máxima de salida? Medir con un multímetro la tensión que se presenta entre masa y punto marcado como X. Grafique la forma de onda de salida.

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60.35Hz 4.935 VAC x Raíz de 2

4.47vac

4.24vdc

2.- Reduzca la tensión pico de la onda senoidal a 100 mv pico y grafique la onda resultante de salida. ¿Encuentra diferencia respecto de la onda obtenida en el paso 1? De haber diferencias explique las posibles razones.  Se reduce a tensión pico de 392 mv.  Diodo no conduce porque V< a 0.7v

3.- Ampliar la frecuencia de la señal de entrada de 60 hz a 1 Khz y repetir el paso 1 para esa frecuencia. ¿Encuentra diferencias en ambos casos? De ser cierto explique las posibles causas.

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4.- Reemplazar el diodo 1N4007 por el diodo 1N914 en el circuito de la figura 1 y repetir los pasos 1 a 3.

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SEGUNDA PARTE FUNDAMENTO TEORICO: CIRCUITO DUPLICADOR DE TENSIÓN.- Los duplicadores de voltaje producen el doble de tensión en DC (corriente directa) de la que podría producir un rectificador común. Se pueden implementar de dos diferentes maneras: duplicadores de media onda y duplicadores de onda completa y en ambos casos la frecuencia de la tensión de rizado es la misma que la de la tensión de entrada. En el caso de la rectificación de onda completa en los rectificadores tradicionales, la frecuencia de la tensión de rizado es el doble de la frecuencia de la tensión de entrada. En el circuito doblador de tensión, la tensión que se aplica sobre los diodos, es el doble, por lo que estos deberán soportar el doble de tensión. La característica de tensión de los capacitores dependerá del circuito en particular. La ventaja del duplicador de voltaje de media onda es que tiene una línea, que es común a la entrada y salida. Esta línea se puede tomar como común o tierra y se puede conectar al chasis o base metálica del equipo que se desea alimentar.

Implementar en el protoboard el circuito de la Figura 2:

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Figura 2

Dónde:

D1 = D2 = 1N914 C1 = C2 = 2200 uF/25 V

1.- Aplique una señal senoidal de 60 Hertz al circuito con una amplitud de 2 voltios pico y verifique con un multímetro la tensión en el condensador C1, anotando dicho valor. C1

0.64 v

2.- Utilizando las puntas del osciloscopio verifique la tensión presente en los puntos X e Y graficando ambas tensiones ¿Cuál es el valor de la tensión en el punto Y? Su resultado equivale al doble de la tensión pico inyectada por el generador? TENSION XY TENSION Y DOBLE TENSION

1.63 v 1.63 v 2.49 v

3.- Reducir la frecuencia de la señal de entrada de 60 hz a 40 hz y repetir el paso 1 para esa frecuencia.

VOLT. C1 VOLT. XY

0.31 v 2.48 v

4.- Ampliar la frecuencia de la señal de entrada de 60 hz a 1 khz y repetir el paso 1 para esa frecuencia VOLT. C1 VOLT. XY

0.32 v 2.48 v

5.- Comparar los resultados de los pasos 2, 3 y 4 ¿Qué puede concluir del comportamiento del circuito en los tres caos?  La variación de tensión es mínima, mientras que la variación de los puntos XY son constantes

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CONCLUSIONES. Limitadores de tensión o recortadores son circuitos que emplean como elemento fundamental el diodo. Su misión es recortar la señal de entrada en un cierto sentido según se disponga el diodo y una tensión continua auxiliar.  Lo que hace el circuito fijador de nivel es agregar una componente de corriente continua a la señal a la forma de la señal original que ha sido respetada y lo que ha sucedido es un desplazamiento vertical de dicha señal.  Este circuito se utiliza para la generación del alto voltaje requerido en los tubos de rayos catódicos, tubos de rayos X, para alimentar fotomultiplicadores para detectores de rayos gamma. También se utiliza para la generación de altos voltajes para experimentos de física de alta energía.

OBSERVACIONES.-

 Un multiplicador de tensión sin cargar con una impedancia se comporta como un condensador, pudiendo proporcionar transitorios de elevada corriente, lo que los hace peligrosos cuando son de alta tensión. Habitualmente se agrega una resistencia en serie con la salida para limitar este transitorio a valores seguros, tanto para el propio circuito como ante accidentes eventuales.

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BIBLIOGRAFIA.http://www.unicrom.com/Tut_duplicadores-tension.asp

http://es.wikipedia.org/wiki/Multiplicador_de_tensi%C3%B3n http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo https://www.google.com.pe/search?q=limitadores+de+tension&espv=2&biw=1366&bih= 667&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=VxFxVLaeE4ynNuWahEA&sqi=2&ved=0 CBoQsAQ#facrc=_&imgdii=_&imgrc=RdcXqDCZOS9ayM%253A%3BKmCmv5Ezs6yvQ M%3Bhttp%253A%252F%252Fupload.wikimedia.org%252Fwikipedia%252Fcommons %252F1%252F18%252FLimitador_de_tensi%2525C3%2525B3n.png%3Bhttp%253A% 252F%252Fes.wikipedia.org%252Fwiki%252FLimitador%3B351%3B170 http://es.wikipedia.org/wiki/Fijador_de_nivel

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ANEXOS

Anexo N° 01

MULTÍMETRO.- Es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma (con alguna variante añadida).

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Anexo N° 02

GENERADOR DE FUNCIONES.- Un Generador de Funciones es un aparato electrónico que produce ondas senoidales, cuadradas y triangulares, además de crear señales TTL. Sus aplicaciones incluyen pruebas y calibración de sistemas de audio, ultrasónicos y servo.

Este generador de funciones, específicamente trabaja en un rango de frecuencias de entre 0.2 Hz a 2 MHz. También cuenta con una función de barrido la cual puede ser controlada tanto internamente como externamente con un nivel de DC. El ciclo de máquina, nivel de offset en DC, rango de barrido y la amplitud y ancho del barrido pueden ser controlados por el usuario.

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PARTES: 1.

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Botón de Encendido (Power button). Presione este botón para encender el generador de funciones. Si se presiona este botón de nuevo, el generador se apaga. Luz de Encendido (Poweron light). Si la luz está encendida significa que el generador esta encendido. Botones de Función (Functionbuttons). Los botones de onda senoidal, cuadrada o triangular determinan el tipo de señal provisto por el conector en la salida principal. Botones de Rango (Range buttons) (Hz). Esta variable de control determina la frecuencia de la señal del conector en la salida principal. Control de Frecuencia (Frecuency Control). Esta variable de control determina la frecuencia de la señal del conector en la salida principal tomando en cuenta también el rango establecido en los botones de rango. Control de Amplitud (Amplitude Control). Esta variable de control, dependiendo de la posición del botón de voltaje de salida (VOLTS OUT), determina el nivel de la señal del conector en la salida principal. Botón de rango de Voltaje de salida (Volts Outrange button). Presiona este botón para controlar el rango de amplitud de 0 a 2 Vp-p en circuito abierto o de 0 a 1 Vp-p con una carga de 50W . Vuelve a presionar el botón para controlar el rango de amplitud de 0 a 20 Vp-p en circuito abierto o de 0 a 10 Vp-p con una carga de 50W. Botón de inversión (Invert button). Si se presiona este botón, la señal del conector en la salida principal se invierte. Cuando el control de ciclo de máquina esta en uso, el botón de inversión determina que mitad de la forma de onda a la salida va a ser afectada. La siguiente tabla, muestra esta relación.

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Control de ciclo de máquina (Duty control). Jala este control para activar esta opción. Offset en DC (DC Offset). Jala este control para activar esta opción. Este control establece el nivel de DC y su polaridad de la señal del conector en la salida principal. Cuando el control está presionado, la señal se centra a 0 volts en DC. Botón de Barrido (SWEEP button). Presiona el botón para hacer un barrido interno. Este botón activa los controles de rango de barrido y de ancho del barrido. Si se vuelve a presionar este botón, el generador de funciones puede aceptar señales desde el conector de barrido externo (EXTERNAL SWEEP) localizado en la parte trasera del generador de funciones. Rango de Barrido (Sweep Rate). Este control ajusta el rango del generador del barrido interno y el rango de repetición de la compuerta de paso. Ancho del Barrido (Sweep Width). Este control ajusta la amplitud del barrido. Conector de la salida principal (MAIN output connector). Se utiliza un conector BNC para obtener señales de onda senoidal, cuadrada o triangular. Conector de la salida TTL (SYNC (TTL) output connector). Se utiliza un conector BNC para obtener señales de tipo TTL.

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Anexo N° 03

OSCILOSCOPIO.- En un osciloscopio existen, básicamente, dos tipos de controles que son utilizados como reguladores que ajustan la señal de entrada y permiten, consecuentemente, medir en la pantalla y de esta manera se puede ver la forma de la señal medida por el osciloscopio, esto denominado en forma técnica se puede decir que el osciloscopio sirve para observar la señal que quiera medir. Para medir se lo puede comparar con el plano cartesiano. El primer control regula el eje X (horizontal) y aprecia fracciones de tiempo (segundos, milisegundos, microsegundos, etc., según la resolución del aparato). El segundo regula el eje Y (vertical) controlando la tensión de entrada (en Voltios, mili voltios, micro voltios, etc., dependiendo de la resolución del aparato). Estas regulaciones determinan el valor de la escala cuadricular que divide la pantalla, permitiendo saber cuánto representa cada cuadrado de ésta para, en consecuencia, conocer el valor de la señal a medir, tanto en tensión como en frecuencia. (En realidad se mide el periodo de una onda de una señal, y luego se calcula la frecuencia).

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Anexo N° 04

PROTOBOARD.- Una placa de ruebas (en inglés: protoboard o breadboard) es un tablero con orificios conectados eléctricamente entre sí, habitualmente siguiendo patrones de líneas, en el cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para el armado y prototipo de circuitos electrónicos y sistemas similares. Está hecho de dos materiales, un aislante, generalmente un plástico, y un conductor que conecta los diversos orificios entre sí. Uno de sus usos principales es la creación y comprobación de prototipos de circuitos electrónicos antes de llegar a la impresión mecánica del circuito en sistemas de producción comercial.

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Anexo N° 05

FUENTES DE ALIMENTACIÓN REGULADA.- La corriente alterna es la más usada en la actualidad por su fácil distribución, pero muchos de los componentes electrónicos que usamos necesitan de corriente continua para su funcionamiento. Es por ello que es necesaria la fuente de alimentación. Ésta es capaz de transformar la corriente alterna (220v o 110v en algunos países) a corriente continua a través de procedimientos que se explicaran más adelante. Las características de una fuente alimentación son distintas dependiendo del uso que se le vaya a dar así como asegurar la estabilidad del circuito. Es por eso que existen sin número de fuentes alimentación Con distintos diseños orientados a diferentes usos y explicaremos una de todo ese gramaje de fuentes que existen.

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Anexo N° 06

DIODO 1N4007.- 1N4007 es uno de los diodos de una serie muy utilizados en infinidad de equipos electrónicos. Se utiliza principalmente para convertir la corriente alterna en directa. Su encapsulado es de tipo DO-41.  PRINCIPALES CARACTERISTICAS.     

Tensión inversa de pico máximo: 1KV (VRR) máx. Tensión máxima en un circuito rectificador de madia onda con carga capacitiva: 500 V (Vef) Rango de temperatura: - 65 ºC a +125 ºC Caída de tensión: 1,1 V (VF) máx. Corriente en sentido directo: 1 A (If) Corriente máxima de pico: 30 A (Ifsm) máx.

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Anexo N° 07

DIODO 1N914.- Es un diodo de cromo que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas, recibe ese nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin Zener. El diodo Zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura. Son mal llamados a veces diodos de avalancha, pues presentan comportamientos similares a estos, pero los mecanismos involucrados son diferentes. Además si el voltaje de la fuente es inferior a la del diodo éste no puede hacer su regulación característica. Si a un diodo Zener se le aplica una corriente eléctrica del ánodo al cátodo (polarización directa) toma las características de un diodo rectificador básico (la mayoría de casos), pero si se le suministra corriente eléctrica de cátodo a ánodo (polarización inversa), el diodo solo dejara pasar una tensión constante. En conclusión: el diodo Zener debe ser polarizado al revés para que adopte su característica de regulador de tensión.

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Anexo N° 08

CONDENSADOR ELECTROLITICO 2200 uF/ 25 v.- Es un tipo de condensador que usa un líquido iónico conductor como una de sus placas. Típicamente con más capacidad por unidad de volumen que otros tipos de condensadores, son valiosos en circuitos eléctricos con relativa alta corriente y baja frecuencia. Este es especialmente el caso en los filtros de alimentadores de corriente, donde se usan para almacenar la carga, y moderar el voltaje de salida y las fluctuaciones de corriente en la salida rectificada. También son muy usados en los circuitos que deben conducir corriente continua pero no corriente alterna.

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Anexo N° 09

RESISTENCIA ELECTRICA.- Se le denomina resistencia eléctrica a la igualdad

de oposición que tienen los electrones al desplazarse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán Georg Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre.

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