Guia de LABORATORIO 2 Analogica I

GUIA DE LABORATORIO: ELECTRONICA ANALOGICA I

ING. JOSE TANCARA S.

LABORATORIO 2: CURVA CARACTERISTICA DEL ZENER Y CIRCUITO DIODO RESISTENCIA 1.- OBJETIVO: Determinar la curva característica del diodo zener y la línea de carga de un circuito resistivo con diodo en PD y en PI 2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS: 2.1.- Representar gráficamente la curva característica de un zener en PD 2.2.- Representar gráficamente la curva característica de un zener en PI 2.3.- Graficar la línea de carga, para el zener en PD y para el zener en PI 3.- FUNDAMENTEO TEORICO 3.1 DIODO ZENER: Otro diodo muy utilizado, en las aplicaciones de la electrónica analógica, es el diodo zener, especialmente cuando se pretende estabilizar un determinado voltaje en DC; esta necesidad toma relevancia, especialmente en los reguladores de voltaje. Tiene la característica de conducir en PD, igual que un diodo rectificador, pero también puede conducir en PI, a partir de un determinado voltaje, conocido como VOLTAJE ZENER (Vz); La siguiente figura muestra el cambio abrupto de la corriente, cuando el voltaje es igual o superior al Vz, se puede aproximar a una recta, prácticamente vertical, si se logra despreciar la resistencia del zener.

Fig.1: Curva característica de un diodo zener

Respetando la polaridad definida para la corriente y el voltaje de un diodo en general, el diodo zener requiere un voltaje negativo para conducir, en PI, una corriente negativa; estando representada con una grafica en el tercer cuadrante del plano i(v). El voltaje zener es un voltaje finito que por lo general es el voltaje que define el voltaje a ser regulado, por tal diodo; Los valores mas usuales están entre 3v y 15voltios; estos voltajes de conducción inversa, son demasiado bajos, comparados con los voltajes inversos de los diodos rectificadores, que por lo general sus voltajes de conducción inversa están por encima de 1000v. Un diodo rectificador, intensionalmente, mientras trabaja, no debe acercarse al voltaje de conducción inversa, solo debe trabajar en la región delimitada de la PI sin conducción, hasta la zona de PD, con 1

conducción. En cambio un zener al ser parte de una fuente regulada, trabaja en la región zener, solamente, con un voltaje prácticamente constante y una corriente delimitada por la carga, que no debe sobrepasar el límite de potencia del zener. Comúnmente las potencias de los zeners son de 0,5 y de 1 watt; en caso de ser necesario mayores potencias, se deben acoplar diodos zener en paralelo o en serie, dependiendo que se desea aumentar, corriente o voltaje, respectivamente. La siguiente figura muestra el modelo del zener a tener que adoptar, dependiendo donde se encuentre trabajando:

Fig.2: Modelo del diodo zener, según la región de operacion

En la región zener, el modelo mas próximo a la realidad del zener muestra una fuente Vz en serie con una resistencia rZ ; el voltaje corresponde a la asíntota trazada en la región zener, intersectada por el eje horizontal. Y la resistencia del zener, corresponde al inverso de la pendiente de dicha asíntota. Otra aproximación, pero menos próxima a la realidad, es el modelo representado solo por la fuente Vz, despreciando la resistencia del zener. 3.2 DIODO LINEA DE CARGA: Cuando se tiene un circuito en DC, con diodos y resistores, como el de la figura 3, hallar la corriente y voltajes, es posible resolver analíticamente, pero tomando en cuenta que el diodo es un elemento lineal, con su corriente en función de su voltaje a través de la ecuación de Shockley, que es una ecuación exponencial; siendo un procedimiento tedioso de resolver.

Fig.3: Circuito Modelo del dodo y resistencia, en DC

Otro procedimiento, disponible, es el método grafico; siendo necesario para ello, la representación grafica de la característica del diodo, pero con el cuidado de tener una buena escala, en la representación de los voltaje y corrientes, en vista que la solución sale de agregar la recta de carga y hallar la intersección con la curva característica del diodo, tal como se muestra en la siguiente figura:

Fig.4: Solución grafica del circuito diodo resistencia

Para graficar la recta de carga, se debe partir de la ley de Kirchhoff de voltajes, aplicado al circuito:

(ec.1) Considerando una ecuación lineal de la corriente del diodo en función del voltaje del mismo, es posible definir dos puntos. Uno de ellos corresponde al valor del voltaje, cuando la corriente es cero; El otro punto corresponde al valor de la corriente, cuando el voltaje es cero. Obteniendo de esta manera los dos puntos con los que intercepta a ambos ejes. La solución del voltaje y corriente con el que trabaja el diodo en el circuito, corresponde al punto Q. 4.- MATERIAL - 1 Fuente DC regulada y ajustable - 2 Multímetros - 1 Protoboard - 1 Resistor de 330 o 470 ohmios, en 3W - 1 diodo rectificador - 2 diodos zener de diferente voltaje. - Cables de conexión 5.- PROCEDIMIENTO 5.1 Verificación del circuito implementado y los componentes a utilizar

- Identificar las perillas de ajuste y los terminales de la fuente. - Verificar el valor óhmico del resistor. - Identificar los terminales Ánodo y cátodo de los diodos 5.2 Implementar, en el protoboard, el circuito que permita examinar el comportamiento del diodo rectificador y de los diodos zener, cuando todos ellos se encuentran en polarización directa, de acuerdo al diagrama circuital de la figura 5:

Fig.5: Diagrama circuital a implementar,en PD

5.3 Funcionamiento del circuito: 5.3.1 Implementación en polarización directa: -

La fuente debe ser ajustada a diferentes niveles de voltaje, por lo menos en 5 niveles, comenzando de 0v, hasta un máximo que permita el diodo más pequeño y la potencia de la resistencia. El voltímetro V1 permite medir el voltaje en la resistencia R1 y el voltímetro Vy, permite medir el voltaje en los diodos, dependiendo del comnutador. - Para cada nivel de voltaje, de la fuente, medir con el voltímetro Vy, el voltaje de cada diodo, mientras se desplaza el conmutador, activando a cada diodo uno tras otro. - Llenar la tabla, con el registro de las lecturas de los voltímetros. 5.3.2 Implementación en polarización inversa; en el anterior circuito, solo se debe invertir la fuente, el resto del circuito permanece intacto, no se debe volcar los instrumentos ni los diodos. Los voltajes en los diodos serán negativos. Considerar el siguiente diagrama:

Fig.6: Diagrama circuital a implementar,en PI

6.- REGISTRO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES 6.1: Informacion nominal del resistor Informacion nominal del resistor Resistencia Potencia

ohmio watts

6.2: Toma de datos, con los diodos en polarización directa: Datos experimentales obtenidos con diodos en polarizacion directa Voltimetro: Vx Voltimetro: Vy Vfuente Voltaje en R1 VD Vfuente (voltios) (Voltio) (mV) (voltios)

Voltimetro: Vx Voltimetro: Vy Voltaje en R1 Vz1 (Voltio) (mV)

Vfuente (voltios)

Voltimetro: Vx Voltimetro: Vy Voltaje en R1 Vz1 (Voltio) (mV)

1 2 3 4 5 6 7

6.2: Toma de datos, con los diodos en polarización inversa:

Datos experimentales obtenidos con diodos en polarizacion inversa Voltimetro: Vx Voltimetro: Vy Vfuente Voltaje en R1 VD Vfuente (voltios) (voltios) (mV) (V)

Voltimetro: Vx Voltimetro: Vy Voltaje en R1 Vz1 (mV) (V)

Vfuente (voltios)

Voltimetro: Vx Voltimetro: Vy Voltaje en R1 Vz1 (mV) (V)

1 2 3 4 5 6 7

7.- PROCESAMIENTO DE LA INFORMACION 7.1 Completar la siguiente información para el diodo rectificador (diodo D), utilizando la ley de Kirchhoff de voltajes y la ley de Ohm. Esta tabla contiene los voltajes y corrientes, tanto en PD como en PI

Resultados obtenidos para cada diodo Vd (mV)

Id (mA)

1 2 3 4 5 6 7

En polarizacion directa

Vd (V)

Id (mA)

8 9

En polarizacion inversa

10 11 12 13 14 7.2 Volver a trabajar el 7.1, pero para cada uno de los diodos zener 7.3 Graficar las curvas características de cada diodo, tomando en cuenta tanto la polarización directa como la inversa. Una grafica para cada diodo. 7.4 Compare las graficas y observe como los diodos zener si pueden conducir también en inversa. 7.5 Trace la recta asintótica a la conducción en PI, para cada diodo zener. Determine el voltaje zener y la resistencia del zener en PI

8.- CUESTIONARIO 8.1 Considere el siguiente circuito, con una resistencia de 600 ohmios y el diodo rectificador (D), en serie con una fuente que cambia su voltaje de 1 a 5 voltios, Determine el rango de la corriente y del voltaje del diodo. Utilice el método grafico, trazando la línea de carga, primero para 1 voltio de la fuente y luego otra línea de carga para 5 voltios de la fuente. 8.2 Considere el siguiente circuito, con una resistencia de 600 ohmios y el diodo zener (Z1), en serie con una fuente que cambia su voltaje de 10 a 15 voltios, Determine el rango de la corriente y del voltaje del zener Z1. Utilice el método grafico, trazando la línea de carga, primero para 1 voltio de la fuente y luego otra línea de carga para 5 voltios de la fuente. 8.3 Graficar la curva característica equivalente de los 2 zeners (en la zona de conducción en inversa), si trabajan en conexión serie. 8.4 Graficar la curva característica equivalente de los 2 zeners (en la zona de conducción en inversa), si trabajan en conexión paralelo.

8.5 Resolver los siguientes circuitos. Considere si hay algún diodo que conduce, su caída de voltaje es 0,7v (segunda aproximación) :

ACLARACION: La obtención de las mediciones experimentales, van a ser obtenidas y explicadas, en cuanto a su procedimiento, en un video adjunto.