circuitos-diodos-con-carga-rc-y-rl.docx
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En esta práctica de laboratorio veremos las respuestas de los circuitos de diodos en serie con una carga RC y una carga RL, se observara la señal de cada componente en las dos polarizaciones de un diodo y se comprobaran los cálculos con las simulaciones y las mediciones.
In this lab we will see the answers circuit diode in series with an RC load and a load RL, each component signal is observed in the two polarizations of a diode and calculations with simulations and measurements were checked.
Keywords: Diode, Diode load RC, Diode load RL.
I. OBJETIVO GENERAL
Observar las señales generadas por las dos formas de polarización en serie del diodo con carga RC y carga RL.
II. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Entender el funcionamiento de un diodo polarizado en forma de rectificador monofásico de media onda positiva y negativa, con una carga RC y una carga RL.
Comprender las señales de salida presentes en cada uno de los elementos de los diferentes circuitos.
III. INTRODUCCIÓN
La práctica de laboratorio está enfocada a realizar los cálculos y buscar la respuesta de polarización de un diodo, en polarización directa e inversa, con carga RC (Resistencia y Condensador) y RL (Resistencia y Inductor), dando como resultado cuatro circuitos a probar y comprobar según las simulaciones y los cálculos realizados, en los cuales se verá la señal de cada elemento utilizado en cada uno de los cuatro circuitos.
IV. MARCO TEORICO
1. DIODO SEMICONDUCTOR
Ahora que los materiales tanto tipo n como tipo p están disponibles, podemos construir nuestro primer dispositivo electrónico de estado sólido. El diodo semiconductor, con aplicaciones demasiado numerosas de mencionar, se crea uniendo un material tipo n a un material tipo p, nada más que eso; sólo la unión de un material con un portador mayoritario de electrones a uno con un portador mayoritario de huecos. La simplicidad básica de su construcción refuerza la importancia del desarrollo de esta área de estado sólido.
Fig 1. Una unión tipo p–n con polarización interna: (a) una distribución de carga interna; (b) un símbolo de diodo, con la polaridad definida y la dirección de la corriente; (c) demostración de que el flujo de portadores neto es cero en la terminal externa del dispositivo cuando VD = 0 V.[5]
2. DIODO CON CARGA RC
VS=VR+VC
VS=Ri+Cdv/dt
Vm sen(wt)=Ri(t)+Cdv/dt
RESPUESTA COMPLETA
I(t)=iF+In(t)
CIRCUITOS DE DIODOS CON CARGA RC Y RL
Cristian Nicolás Hurtado, Cristian Arias VargasUNIVERSIDAD DE CUNDINAMARCA-SEDE FUSAGASUGÁFACULTAD DE INGENIERÍA, INGENIERÍA ELECTRÓNICA
[email protected], [email protected]
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RESPUESTA FORZADA
I=v/z =v/|z|ѲѲ
= vm/|z| Ф-Ѳ = vm/|z| −Ѳ
Z=R+Xc
Xc=1
(2π F )C
Z=√(R)2+¿¿¿
Ѳ=tan−1( XCR
)
RESPUESTA NATURAL
dx/dt + ax=0
∫ dxx =−∫adtIn(x) = -at + k
a = 1/Rc X=XC
dvc/dt + 1/Rc Vc=0 Vc=Aest
d(Aest ¿/dt + 1/Rc . Aest=0
SAest+ Aest /Rc =0
Aest ¿)=0
S= -1/Rc
Entonces
Vc= Aest
Reemplazamos los valores de S
Vc= Ae−t /Rc A=corriente inicial
Solución total
Vm/|z| sen(-Ѳ)+A=0
A=-vm/|z| sen(-Ѳ)
A=vm/|z| sen(-Ѳ)
I(t)= A=-vm/|z| (sen(wt-Ѳ)+sen(Ѳ)e−t /Rc
V. CALCULOS
Diodo con carga RL
Valores para el circuito del diodo con carga RL
F=50KHzL=49µHR=18ΩVCC=10VppXL=2πFLXL=15.39Ω
|Z|=√R2+XL2
|Z|=√182+15.392
|Z|=23.68 Ω
Ѳ=tan−1( XLR
)
Ѳ=45°
I(t)= Vm/|z| sen(wt-Ѳ)
I(t)= Vm/|z| sen(45°)
I(t)= 10/23.68 sen(45°)
Io=0.27 A
Io=274 mA
T= L/R
T=49 µH /18Ω
T=2.72µ
I(t)=Ioe(−tT
)
I(t)=274mAe( −02.72µ
)
I(O)=274mA
I(t)=274mAe( −12.72µ
)
I(1)=274mA
Diodo con carga RC
Valores para el circuito del diodo con carga RLF=40HzC=220µFR=18ΩVCC=10VppXL=1/(2πFC)XL=18.08Ω
|Z|=√R2+XL2
|Z|=√182+18.082
|Z|=25.51 Ω
Ѳ=tan−1( XLR
)
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Ѳ=45°
I(t)= Vm/|z| sen(wt-Ѳ)
I(t)= Vm/|z| sen(45°)
I(t)= 10/25.51 sen(45°)
Io=0.27 A
Io=277 mA
T= RC
T= 18Ω*220µF
T=3.96µS
I(t)=Ioe(−tT
)
I(t)=277mAe( −03.96µ
)
I(O)=277mA
I(t)=277mAe( −12.72µ
)
I(1)=277mA
VI. MEDICIONES
Circuito de diodo en polarización directa con carga RL.
.Fig. 2. Circuito de Diodo polarizado en directa con una carga RL.
Fig. 3. Señal de entrada al circuito tomada sin conectar al circuito.
Fig. 4. Onda de entrada comparada con la onda en la resistencia.
Fig. 5. Onda de entrada comparada con la onda en el inductor.
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Fig. 6. Onda medida sobre el diodo por aparte.
Circuito de diodo en polarización inversa con carga RL.
Fig. 7. Circuito de Diodo polarizado en inversa con una carga RL.
Fig. 8. Señal de entrada al circuito tomada sin conectar al circuito
Fig. 9. Onda de entrada comparada con la onda en la resistencia.
Fig. 10. Onda de entrada comparada con la onda en el inductor.
Fig. 11. Onda medida sobre el diodo por aparte.
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Circuito de diodo en polarización directa con carga RC.
Fig. 12. Circuito de Diodo polarizado en directo con una carga RC.
Fig. 13. Señal de entrada al circuito tomada sin conectar al circuito
Fig. 14. Onda de entrada comparada con la onda en la resistencia.
Fig. 15. Onda de entrada comparada con la onda en el condensador.
Fig. 16. Onda medida sobre el diodo por aparte.
Circuito de diodo en polarización inverza con carga RC.
Fig. 17. Circuito de Diodo polarizado en directo con una carga RC.
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Fig. 18. Señal de entrada al circuito tomada sin conectar al circuito
Fig. 19. Onda de entrada comparada con la onda en la resistencia.
Fig. 20. Onda de entrada comparada con la onda en el condensador.
Fig. 21. Onda medida sobre el diodo por aparte.
VII. ANÁLISIS
Circuito de diodo en polarización directa con carga RL.
.Fig. 22. Circuito de Diodo polarizado en inversa con una carga RL.
Los Generadores utilizados para la práctica presentan un soporte de 50Ω y la carga utilizada total en este circuito era de 23.36Ω, entonces las señales se distorsionaban y no se mostraban completas.Al ver la Fig. 4. Se aprecia un pequeño desfase, en cuanto a la señal de entrada con la señal de la resistencia, que no se puede observar muy bien porque las ondas se ven distorsionadas por la baja resistencia y en la Fig. 5 apreciamos el desfase de aproximadamente 45 grados que se presenta en la medida del inductor, y tanto en la Fig. 5 y la Fig. 6 se ve que el diodo tiene una recuperación amortiguada.
Circuito de diodo en polarización inversa con carga RL.
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Fig. 23. Circuito de Diodo polarizado en inversa con una carga RL.
Se presenta la misma distorsión de ondas por la señal del generador utilizado.En las señales obtenidas se observa el mismo comportamiento que en el anterior circuito, con un cambio bastante notable el sentido de la señal es inverso al del primer circuito, ya que la polarización del diodo en este caso solo permite el paso del voltaje en la onda negativa de la señal de entrada.
Circuito de diodo en polarización directa con carga RC.
Fig. 24. Circuito de Diodo polarizado en directo con una carga RC.Se sigue presentando la distorsión aunque en este caso es menos visible porque el generador está funcionando a una frecuencia mucho menor y el condensador sirve como filtro para la señal, en otras palabras acomoda un poco la señal, la estabiliza un poco y en este caso la resistencia es un poco mayor, con un valor de 25Ω aproximadamente.En la Fig. 14 Se observa la onda tomada sobre la resistencia del circuito en la cual vemos que el ciclo de voltaje en cero es un poco más extenso que el ciclo de señal negativa ya que en el momento que por la resistencia inicia a circular un voltaje la señal de entrada ya a iniciado el ciclo positivo de la onda y poco antes de finalizar el ciclo positivo de la onda de entrada, la señal en la resistencia a llegado a 0.En la Fig. 15 Observamos que la señal que se presenta en el capacitor es prácticamente una línea que tiene un rango de voltaje de 160mV, en este caso la señal presenta una pequeña variación en su señal, que no es posible observar en la gráfica porque el rango en el que se tomó la imagen es bastante grande en comparación, pero en esta notamos que el condensador en
un circuito alimentado con un Voltaje AC funciona como un regulador de voltaje, ya que sostiene la señal casi hasta el voltaje pico positivo de la onda de entrada.En la Fig. 16 Que fue obtenida al medir la onda sobre el diodo observamos que sale una onda seno perfecta que inicia prácticamente desde 0V, esto se debe a el condensador que está sujetando el voltaje en un nivel aproximado de 5voltios, lo que hace que la señal se vea completamente su ciclo, pero solo en la región positiva por la polarización directa del diodo.
Circuito de diodo en polarización inverza con carga RC.
Fig. 25. Circuito de Diodo polarizado en directo con una carga RC.
Al igual que en los anteriores circuitos por la cuestión de la baja impedancia total las señales presentan una pequeña variación, este circuito tiene el mismo comportamiento que el circuito anterior con el mismo cambio que se observó en el circuito de Diodo polarizado en inversa con una carga RL, la forma de la señal e contraria al circuito anterior, porque el diodo se encuentra polarizado en inversa.
CONCLUCIONES
Para una mejor señal en cada elemento del circuito es importante tener una resistencia total del circuito superior o igual a 50Ω porque es el rango mínimo de los generadores de funciones del laboratorio
Al medir la señal sobre el diodo, no es posible mirar la señal de entrada por que se genera un corto al mirar una señal rectificada (señal en el diodo) señal DC, y la señal de entrada en AC.
En las señales tomadas sobre el diodo con carga RL se ve y se demuestra que el diodo utilizado para la práctica tiene una recuperación amortiguada.
En los circuitos donde se usaron condensadores se notó una mejoría muy grande de la señal, ya que este funciona como un corto en un circuito alimentado con voltaje alterno.
La señal de la bobina en comparación con la señal en el diodo es opuesta, lo que demuestra que la bobina genera un Angulo de desfase con respecto a la señal de entrada.
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REFERENCIAS
[1] Electronica de potencia – Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones, MUHAMMAD H. RASHID Tercera edición. Editorial Person Pretice Hall.
[2] Tema 7.- Convertidores ac/dc: rectificación Prof. J.D. Aguilar Peña Departamento de Electrónica. Universidad Jaén
[3] Diodos con carga RC y RL Instituto Tecnológico de DurangoErik Montenegro Díaz #04040751
[4] http://goo.gl/dX0Vvu
[5] Electronica: Teoria de circuitos y dispositivos electrónicos. Robert L. Boylestad decima edición. Editorial Person
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