Limitador y Rectificador de Diodos

1

Universidad del cauca., Burbano Hernández., Bohórquez Torres y Orozco Ordoñez.

Limitador de Diodo y Fijador de Nivel de Diodo C.A. Burbano Hernández1, F.J. Bohórquez Torres 2 y M. Orozco Ordoñez 3. Ingeniería física, Facultad de Ciencias Exactas y de la Educación, Universidad del Cauca 1 burbanoh@unicauca 2 franciscoj94@unicauca 3 miguelorozco@unicauca Tel:3132115024



 Resumen— La presente práctica de laboratorio fue realizada con el fin de poner a prueba una serie de circuitos modificadores de señal, concretamente limitadores de diodo y fijadores de nivel de diodo. Bajo modificaciones adecuadas en los circuitos y registrando la forma de la onda de salida correspondiente trazada por el osciloscopio se fueron comparando con la forma original de la onda de la señal de entrada.

Palabras Clave— Diodo, Polarización, Limitador, Fijador de Nivel.

Abstrac: the present practice was maked aiming to prove some signal modifiers circuits, specifically a diode limiter and a diode level setter. Under appropriate modifications on the circuits and registering the waveform of the output signal watched on the oscilloscope, it was compared with the input signal.

 

Determinar la relación entre una entrada tipo onda senoidal y la salida en forma de onda de los limitadores de diodo conectados en serie y en paralelo. Observar el efecto en la onda de salida de los limitadores de diodo con polarización directa e inversa Observar el efecto en la onda de salida de los fijadores de nivel por diodo negativo y positivo.

III. MARCO TEÓRICO A. Limitadores de diodos en serie El comportamiento unidireccional de la corriente los diodos semiconductores permite que los diodos actúen como limitadores

I. INTRODUCCIÓN

L

os diodos son una parte fundamental en el campo de la electrónica actual, con su variedad de aplicaciones en algunas de estas es necesario cuadrar los extremos de una señal de ca o limitar el voltaje de ca para ciertos niveles predeterminados, según lo requiera la aplicación. El dispositivo utilizado para esto se conoce como “limitador”, como su nombre lo indica esta práctica es de limitador de diodo y fijador de nivel de diodo, esto nos permite transformar una señal senoidal en una onda rectangular, limitar el semi ciclo negativo o positivo entre otras funciones.

II. OBJETIVOS Objetivo General:  Verificar efectos del limitador y rectificador de diodo. Objetivos Específicos:

Laboratorio de Dispositivos Activos

Fig. 1 Diodo semiconductor como limitador en serie

Este sencillo circuito constituye un limitador en serie positivo en (a) y negativo en (b), el nombre es debido a que es la parte que limita, en las Fig. 1 y 2 se puede observar el comportamiento de las configuraciones (a) y (b) respectivamente.

Universidad del cauca., Burbano Hernández., Bohórquez Torres y Orozco Ordoñez.

Fig. 2 Ciclo positivo limitado Fig. 1(a)

2

Fig. 5 Fig. 2 Ciclo negativo limitado Fig. 4(a)

De la misma manera, pero invirtiendo la polarización del diodo, el limitador de diodo en paralelo de la Fig. 4 (b) sirve para eliminar el semi ciclo positivo, Fig. 6

Fig. 3 Ciclo negativo limitado. Fig. 1(b)

Fig. 6 Fig. 2 Ciclo positivo limitado Fig. 4(b)

B. Limitadores de diodos en paralelo IV. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

El circuito de la Fig. 4 es un ejemplo de limitador conectado en paralelo dado que la salida está en paralelo con el diodo. Materiales:          

Una fuente de alimentación cd variable y regulada. Un transformador 110 V ca / 60 Hz en primario, 12-0-12 V ca / 60 Hz en secundario o un generador de funciones con capacidad de tensión superior a 12Vpp. Osciloscopio. Una protoboard. 2 conectores caimán-banana. Cables para conexionado. 1 resistor de 120 kΩ a 1/2 W. 2 diodos: 1N4005 (o equivalente). Potenciómetro de 2 kΩ a 2 W.

Fig. 4 Diodo semiconductor como limitador en paralelo

Procedimiento 1: Durante el semi ciclo positivo, la polarización del diodo D1 es inversa y tiene una elevada resistencia inversa la cual hace que el voltaje de salida sea el semi ciclo positivo y recorta el semi ciclo negativo debido a que D1 está en polarización directa y se comporta como un circuito cerrado por lo tanto en el diodo no aparece ningún voltaje como se puede ver en la Fig. 5.

1. 2. 3.

Arme el circuito de la Figura 1. observe la señal de salida y dibújela en fase temporal con la de entrada. Registre en la Tabla 1.

Procedimiento 2: 1. Arme el circuito de la Figura 4. 2. observe la señal de salida y dibújela en fase temporal con la de entrada. 3. Registre en la Tabla 1.

Laboratorio de Dispositivos Activos

3

Universidad del cauca., Burbano Hernández., Bohórquez Torres y Orozco Ordoñez. Procedimiento 3: 1.

V. RESULTADOS

Monte el circuito de la Figura 7.

Fig. 7 Limitador doble diodo Fig. 8 Señal de entrada

2.

Cierre los interruptores S1 y S2, ubique el cursor del potenciómetro en el punto medio de su intervalo de tal forma que VFB = VGB = 3 V.

3.

Abra S2. Observe y mida la onda de salida Vsal. Registre en la Tabla 1.

4.

Cierre S2 y abra S1. Observe y mida la onda de salida Vsal. Registre en la Tabla 1.

5.

Cierre S1. Observe y mida la onda de salida Vsal. Registre en la Tabla 1.

6.

Aumente en forma gradual el voltaje VAA hasta llegar a 12. Observe y mida Vsal. Registre en la Tabla 1.

7.

Disminuya el voltaje VAA hasta 6 V. Observe el efecto sobre Vsal al variar el potenciómetro hacia ambos lados de su posición central.

8.

Establezca el potenciómetro de manera que la polarización medida en D1 sea de +1.8 V y en D2 de 4.2V. Dibuje esta forma de onda en la Tabla 1.

9.

Establezca el potenciómetro de manera que la polarización medida en D1 sea de +4.2 V y en D2 de 1.8V. Dibuje esta forma de onda en la Tabla 1.

Procedimiento 1:

Fig. 9 Comportamiento de la parte a

Fig. 10 Comportamiento de la parte b

Laboratorio de Dispositivos Activos

Universidad del cauca., Burbano Hernández., Bohórquez Torres y Orozco Ordoñez. Procedimiento 2:

Fig. 11 Resultado de la parte a

Fig. 14 Resultado Paso 4

Fig. 12 Resultado de la parte b

Fig. 15 Resultado Paso 5

Procedimiento 3

Fig. 13 Resultado Paso 3

Laboratorio de Dispositivos Activos

Fig. 16 Resultado Paso 6

4

Universidad del cauca., Burbano Hernández., Bohórquez Torres y Orozco Ordoñez.

5

este caso la diferencia de potencial entre los extremos del diodo será igual al voltaje de entrada por lo que en la resistencia no caerá nada y el voltaje de salida será igual a cero. Procedimiento 2 Parte (a): para el semi-ciclo positivo el diodo se encuentra en la región inactiva, es por esto que se puede ver como un circuito abierto y todo el potencial de la fuente por leyes de Kirchhoff se encontrara en los terminales de salida y el voltaje de salida será igual al voltaje de entrada. En el semi-ciclo negativo el diodo se encuentra en polarización directa y se puede ver como un corto circuito es por esto que la caída de voltaje se da sobre la resistencia dejando igual a cero el voltaje en la salida, por esto esté recorta la parte negativa. Fig. 17 Resultado Paso 7

Parte (b): para el semi-ciclo positivo el diodo se encontrará en polarización activa, por lo tanto se puede ver como corto circuito y la diferencia de potencial entre su extremos será cero, así el voltaje de salida será cero, habiendo así un recorte del semi-ciclo positivo. Para el semi-ciclo negativo el diodo se encuentra en polarización inversa, por lo tanto se puede ver como circuito abierto y por leyes de Kirchhoff la diferencia de potencial entre sus extremos será la misma de la fuente. Procedimiento 3

Fig. 18 Resultado Paso 8

VI. ANÁLISIS DE RESULTADOS Procedimiento 1 Parte (a): para el semi-ciclo positivo el diodo se encontrará en la región inactiva y debido a esto se puede ver como un circuito abierto, donde va caer todo el potencial de la fuente por tanto al estar el voltaje de salida en serie con el diodo este será cero y este ciclo se ve recortado Para el semi-ciclo negativo el diodo se encuentra en la región activa y se puede ver como un corto circuito debido a esto el potencial sobre la resistencia es el potencial de la fuente los efectos de trabajar con un diodo no ideal se ven cuando la onda de salida se ve más pequeña que la onda de entrada. Como se puede observar en la imagen el voltaje de salida es mayor que el voltaje de entrada. Esto se debe a los instrumentos de medición y al ruido presente en las señales que pasan por el circuito. Parte (b): Para el semi-ciclo positivo el diodo se encontrará en estado activo, así se puede ver este como un corto circuito, entonces el voltaje de entrada caerá todo en la resistencia y el voltaje de salida será igual al voltaje de entrada. Para el semi-ciclo negativo el diodo estará en polarización inactiva, por lo que se puede ver como un circuito abierto. En Laboratorio de Dispositivos Activos

Paso 3: al estar abierto S2, solo se considerará el efecto de D1. Para el semi-ciclo positivo el diodo 1 se encuentra polarizado en forma activa es por esto que se puede ver como un corto circuito y el voltaje sobre a y b es igual a cero ya que por leyes de Kirchhoff el potencial cae en R1. Para el semi-ciclo negativo el diodo 1 está en región inactiva y se puede ver como un circuito abierto, por leyes de Kirchhoff el potencial en ab es el mismo de entrada. Paso 4: al estar abierto S1, solo se considerará el efecto de D2. Para el semi-ciclo positivo el diodo 2 se encuentra inactivo, por lo que se verá como circuito abierto. En este caso, no hay corriente por el circuito, por lo que en la resistencia no caerá voltaje y todo estará entre los terminales a y b. Y así el voltaje de salida es el mismo que el de entrada. Para el semi-ciclo negativo el diodo 2 se encuentra activo, por lo que se verá como corto circuito, así el voltaje de entrada caerá en su mayor parte en R1 y el voltaje de salida será prácticamente cero. En la figura de este paso, se puede ver que el voltaje de salida en cierto punto para este semi-ciclo es un poco diferente de cero, esto se le atribuye al voltaje que cae en la pequeña resistencia del potenciómetro. Paso 5: para el semi-ciclo positivo el diodo 1 se encuentra en polarización directa y el diodo 2 se encuentra en polarización inversa, es por esto que la caída de potencial se da sobre el diodo 2 que se remplaza por un circuito abierto pero hay que considerar el efecto de la fuente de 6 V el cual para valores mayores al mismo recorta la onda de entrada, puesto que la fuente dc estará polarizando el cátodo de D1 con 6 V y este se comportará como circuito abierto para valores de voltaje de entrada menores a este voltaje. Después de este voltaje, D1 se

Universidad del cauca., Burbano Hernández., Bohórquez Torres y Orozco Ordoñez. comportará como corto circuito, ya que el ánodo estará a un potencial mayor que el cátodo, por lo que el voltaje de salida será igual al de la fuente dc. Para el semi-ciclo negativo D1 se encuentra en región inactiva y d2 en región activa. Debido a esto la caída de potencial se da sobre d1 y por el voltaje dc de la fuente los valores menores a 6v de entrada se ven recortados en la señal de salida, puesto que al estar la fuente polarizando el ánodo de D2 negativamente, este se comportará como circuito abierto sólo hasta el punto en el que el voltaje de entrada sea menor al voltaje de la fuente, ya que al ser el voltaje de entrada menor, D2 se comportará como corto circuito y el voltaje de salida será igual al de la fuente dc. Paso 6: Para este paso, el comportamiento del circuito es el mismo descrito en el paso 7. La diferencia que se ve al cambiar de valor el voltaje de la fuente dc, es que el voltaje pico a pico de la señal de salida aumenta o disminuye con respecto a esta fuente. Paso 7: El potenciómetro está en balanceado, cuando lo variamos lo que genera es un desbalance y lo que se observa es que hace el recorte, ya sea mayor en la parte positiva o mayor en la parte negativa dependiendo de la variación. Las gráficas siguientes se interpretan de manera similar, donde las variaciones se producen por las modificaciones requeridas en el funcionamiento y prueba del circuito.

VII. CONCLUSIONES. 

La posibilidad de modificar una señal según los requerimientos necesarios en un circuito en particular utilizando diodos es posible gracias a que éstos se encienden para polaridades específicas de voltaje. Para estos casos se puede tener control de la corriente que circula en las distintas zonas del circuito simplemente teniendo en cuenta la ubicación estratégica de los diodos.



En un diodo, bajo condiciones tolerables de voltaje y corriente se elimina parcial o totalmente la parte positiva o negativa de una señal senoidal en función a la resistencia interna del diodo, que es representativamente baja cuando se encuentra en polarización directa y alta cuando se polariza inversamente. Esta resistencia es la que define la eficiencia de un diodo para usarlo en circuitos generalmente rectificadores.



La limitación con diodos es posible debido a la baja resistencia directa y -la elevada resistencia inversa de un diodo. VIII. REFERENCIAS

[1] Adel S. Sedra, Circuitos Microelectrónicas, (Editorial Oxford University Press México, S.A de C.V, 2002), pág. 78–126 [2] R. Boylestad, L. Nashelsky. Electrónica: Teoría de Circuitos. México. 6 Edición. Prentice Hall. 1997. pp 1-16

Laboratorio de Dispositivos Activos

6