UNIVERSIDAD FERMÍN TORO VICERECTORADO ACADÉMICO

DECANATO DE INGENIERIA ESCUELA DE ELÉCTRICA

SEDE CABUDARE

Shearly Achji Adjam Ricardo Ros

Lab. Electrónica I Saia “A”

LABORATORIO DE ELECTRÓNICA I

PROYECTO 2

SIMULACIÓN: Comportamiento del Diodo Zener y Rectificador de Onda

Completa.

1. ANÁLISIS DEL DIODO ZENER COMO COMPONENTE.

1. Dibujar en el simulador PROTEUS el siguiente circuito:

VI0.5V

R1

220

DZ1N4733A

+88.8

Volts

+88.8

mA

5.1V0-20Vdc

GND

2. Ajustar los valores de Vi, proceda a simular y anote en la Tabla 1 los

valores de IZ y VZ (Z, de “zener”: sentido inverso).

TABLA 1

Vi(V) 0 0.5 1 2.5 4 5.1 8 10

IZ(mA) 0 0 0 0 0 0.52 13 21.9

VZ(V) 0 0.5 1 2.5 4 4.99 5.13 5.19

3. Invertir el diodo, repita el paso 2, anote en la Tabla 2 los valores de IF y

VF (F, de “forward”: sentido directo).

TABLA 2

Vi(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.5 2

IF(mA) 0 0.01 0.53 1.31 2.14 2.99 5.15 7.34

VF(V) 0 0.2 0.28 0.31 0.33 0.34 0.37 0.39

4. En el informe escrito dibujar la gráfica de las características Tensión-

Corriente, con los valores obtenidos en las Tablas 1 y 2. Escriba las

conclusiones.

Gráfica de la Región Polarizada Inversamente

0 1 2 3 4 5 60

5

10

15

20

25

Gráfico 1

Vz (v)

Iz (m

A)

Gráfica de la Región Polarizada Directamente

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.450

1

2

3

4

5

6

7

8

Gráfico 2

Vf (v)

If (m

A)

Curva Característica del diodo Zener

En las graficas del circuito 1, se pueden observar el comportamiento del

mismo tanto en la región de polarización inversa como en la región de polarización

directa.

Como es de esperarse, en la región de polarización inversa, el diodo no

conduce corriente en tanto la tensión de entrada Vi sea menor que la tensión del

Zener Vz, en esta situación, la tensión del diodo será igual a la tensión Vi. Cuando

la tensión Vi alcanza el valor de Vz, el diodo comenzara a conducir corriente,

manteniendo a su salida niveles muy similares de tensión ante cualquier valor de

tensión de entrada y actuara así como un regulador de tensión o fuente DC con

valor de regulación de aproximadamente Vz, en este caso 5.1V. En contraste, los

niveles de corriente presentaran variaciones importantes ante cualquier variación

de la tensión de entrada.

En el caso de la región de polarización directa, se puede observar que el

diodo Zener se comporta como un diodo convencional, conduciendo corriente

cuando el valor de voltaje presente en el ánodo es superior al valor de voltaje del

cátodo y comportándose como un circuito abierto en caso contrario. La tensión de

salida presentara una ligera caída de aproximadamente 0.7V.

5. En el informe escrito dibuje la curva característica de un diodo Zener de

9V. Explique detalladamente las características.

Curva Característica del diodo Zener de 9V

En la siguiente grafica se puede ver la curva característica de un diodo

Zener de 9V. Al ser utilizado en su región de polarización inversa, el circuito se

comportará como un regulador de voltaje de 9V cuando la tensión de entrada en el

Zener sea superior a este valor, esto quiere decir que ante cualquier tensión de

entrada, la tensión de salida seguirá siendo aproximadamente igual a 9V en tanto

que la corriente si presentará variaciones importantes en su valor.

Por otra parte, el diodo se comporta como un diodo convencional en su

región de polarización directa, permitiendo la circulación de corriente cuando la

tensión aplicada al ánodo es superior a la tensión aplicada al cátodo y

comportándose como circuito abierto cuando esta tendencia se invierte.

2. ANÁLISIS DEL RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA I

1. Monte en el simulador PROTEUS el siguiente circuito

TR1

TRAN-2P2S

BR1

1N4007 X 4

R1120

VoVac

N1 : N2

Vi

2. Coloque el Canal_1 (CH1) del osciloscopio virtual en paralelo a la

entrada Vi, y el Canal_2 (CH2) con la resistencia RL (Vo), ajuste los

controles, proceda a simular y dibuje la forma de onda, en Vi y Vo que

luego anexara en el informe escrito.

3. Dibuje el recorrido de la corriente en el puente rectificador en la

siguiente grafica para el ½ ciclo positivo.

VacVi

RL120

BR1

DF10M

3. ANÁLISIS DEL RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA II.

1. Dibuje en el simulador PROTEUS el siguiente circuito

Vo

Vac

N1 : N2

Vi RL100

D1

1N4007

D2

1N4007

TR1

TRAN-2P3S

2. Coloque el Canal_1 (CH1) del osciloscopio virtual en paralelo a la

entrada Vi, y el Canal_2 (CH2) con la resistencia RL (Vo), ajuste los

controles, proceda a simular y dibuje la forma de onda, en Vi y Vo que

luego anexara en el informe escrito.

3. Establezca un cuadro comparativo de: Diferencias, Similitudes, Ventajas

y Desventajas, en cuanto al análisis del rectificador de onda completa I y

II.

Rectificador I Rectificador II

Similitudes Ambos transfieren energía de entrada a la salida durante

ambas mitades del ciclo de entrada

Diferencias El Rectificador I emplea 4 diodos para cumplir su labor

mientras que el Rectificador II emplea solo 2 diodos

El Rectificador I presenta una caída de tensión mayor (el

doble) que la del Rectificador II, ya que en cada semiciclo en

el Recficador I conducen 2 diodos mientras en el

Rectificador II conduce 1 solo diodo

Ventajas Evita la magnetización del

núcleo del transformador

No requiere de

transformación con

derivación central

Solo se hace necesaria la

mitad del numero de

vueltas para el devanado

secundario

No se produce

magnetización neta

permanente

El punto medio del

secundario puede

utilizarse como masa

circuital común entre el

secundario y la carga

Desventaja

s

Si una terminal de la

fuente se conecta a tierra,

ninguna terminal de la

resistencia de carga

puede aterrizarse

Requiere transformador

con derivación central

4. DISEÑO

1. Diseñe un Regulador de Voltaje con un Diodo Zener, simule en la

herramienta PROTEUS, verifique el correcto funcionamiento, luego

cambie el Zener por un I.C. (Circuito Integrado) Regulador y establezca

la comparación.

Vac

N1 : N2

Vi

R1

167.22

TR1

TRAN-2P3S

C12.74mF

R2

155

D51N4733A

D6LED-RED

BR1

DF10M

LABORATORIO

1. Identifica en el siguiente esquema y nombra los elementos que intervienen

en la etapa de:

Entrada.

Reducción de tensión.

Rectificación.

Filtrado.

Regulación.

Salida.

Entrada: El elemento que interviene en la etapa de entrada es la fuente de tensión

AC de 120 Vac.

Reducción de tensión: El elemento que interviene en la etapa de reducción de

tensión es el transformador T el cual atenúa la señal AC de 120 Vac a 12 Vac.

Rectificación: El elemento que interviene en la etapa de rectificación es el puente

rectificador DF10M.

Filtrado: el elemento que interviene en la etapa de filtrado es el capacitor C1, el

cual se encarga de reducir los rizos de salida del puente rectificador.

Regulación: Los elementos que intervienen en la etapa de regulación son la

resistencia R1 y el diodo Zener, que al trabajar con la configuración mostrada

(polarización inversa) funcionara como un regulador de voltaje igual a 5.1V.

Salida: los elementos que intervienen en la etapa de salida son la resistencia R2 y

el diodo LED.

2. Haga los cálculos para el condensador C1 y las resistencias R1 y R2.

Para calcular R2, se debe utilizar la información de la hoja de datos del LED

Rojo TLSU114P donde podemos observar que el dispositivo tiene una caída de

tensión típica de 2V cuando sobre el circula una corriente de 20mA, en tanto la

tensión del diodo zener utilizado es de 5.1V. De esta manera, el valor de

resistencia R2 vendrá dado por la siguiente ecuación:

R2=Vz−VledIL

R2=5.1−220m

R2=155Ω

Por otra parte, podemos ver en el datasheet que la corriente máxima y

mínima de operación del diodo LED es de 30mA y 10mA respectivamente, con lo

cual podemos utilizar estas corrientes como ILmax e ILmin.

Podemos calcular Izmax empleando la siguiente fórmula:

Izmax=I Lmin∗(Vz−Vsmin )+ ILmax∗(Vsmax−Vz)

Vsmin−0.9∗Vz−0.1∗Vsmax

Considerando que el voltaje a la salida del transformador será una

sinusoidal con amplitud de 12V, luego pasara por el puente rectificador donde se

rectificara y sufrirá una caída de tensión de 1.4V (0.7 por cada uno de los dos

diodos que conducen en cada semiciclo) y finalmente pasa por una etapa de

filtrado donde consideraremos en este diseño un valor de rizo de 0.1V, tendremos

que Vsmax y Vsmin tendrán valores de 10.6V y 10.5V respectivamente.

Izmax=10m∗(5.1−10.5 )+30m∗(10.6−5.1)

10.5−0.9∗5.1−0.1∗10.6

Izmax=10m∗(5.1−10.5 )+30m∗(10.6−5.1)

10.5−0.9∗5.1−0.1∗10.6

Izmax=22.89mA

Procedemos a calcular R1 de la siguiente manera:

R1= Vsmax−VzILmin+ Izmax

R1= 10.6−5.110m+22.89m

R1=167.22Ω

La ecuación para el cálculo de la capacitancia en el condensador C1 viene

dada por:

C1= Vsmax−VzΔV∗fp∗R1

Tomando en cuenta que la frecuencia fp es el número de pulsos por

segundo que a su vez es dos veces la frecuencia de la señal de entrada, es decir

120 Hz, tendremos que:

C1= 10.6−5.1120∗0.1∗167.22

C1=2.74mF

3. Con la ayuda del osciloscopio, visualice la forma de onda en el zener.

¿Cuál es su interpretación?

En la simulación se puede observar como la tensión en el diodo Zener

(señal azul) fue transformada de una forma de onda AC sinusoidal a una onda

continua o DC como consecuencia de un proceso de rectificación y filtrado

llevados a cabo en el puente de diodos y el capacitor. Esta señal luego es

regulada al valor de voltaje deseado que es aproximadamente igual a Vz.

4. ¿Cuál es el voltaje de salida en el zener?

5.12Vdc

5. Dibuja el esquema reemplazando el Zener por el IC LM7805 (regulador).

Vac

N1 : N2

Vi

R1

167.22

TR1

TRAN-2P3S

C12.74mF

R2

155

D6LED-RED

VI1

VO3

GN

D2

U17805

C20.33uF

C30.1uF

BR1

DF10M

6. Monte el circuito, repita los puntos 3 y 4 y compárelo con el circuito del

Zener, establezca un cuadro de diferencias y similitudes.

En la simulación se puede observar como la tensión a la salida del

regulador (señal azul) fue transformada de una forma de onda AC sinusoidal a una

onda continua o DC como consecuencia de un proceso de rectificación y filtrado

llevados a cabo en el puente de diodos y el capacitor que luego son inyectados

como onda de entrada en el regulador y este finalmente se encarga de llevar a la

salida el nivel de voltaje deseado.

¿Cuál es el voltaje de salida en el regulador?

5Vdc.

Semejanzas y diferencias entre el circuito con diodo Zener y el circuito con

regulador LM7805.

LM7805 y Zener 1N4733A

Semejanzas Ambos pueden emplearse como regulador de voltaje de 5V

cuando el voltaje de entrada es mayor de 5V

Su voltaje de salida cae por debajo de 5V cuando la tensión

de entrada es inferior a 5V

En ambos casos los voltajes y corrientes de la fuente y la

carga pueden variar ampliamente pero el voltaje a la salida

siempre se mantendrá constante

Diferencias El voltaje de entrada al LM7805 debe ser al menos de 8V

para que el regulador entregue 5V a la salida, mientras que

en el Zener el voltaje de entrada no debe ser tan distinto

para que actue como regulador

El LM7805 requiere capacitores de acople a la entrada y a la

salida, mientras el diodo zener no los requiere

El LM7805 mantiene un valor de voltaje a la salida fijo para

valores de entrada superiores a 8V mientras el voltaje de

salida del Zener presenta ligeras variaciones (en el orden de

unos pocos miliamperes) cuando la tensión aplicada a la

entrada varía.