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Práctica N°5: Elementos electrónicos de juntura- Diodos Murillo Trujillo Andy Josué andy.murillo@epn.edu.ec Laboratorio de electrónica industrial, Facultad de Ingeniería Mecánica, Escuela Politécnica Nacional Quito – Ecuador GR1S3, 05:00 – 06:00 p.m Resumen. – Mediante un circuito recortador y rectificador de media onda y onda completa, se pudo recolectar los valores de voltaje eficaz y medio que estos arrojan al compararlos con los teóricos donde todos los elementos son ideales. Palabras clave. _ media onda, diodo, capacitor, recortador de onda, onda completa. I. CUESTIONARIO 2.1 Explicar cómo se prueban diodos con un multímetro. 1) Asegurarse de que la fuente de energía este apagada, no exista tensión en el diodo y los capacitores conectados se encuentren descargados. 2) Ajustar el multímetro para medir voltaje de AC a DC y elegir el modo de prueba de diodos. 3) Conecta los cables de prueba a los extremos del diodo. En el cátodo (extremo con una línea de color blanca, gris o negra) se conectará el cable negro y en el ánodo el cable rojo. [1] ¿Qué medición arroja si el diodo funciona bien? Nos arroja la caída de voltaje del diodo este varía según el material fabricado, generalmente este valor se encuentra entre 0,5 a 0,7 [V] para diodos de silicio y para diodos de germanio su caída de voltaje va de 0,2 a 0,3 [V]. [2] ¿Qué medición arroja si el diodo está deteriorado? Si al conectar el cable negativo en el ánodo y el cable rojo en el cátodo y el multímetro nos arroja la caída de voltaje el diodo no sirve. Ya que el diodo es un dispositivo unidireccional. [2] 2.2 Indicar y explicar el flujo de corriente en cada ciclo del período para el circuito de la Figura 4. Fig. 1. Imagen de la figura 4 según la guía de practica La fuente de voltaje es de corriente alterna, por lo que va a tener 2 ciclos de polarización. Análisis semiciclo positivo Fig. 2.- Representación del flujo de corriente en el semiciclo positivo La corriente de la fuente AC fluye desde el polo positivo (+) hacia el negativo (-) como se muestra en la Fig. 2, en su paso se encuentra con la resistencia y luego pasa hacia el diodo el cual está en polarización directa, por lo tanto, este actuará como una fuente (respetando la polarización que tenía el diodo) DC con un valor de 0,7V teóricos esta se sumará al valor de voltaje de la fuente DC que dada en el circuito finalmente vuelve a la fuente por el polo negativo. Análisis semiciclo negativo mailto:andy.murillo@epn.edu.ec Fig. 3 Flujo de corriente para el semiciclo negativo Para el semiciclo negativo la polarización de la fuente AC cambia, la corriente fluye desde el polo positivo se encuentra con la fuente y luego con el diodo el cual esta siendo polarizado de manera indirecta, entonces actuará como un circuito abierto y el voltaje de salida será la misma que, de entrada. Fig. 4 Diodo en polarización indirecta Fig. 5 Circuito con diodo en polarización indirecta Dado que el diodo no está funciona el voltaje será el mismo voltaje que envié de entrada. 2.3 Presentar los oscilogramas y los datos tomados para el circuito de la Figura 4 y explicar por qué se da la diferencia entre ellos. Calcular errores y presentar ejemplos de cálculo. VDC = 9V Fig. 6.- Imagen senoidal del circuito 1 con VDC=9V VDC = 6V Fig. 7.- Imagen senoidal del circuito 1 con VDC=6V VDC = 3V Fig. 8.- Imagen senoidal del circuito 1 con VDC=3V VDC = 1V Fig. 9.- Imagen senoidal del circuito 1 con VDC=1V La diferencia observada en el osciloscopio se da por el valor de voltaje de la fuente DC en el circuito, con cada valor de la fuente se cambia la polarización del diodo lo cual influye en el voltaje de salida. A continuación, se presenta las tablas de datos: Tabla.1 Datos obtenidos del circuito 1 de la práctica Circuito Recortador - Datos Obtenidos #Dato V - DC [V] Vmáx [V] Vmín [V] 1 9 8 -8 2 6 7 -8 3 3 3,4 -6,2 4 1 1,6 -4,4 Tabla.2 Datos calculados del circuito 1 de la práctica Circuito Recortador – Datos Teóricos #Dato V - DC [V] Vmáx [V] Vmín [V] 1 9 9,7 -8 2 6 6,7 -8 3 3 3,7 -8 4 1 1,7 -8 Tabla .3 Errores % del circuito 1 Error #Dato Vmáx % Vmin % 1 17,52 0 2 4,48 0 3 8,1 22,5 4 5,88 45 Ejemplos de cálculo: 1. Ley de voltaje de Kirchhoff en el semiciclo positivo: 𝑉0 − 0,7𝑉 − 9𝑉 = 0 𝑉0 = 𝑉𝑚á𝑥 = 9,7 [𝑣] 2. Ley de voltaje de Kirchhoff en el semiciclo negativo: 𝑉0 + 8𝑉 = 0 𝑉0 = 𝑉𝑚𝑖𝑛 = −8 [𝑣] 3. Obtención Vpp 𝑉𝑝𝑝 = |𝑉𝑚á𝑥 + 𝑉𝑚𝑖𝑛| 𝑉𝑝𝑝 = |9,7𝑉 + (−8𝑉)| 𝑉𝑝𝑝 = 17,7 [𝑉] 4. Error porcentual 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 % = 𝑡𝑐𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 𝑡𝑐𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑡𝑐𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 ∗ 100 Aplicando los valores de Vmax: 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 % = |9,7𝑉 − 8𝑉| 9,7𝑉 ∗ 100 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 % = 17,52 % 2.4 Presentar los oscilogramas obtenidos en la práctica (se debe apreciar claramente la forma de onda, la escala vertical (voltaje) y la horizontal (tiempo), así como sus valores por división) para las tres variaciones del circuito de la Figura 5. Explicar por qué se da la diferencia entre estas formas de onda Fig. 10.- Forma de onda del rectificador de media onda Fig. 11.- Forma onda del rectificador de media onda con capacitor de 1 uF. Fig. 12.- Forma de onda del rectificador de media onda con capacitor de 1000 uF. Se aprecia que en los 3 casos las formas de onda varían, en el primer caso al estar únicamente el diodo y la resistencia la onda en el semiciclo positivo tiene un valor máximo de 7,3 V y un valor de 0 V en el cuándo se trabaja con el semiciclo negativo de la fuente. En el segundo caso cuando se le conecta un capacitor de 1 uF en paralelo a la resistencia, la onda tiende a subir hasta un valor máximo de voltaje de 7,3 V y empieza a descender hasta un valor de 3,4 V Finalmente, para el tercer caso cuando se conecta un capacitor de 1000 uF se aprecia que la onda de salida no tiene mucha variación pico a pico con un valor de 6,6 mV por lo que si la escala estuviese en voltios se apreciaría casi una línea recta, siendo semejante a una corriente DC que es el objetivo de conectar capacitores a fuentes de voltaje AC. Las variaciones que presentan las curvas se dan por los capacitores, se aprecia que la onda va cada vez rectificándose más mientras se le conecta un capacitor con mayor valor de capacitancia. 2.5 Presentar los datos medidos para las tres variaciones del circuito de la Figura 5 y hallar el error respecto a los valores teóricos. Presentar un ejemplo de cálculo. Comentar sobre los errores encontrados, así como identificar posibles causas y soluciones. Rectificador de media onda Ejemplos de cálculos de los voltajes: 𝑉𝑝 = 8 𝑉 − 0,7 𝑉 = 7,3 𝑉 𝑉𝐷𝐶 = 𝑉𝑝 𝜋 = 7,3 𝑉 𝜋 = 2,3 𝑉 𝑉𝑅𝑀𝑆 = 𝑉𝑝 2 = 7,3 𝑉 2 = 3,65 𝑉 Ejemplos de cálculo del error: 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 % = 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 ∗ 100 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 % = 0,205 𝑉 − 2,1 𝑉 2,1 𝑉 ∗ 100% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 % = 90,238 % Tabla. 4. Valores de voltaje en el rectificador de media onda y el error porcentual. Valor teórico [V] Valor experimental [V] Error porcentual VDC 2,3 1,177 43,95 % Vrms 3,65 2,77 24,11 % Vpp 7,3 7,4 1,369% Rectificador de media onda con capacitor de 1 uF. Tabla. 5. Valores de voltaje en el rectificador de media onda con capacitor de 1 uF y el error porcentual. Valor teórico [V] Valor experimental [V] Error porcentual VDC 1,25 1,1459 8,3 % Vrms 2,81 1,08 6,05 % Vpp 3,95 3,6 1,27% Rectificador de media onda con capacitor de 1 uF. Tabla. 6. Valores de voltaje en el rectificador de media onda con capacitor de1000 uF y el error porcentual. Valor teórico [V] Valor experimental [V] Error porcentual VDC 0,038 0,063 65,78 % Vrms 0,0501 0,0603 20,36 % Vpp 0,372 0,4 7,53% Los mayores errores se presentan en el VDC, la mayor diferencia se presenta cuando se coloca el capacitor de 1000 uF en este los valores de apreciación son diminutos lo cual lo vuelve más susceptible a errores grandes por la apreciación del osciloscopio. Para evitar estos errores es mejor mantener la apreciación de ciertas cifras significativas según lo requiera la situación. 2.6. Presentar los oscilogramas obtenidos en la práctica (se debe apreciar claramente la forma de onda, la escala vertical (voltaje) y la horizontal (tiempo), así como sus valores por división) para las tres variaciones del circuito de la Figura 6. Explicar por qué se da la diferencia entre estas formas de onda. Fig. 13.- Imagen del rectificador de onda completa sin capacitor. Fig. 14.- Imagen del rectificador de onda completa con capacitor de 1 uF. Fig. 15.- Imagen del rectificador de onda completa con capacitor de 1000 uF. La diferencia entre las graficas se debe por la presencia de los capacitores de diferentes valores. Partiendo del rectificador de onda completa se desea linear la señal para convertirlo lo mas aproximado a una señal CD, lo cual se logra conectando capacitores de grandes valores. 2.7. Presentar los datos medidos para las tres variaciones del circuito de la Figura 6 y hallar el error respecto a los valores teóricos. Presentar un ejemplo de cálculo. Comentar sobre los errores encontrados, así como identificar posibles causas y soluciones. Rectificador de onda completa. Ejemplos de cálculos de los voltajes: 𝑉𝑝𝑝 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑎𝑘 = 8𝑉 − 0,7𝑉 = 7,3𝑉 𝑉𝑑𝑐 = 𝑉𝑝𝑝 𝜋 = 2,32 𝑉 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 𝑉𝑝𝑝 2√2 = 2,58 Ejemplos de cálculo del error: 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 % = 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 ∗ 100 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 % = 2,32 𝑉 − 2,29 𝑉 2,32 𝑉 ∗ 100% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 % = 1,19 % Tabla. 7. Valores de voltaje en el rectificador de onda completa y el error porcentual. Valor teórico [V] Valor experimental [V] Error porcentual VDC 2,32 2,29 1,29 % Vrms 2,58 2,32 10,1 % Vpp 7,3 7,2 1,369% Rectificador de onda completa con capacitor de 1 uF. Tabla. 8. Valores de voltaje en el rectificador de media onda con capacitor de 1 uF y el error porcentual. Valor teórico [V] Valor experimental [V] Error porcentual VDC 0,63 0,713 13,17 % Vrms 0,7 0,708 1,14 % Vpp 1,98 2,24 13,13% Rectificador de onda completa con capacitor de 1 uF. Tabla. 9. Valores de voltaje en el rectificador de onda completa con capacitor de 1000 uF y el error porcentual. Valor teórico [V] Valor experimental [V] Error porcentual VDC 0,038 0,025 34,21 % Vrms 0,0501 0,0338 32,53 % Vpp 0,072 0,08 11,11% Los errores pudieron ser provocados por un error humano al tomar mal los valores de voltaje pico en cada caso ya que se limita a las herramientas del laboratorio. El error también es causa de que los cálculos están basados en elementos ideales, cuando en la realidad no es así y existe una ligera variación en los valores con los elementos electrónicos que en la práctica se los suele despreciar si no es grande la diferencia. La solución sería trabajar con elementos más precisos para tomar los valores exactos a la realidad con los cálculos y considerar las variaciones de los elementos que conforman el circuito. 3 CONCLUSIONES Se pudo comprobar la rectificación de las ondas en la resistencia con los circuitos rectificadores de media onda y onda completa, pudiendo ser modificados por otros elementos electrónicos como una fuente DC y capacitores. Se pudo comparar los valores ideales y reales de voltajes en los diferentes circuitos, el margen de error es la diferencia al idealizar los elementos en los circuitos. Por ejemplo, los diodos de silicio suelen variar de 0,6 a 0,7 Volts, pero en la teoría se lo suele suponer con un voltaje de 0,7 V. Se comprobó el recorte de onda ac con el uso de diodos de silicio y fuente de voltaje dc que interfieren en la forma según la polarización ya que esta afecta a los valores como el voltaje pico-pico, voltaje eficaz y medio. Siendo una gran utilidad los diodos para rectificar las ondas de entrada o recortar la señal según lo requiera la carga en el circuito. 4 RECOMENDACIONES Es recomendable repasar la teoría para saber que los datos recolectados sean coherentes y evitar márgenes de errores grandes que signifiquen una practica de laboratorio fallido. Es recomendable tener la configuración del osciloscopio a escalas adecuadas para poder apreciar los valores experimentales con exactitud mediante fotografías ya que estos tienden a variar por decimas durante la experimentación. Es recomendable trabajar en circuitos con valores reales como lo indican en las tablas del fabricante para saber que tanto pueden variar los valores en consideración con los cálculos de circuitos ideales. BIBLIOGRAFÍA [1] FLUKE, «Cómo probar los diodos,» FLUKE, 15 Octubre 2020. [En línea]. Available: https://www.fluke.com/es- ec/informacion/blog/multimetros-digitales/como-probar-los- diodos#:~:text=El%20multímetro%20muestra%20OL%20cuando ,cuando%20el%20diodo%20esté%20abierto.. [Último acceso: 25 Julio 2022]. [2] Dpto. Física y Química, «TEMA 3. CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA,» I.E.S. Padre Manjón, [En línea]. Available: https://fq.iespm.es/documentos/janavarro/electrotecnia/T3_Cir cuitos_CA.pdf. [Último acceso: 4 Julio 2022]. [3] Mecatronica, «Capacitores de plástico,» Bloggertheme, [En línea]. Available: http://mecanicaelectric.blogspot.com/2012/08/capacitores-de- plastico.html. [Último acceso: 4 Julio 2022]. [4] ARROW, «Condensadores de Mica,» ARROW, [En línea]. Available: https://www.arrow.com/es- mx/categories/capacitors/fixed-capacitors/capacitor-mica. [Último acceso: 4 Julio 2022]. [5] «¿Qué es un condensador eléctrico de doble capa?,» NetinBag , [En línea]. Available: https://www.netinbag.com/es/manufacturing/what-is-an- electric-double-layer-capacitor.html. [Último acceso: 4 Julio 2022]. Anexos Fig. 16. Hoja de datos en laboratorio
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