Practica 1 y 2 electronica

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Metodología de la Investigación, Unidad de Competencia II 
Técnicas e Instrumentos 
 
 Electrónica de Potencia 
 
 
Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Unidad de Aprendizaje: Electrónica de Potencia.
OBJETIVO
Que el alumno a través de lo visto en clase, pueda reconocer los datos correspondientes al funcionamiento de los diodos.
Ventajas y desventajas del rectificador de onda completa respecto al de media onda.
MATERIALES Y EQUIPO A UTILIZAR
· Multímetro digital.
· Resistencia de 10 ohms a 3 watt.
· Resistencia de 100 ohms a 3 watt.
· Resistencia de 1K ohm a 3 watt.
· 2 Diodos 1N4001 O 1N4007.
· Tabla protoboard.
· Osciloscopio. 
· Puntas para osciloscopio con terminal de caimán.
· Caimanes.
· Transformador
INTRODUCCION
¿Qué es un diodo semiconductor?
El diodo semiconductor es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede encontrar, prácticamente en cualquier circuito electrónico. Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio.
Viendo el símbolo del diodo en el gráfico se observan: A – ánodo, K – cátodo. 
Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por una juntura llamada barrera o unión. Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el diodo de germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio.
Principio de operación de un diodo
El semiconductor tipo N tiene electrones libres (exceso de electrones) y el semiconductor tipo P tiene huecos libres (ausencia o falta de electrones). Cuando una tensión positiva se aplica al lado P y una negativa al lado N, los electrones en el lado N son empujados al lado P y los electrones fluyen a través del material P más allá de los límites del semiconductor. De igual manera los huecos en el material P son empujados con una tensión negativa al lado del material N y los huecos fluyen a través del material N.
En el caso opuesto, cuando una tensión positiva se aplica al lado N y una negativa al lado P, los electrones en el lado N son empujados al lado N y los huecos del lado P son empujados al lado P. En este caso los electrones en el semiconductor no se mueven y en consecuencia no hay corriente. El diodo se puede hacer trabajar de 2 maneras diferentes:
Polarización directa
Es cuando la corriente que circula por el diodo sigue la ruta de la flecha (la del diodo), o sea del ánodo al cátodo. En este caso la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad comportándose prácticamente como un corto circuito.
Polarización inversa
Es cuando la corriente en el diodo desea circular en sentido opuesto a la flecha (la flecha del diodo), o sea del cátodo al ánodo. En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prácticamente como un circuito abierto.
Nota: El funcionamiento antes mencionado se refiere al diodo ideal, esto quiere decir que el diodo se toma como un elemento perfecto (como se hace en casi todos los casos), tanto en polarización directa como en polarización inversa.
Aplicaciones del diodo
Los diodos tienen muchas aplicaciones, pero una de las más comunes es el proceso de conversión de corriente alterna (C.A.) a corriente continua (C.C.). En este caso se utiliza el diodo como rectificador.
Transformador ideal
El transformador ideal. El transformador eléctrico ideal  es un dispositivo que se encarga de “transformar” el voltaje de corriente alterna (VAC) que le llega a su entrada, en otro voltaje también en corriente alterna de diferente amplitud, que entrega a su salida.
Se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras (vueltas) de alambre conductor. Este conjunto de vueltas se llaman bobinas y se denominan:
– Bobina primaria o “primario” a aquella que recibe el voltaje de entrada y
– Bobina secundaria o “secundario” a aquella que entrega el voltaje transformado.
La Bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una corriente alterna.
Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro. Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo magnético circulará a través de las espiras de éste. Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del “Secundario”, se generará por el alambre del secundario un voltaje. En este bobinado secundario habría una corriente si hay una carga conectada (el secundario conectado por ejemplo a un resistor)
Diodos de potencia
 Los diodos de potencia son uno de los componentes más importantes y más utilizados en los circuitos de potencia, aunque tienen algunas limitaciones que se mencionan a continuación: 
-Son dispositivos unidireccionales. 
-Para pasar de un estado a otro hay que invertir la tensión aplicada. 
-Solo tienen dos terminales, y por lo tanto carecen de electrodo de control. 
Las dos últimas limitaciones mencionadas van ligadas, vienen a decir que no tenemos un mecanismo de control sobre el estado del diodo, y su paso de un estado a otro depende de las formas de onda del circuito. Esto hace que no se requiera circuito adicional de disparo, lo cual simplifica el diseño y es una de las razones por las que su uso está tan extendido. En la figura 1 se muestra la estructura simplificada (unión pn) y el símbolo utilizado. 
El terminal conectado al material tipo p es el ánodo y el conectado al material tipo n el cátodo. La Capa p generalmente es de tipo p+ (Na=1019/cm3). La capa de tipo n está en realidad compuesta de dos capas, una central poco dopada n- (Nd=1014/cm3). Y la otra muy dopada n+ (Nd=1019/cm3). La capa central es la que soporta la mayor parte de la tensión inversa y puede llegar a ser muy ancha en diodos de alta tensión.
 El campo eléctrico máximo que soporta el Silicio es teóricamente 300.000 V/cm, pero debido a impurezas e imperfecciones de la estructura cristalina, en la práctica es de 200.000 V/cm. 
Una unión pn o diodo es capaz de soportar aproximadamente 22.000V/cm. Los materiales más utilizados para la fabricación los diodos de potencia son el germanio y el silicio. El primero tiene una caída de tensión en conducción menor, pero solo soporta temperaturas de hasta 120ºC, y el silicio puede soportar temperaturas de hasta 200ºC y soporta tensiones inversas mayores que un diodo de germanio. El diodo de silicio es el de más aplicación, reservándose el de germanio para los casos en que se manejan bajas tensiones e interesa reducir al mínimo las caídas de tensión en conducción. Los diodos de potencia pueden llegar a soportar intensidades de hasta 3kA en conducción y tensiones inversas de hasta 5kV. 
 Características estáticas 
Los diodos de potencia funcionan de la misma manera que los de señal, pero son capaces de soportar alta intensidad con una pequeña caída de tensión en sentido directo y en sentido inverso deben soportar una alta tensión sin paso de intensidad. Tanto la pequeña caída de tensión en conducción como las corrientes de fugas en corte, así como las características dinámicas que se estudiarán más adelante hacen que no sea un conmutador ideal. 
RECTIFICACIÓN 
Muchos dispositivos o equipos móviles de naturaleza eléctrica o electrónica, como las linternas, los receptores de radio, etc., se alimentan con generadores químicos de corriente continua. Como ya sabemos, el gran inconveniente de este tipo de fuentes, es su limitada vida en el caso de las desechables o el escaso tiempo que permanece la carga o la tensión nominal en los reversibles o recargables. 
En consecuencia, siempre que sea posible, la alimentación de aquellos dispositivos que requieran una corriente continua se realiza con sistemas que se fabrican con elementos eléctricos y electrónicos. Dichos sistemas, de mayor o menor complejidad, pueden estar incorporados a los propios equipos o, por el contrario, ser independientes del aparatoo elemento que necesita estar alimentado con una corriente de determinadas características. Nos referimos a las fuentes o sistemas de alimentación electrónicos.
Generalmente las fuentes de alimentación constan de las siguientes partes: 
1. Un rectificador que convierte la c.a. de la red en una señal pulsante. 
2. Un filtro que reduce las ondulaciones de la tensión de salida, haciendo que ésta sea lo más constante posible.
 3. Un circuito estabilizador que hace que aunque se den variaciones de tensión de red o variaciones de la carga, la tensión de salida no varíe.
RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA
 La función de este circuito es eliminar uno de los dos semiperiodos de una señal alterna senoidal, proveniente del secundario del transformador. El componente electrónico que se usa para este fin es el diodo, que tiene la propiedad de conducir en un solo sentido. 
El esquema y las formas de onda son las que se representan en la figura.
RECTIFICADOR DE DOBLE ONDA CON TOMA INTERMEDIA
 Su nombre viene dado por el hecho de utilizar un transformador de toma intermedia, el cual proporciona dos tensiones en el secundario (Vt1 y Vt2), de igual amplitud pero desfasadas 180°. Esta toma intermedia hace de masa ó punto de referencia de tensiones.
En cada uno de los semi-ciclos de la tensión aplicada, conducirá un diodo y el otro estará polarizado inversamente. Es decir cada semi-ciclo es rectificado por un diodo, obteniéndose en la carga una señal pulsante de doble onda.
RECTIFICADOR DE DOBLE ONDA EN PUENTE 
Esta es otra forma de rectificación en doble onda, en la que vemos que se utilizan cuatro diodos en vez de los dos diodos del circuito anterior. También vemos que el transformador no es de toma intermedia, por lo que resulta más barato. 
El circuito de la figura representa un rectificador puente (PUENTE DE GRAETZ). En este rectificador, los diodos trabajan por parejas. Dos de ellos conduce en un semi-ciclo y los otros lo hacen en el otro semi-ciclo de la señal de entrada. La forma de onda de la tensión de salida es igual al rectificador de doble onda. 
FUNCIONAMIENTO: 
1. SEMICICLO POSITIVO: Cuando el punto A sea positivo respecto a B:
 El diodo D1 queda polarizado directamente y conduce a través de la resistencia RL y del diodo D3, hasta el punto B (A-D1-C-RL-D-D3-B), donde se cierra el circuito. Los diodos D2 y D4 están polarizados inversamente. Se produce dos caídas de tensión Vd1 y Vd3, siendo la tensión en RL
VRL = Vt - (Vd1 + Vd3) = Vt - 1,2V (para Vt>1,2 V.)
2. SEMICICLO NEGATIVO: Cuando el punto A es negativo respecto a B:
 El diodo D2 está polarizado en sentido directo a través de RL y de D4 (B-D2-C-RL-D-D4-A). Los diodos D1y D3 estan polarizados inversamente. Se produce dos caidas de tensión Vd2 y Vd4, siendo la tensión en RL 
VRL = Vt - (Vd2 + Vd4) = Vt - 1,2V (para Vt>1,2 V.)
	DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 
LA PRACTICA REALIZAMOS EL CIRCUITO DE MEDIA ONDA QUE SE PUEDE OBSEERVAR ABAJO TANTO EN FISICO COMO EN ELECTRONICO Y NUESTROS RESULTADOS DEL OSCILOSCOPIO
DIAGRAMA ELECTRICO
DIAGRAMA FISICO
TAMBIEN REALIZAMOS EL DE ONDA COMPLETA
RESULTADOS
reftificador de media onda 
polaridad directa (Vi>0)
Vrms = VP % RAIZ DE DOS
Vrms = 172 % RAIZ DE DOS
Vrms = 121.62 V
VP = 172 V
F = 60 HZ
Vrizo = 16.8-15=1.8
Vrms =16.8______Vmultimetro =15
Verror =12%______Vreal =100%
RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA
1. VPP = 4.8 V
2. Vrms = 6.7882nv
3. Vrizo = [VP] [(F)(Rl)(C)]^ -1
F = 60 HTZ
Rl = 220 
C = 2200
Vrms =6.788______Vmultimetro =4.8
Verror =41%______Vreal =100%
 
Conclusión
La conclusión primordial de esta segunda parte es que es posible rectificar una corriente alterna si uno construye un circuito que conjugue correctamente las variantes resistencia y capacidad eléctrica. Para construir dicho circuito es menester recordar lo que se hizo en la primera parte, en la que, a modo de conclusión, se extrajo que a mayor capacidad eléctrica y a mayor resistencia, un capacitor terda más en descargarse. Este tiempo de descarga es el que va a suplir a la fuente mientras ésta mande corriente en el sentido al que el diodo se opone: por eso es importante que el tiempo de descarga sea el justo.
Bibliografía
 Electrónica de Potencia-Daniel W. Hart-Prentice Hall-2001
Power Semiconductors Circuits-S.Dewan-A. Straughen-John Wiley & Sons-1975
Electrónica de Potencia:Teoría y Aplicaciones-J.Benavent García – A.Abellan. García- E.F.Amorós-Alfaomega S.A.-2002
Fundamentos de la Electrónica de Potencia-K. Heumann-Paraninfo S.A.-1978
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