UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ELECTRONICA BASICA

ACT 6. TRABAJO_COLABORATIVO 1

APORTE INDIVIDUAL

DANIEL FRANCISCO CARBONO DIAZGRANADOS COD.7633.953

TUTOR

JAIRO LUIS GUTIERREZ

CURSO:

ELECTRONICA BASICA

LUGAR: SANTA MARTA

FECHA: 13/04/2013

INTRODUCCION

En el estudio de la electrónica existe un sinfín de elementos para empezar a aprender cómo trabajan cada uno de estos. El estudio del funcionamiento delos diodos y los transistores es una parte fundamental para el aprendizaje de la electrónica básica, ya que nos permite familiarizarnos más con el montaje de circuitos donde se utilicen. En el presente trabajo hay varios experimentos donde podemos observar y detallar como trabaja un diodo haciendo el montaje con el programa pspice y su posterior simulación. También podemos estudiar otras clases de diodos, como lo es el diodo zener, ya que también hay una práctica correspondiente para tal fin. El programa de simulación pspice es una herramienta importante para todos aquellos que deseen internarse en el mundo de la electrónica ya que nos permite simular muchos circuitos. Este informe permite el afianzamiento de estos conocimientos con las diferentes prácticas que nos propone y su posterior debate en el foro colaborativo compartiendo experiencias con los compañeros del curso.

CONTENIDO

págs.

Ejercicio 1.1…………………………………4

Ejercicio 1.2…………………………………7

Ejercicio 1.3………………………………..10

Ejercicio 1.4………………………………..11

Ejercicio 1.5………………………………..15

Ejercicio 1.6………………………………..16

Ejercicio2.1…………………………………22

Ejercicio 2.2………………………………..24

Ejercicio 2.3………………………………..26

Referencias citadas………………………

Act.6 Trabajo colaborativo 1

FASE 1: LOS DIODOS

1.1 Construir en el Simulador PspiceStudent 9.1 el siguiente circuito:

Figura 1 Circuito Rectificador

Simular en análisis transitorio dibujando al menos 4 periodos de la señal de 55Hz de V1, incluir pantallazo de gráficas para las marcas de diferencia de potencial.

Sol.

Después de realizar la simulación obtenemos esta gráfica:

En esta grafica podemos observar, cómo se representa la tensión rectificada de onda completa (tensión en la resistencia) en función de la señal del generador de

alterna. Este circuito genera una señal de DC a partir de una señal de AC con todos los semiciclos de la señal de esta señal invirtiendo todos los semiciclos de una misma polaridad para igualarlos a la otra.

En la simulación podemos observar los cuatro periodos pudiendo que la onda entra de un tamaño dependiendo del voltaje entonces en el primer periodo la onda sinusoidal disminuirá. En el segundo un poco másy sucesivamente hasta llegar al cuarto periodo.

1.2 Agregar un condensador de 470uF en paralelo con R al circuito de la figura 1 y volver a simular, anexar nueva gráfica. ¿Qué cambio ha notado?

Sol.

Como nos podemos dar se ha agregado un condensador en paralelo con la resistencia de 2k ahora en la siguiente imagen veremos como es el resultado de la simulación para hablar sobre elcambio respecto a la primera imagen.

Luego de la simulación podemos observar que la tensión continúa en el circuito se vuelve más estable gracias a la introducción en el circuito rectificador del condensador de 470 uF, esto se debe a que solo los rectificadores son capaces de conseguir transformar la tensión alterna en tensión continua, pero solamente con los rectificadores no obtenemos la tensión continua deseada. En este instante entra en juego el filtro por condensador.

Conociendo las características de un Condensador, y viendo su capacidad de almacenamiento de energía, lo podemos utilizar como filtro para alisar la señal que obtenemos en la salida

Condensador

Como se ha dicho el condensador es un elemento que almacena energía. Este elemento se opone a las variaciones bruscas de la tensión que se le aplica. Se representa con la letra C y su unidad es el Faradio (F).

Una capacidad (o condensador) pura adelanta la intensidad 90º con respecto a la tensión aplicada entre sus bornes.

Cuando la tensión aplicada entre los bornes del condensador aumenta en el condensador se crea una diferencia de potencial de signo contrario a la aplicada entre los bornes oponiéndose así a la variación brusca de la tensión.

Lo cual nos permite demostrar que el rectificador de onda completa permite trabajar y rectificar más fácil y rápidamente unaseñal de corriente alterna haciendo uso de este elemento.

1.3 Mencione si la siguiente afirmación es Falsa o Verdadera justifique su respuesta:

¡El circuito de la figura 1 es llamado rectificador de onda completa con derivación central!

Sol.

1.4 Dadas las Formulas:

Pz = Vz∙Iz

Izmáx = Pz / Vz

Izmín = Izmáx∙ 0,15

RSmín = (VS – VZ) / Izmáx

RSmáx = (VS - VZ) / (Izmín + IRL)

RS = (RSmín + RSmáx) / 2

RSmín<RS<RSmáx

VL = VZ

IRL = VL / RL

IZ = IS – IRL

IS = IZ + IRL

IS = (VS - VZ) / RS

Definiciones:

VS: Valor de la fuente de tensión no regulada

VZ: Voltaje Zener (parámetro en hoja del fabricante)

PZmáx: Potencia máxima soportada por el Zener (parámetro en hoja del fabricante)

PZ: Potencia disipada por el Zener

IZ: Corriente en el Zener

RS: Valor óptimo para el resistor limitador de corriente

RSmín: Mínimo valor para el resistor limitador de corriente

RSmáx: Máximo valor para el resistor limitador de corriente

RL: Carga

RZ: Resistencia del Zener

IRL: Corriente necesitada en la carga

IZmín: Corriente Mínima Zener

IZmáx: Corriente Máxima soportada por el Zener (parámetro en hoja del fabricante)

IS: Corriente en el resistor limitado

Diseñar un Regulador Zener que cumpla estas condiciones: Tensión de fuente Vs

= 22Vdc corriente necesitada en la carga IRL= 22mA. En este diseño se debe implementar el Diodo 1N750 (Hoja del fabricante).Completar luego de los cálculos para la siguiente Tabla:

Izmín RSmín RSmáx RS RL IS IZ PZ

Sol.

Empezamos a calcular los valores para la tabla por medio de las formulas dadas anteriormente y con algunos de los datos conocidos incluidos por el tutor en la guía y los proporcionados en la hoja del fabricante (datasheet) para el diodo 1N750, y tenemos estos datos:

IZmáx:75 mA-----0.08 A

VZ:4.7V

Vs = 22Vdc

IRL= 22mA-------0.02 A

Luego con los datos conocidos ya es posible calcular los valores desconocidos y que piden para que sean consignados en la tabla, de esta manera:

Izmín = Izmáx ∙ 0,15

Izmín =0.08 A∙0.15

Izmín = 0.012 A

RSmín = (VS – VZ) / Izmáx

RSmín = (22V – 4.7V) / 0.08 A

RSmín = 17.3 / 0.08

RSmín = 216.25Ω

RSmáx = (VS - VZ) / (Izmín + IRL)

RSmáx = (22V – 4.7V) / (11.25 mA + 22mA)

RSmáx = 17.3 / 0.033

RSmáx =524.24Ω

RS = (RSmín + RSmáx) / 2

RS = (216.25Ω + 524.24Ω) / 2

RS =370.245Ω

Para calcular la carga debemos redefinir la fórmula para hallar IRL (Corriente necesitada en la carga) IRL = VL / RL, de donde VL (Voltaje Zener) y RL (Carga), de esta manera:

IRL = VL / RL

RL = VL / IRL

Como sabemos que VL es igual a Vz entonces VL= 4.7V, ya podemos obtener el valor de RL, de esta forma:

RL = VL / IRL

RL = 4.7 V / 0.02 A

RL =235 Ω

IS = (VS - VZ) / RS

IS = (22V – 4.7V) / 370.245Ω

IS =17.3 / 370.245

IS = 0.047 A

IZ = IS – IRL

IZ = 0.047 A – 0.02 A

IZ = 0.027 A

Pz = Vz∙Iz

Pz = 4.7 V∙0.027 A

Pz = 0.127Watts

Izmín RSmín RSmáx RS RL IS IZ PZ

0.012 A 216.25 Ω 524.24Ω 370.245Ω 235 Ω 0.047 A 0.027 A 0.127Watts

1.5 Construir en el Simulador PspiceStudent 9.1 el circuito Regulador Zener utilizando el Diodo referenciado y el valor de RS y RL antes calculado, incluya imagen capturada desde la aplicación mostrando los valores medidos de Voltaje y Corriente.

Sol.

Tenemos el siguiente circuito:

Luego de la simulación estos fueron los valores resultantes, pudiendo observar tanto los datos del voltaje y de la corriente:

1.6 Describa la utilidad e incluya al menos una imagen de cada uno de los siguientes tipos de diodos.

LED.

Varactor.

Túnel.

Laser.

PIN.

Fotodiodo.

Schottky.

Sol.

Imagen tomada de cienciadelainformaticaaplicada.blogspot.com

Diodo led: El LED, acrónimo de “Light EmittingDiode”, o diodo emisor de luz de estado sólido (solidstate), constituye un tipo especial de semiconductor, cuya característica principal es convertir en luz la corriente eléctrica de bajo voltaje que atraviesa su chip. Desde el punto de vista físico un LED común se presenta como un bulbo miniaturizado, carente de filamento o de cualquier otro tipo de elemento o material peligroso, con la ventaja sobre otras tecnologías que no contamina el medio ambiente.

En la práctica los diodos LEDs poseen un sinnúmero de aplicaciones diferentes, que dista mucho del uso que tenían en un principio cuando se comenzaron a comercializar en la década de los años 60 del siglo pasado. Entre algunas de sus muchas aplicaciones actuales se encuentran:

Iluminación de interiores (hogares, comercios, hospitales, etc.). Iluminación exterior de edificios y fachadas en general.

Ambientación interior en general. Decoración. Cabina de ascensores. Pasillos interiores de casas, comercios, hospitales, etc. Escaleras y sus escalones. Calles y parques. Estacionamientos de coches en exteriores e interiores. Linternas en general. Paneles informativos y publicitarios. Faros de coches. Semáforos de tráfico. Juguetes. Guirnaldas y adornos navideños. Rayo láser (luz coherente de color rojo, verde o azul). Retroiluminación de pantallas TFT de televisores. Pantallas gigantes de televisión (“Jumbo”).

Imagen tomada de http://www.ladelec.com/teoria/informacion-tecnica/322-diodo-varicap

Diodo varactor: Es un dispositivo semiconductor que puede controlar su valor de capacidad en términos de la tensión aplicada en polarización inversa. Esto es, cuando el diodo se polariza inversamente no circula corriente eléctrica a través de la unión; la zona de deplexión actúa como el dieléctrico de un capacitor y las secciones de semiconductor P y N del diodo hacen las veces de las placas de un capacitor. La capacidad que alcanza el capacitor que se forma, es del orden de los pico onanofaradios.Cuando varía la tensión de polarización inversa aplicada al diodo, aumenta o disminuye de igual forma la zona de deplexión. En un diodo, esto equivale a acercar o alejar las placas de un capacitor.

Los diodos varicap se controlan mediante la tensión que se les aplica; por lo que el cambio de capacidad se puede hacer mediante otro circuito de control, ya sea digital o analógico.Las aplicaciones de los varicap son la mayoría de las veces en circuitos resonantes, los cuales permiten seleccionar una señal de una frecuencia específica, de entre muchas señales de diferentes valores.

Imagen tomada de en.wikipedia.org

Diodo túnel:Los diodos de efecto túnel. Son dispositivos muy versátiles que pueden operar como detectores, amplificadores y osciladores. Poseen una región de juntura extremadamente delgada que permite a los portadores cruzar con muy bajos voltajes de polarización directa y tienen una resistencia negativa, esto es, la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje aplicado.

Estos dispositivos presentan una característica de resistencia negativa; esto es, si aumenta la tensión aplicada en los terminales del dispositivo, se produce una disminución de la corriente (por lo menos en una buena parte de la curva característica del diodo). Este fenómeno de resistencia negativa es útil para aplicaciones en circuitos de alta frecuencia como los osciladores, los cuales pueden generar una señal sinusoidal a partir de la energía que entrega la fuente de alimentación.

Imagen tomada de www.shoptronica.com

Diodo laser:La aplicación básica que se le ha dado al diodo LASER es como fuente de alimentación lumínica para sistemas de telecomunicaciones vía fibra óptica. El diodo láser es capaz de proporcionar potencia óptica entre 0.005-25mW, suficiente para transmitir señales a varios kilómetros de distancia y cubren un intervalo de longitud de onda entre 920 y 1650 nm. Sin embargo para utilizar un diodo láser como fuente lumínica, es necesario diseñar un sistema de control que mantenga el punto de operación del sistema fijo, debido a que un corrimiento de este punto puede sacar al diodo fuera de operación o incluso dañarlo.

Imagen tomada de spanish.alibaba.com

Diodo pin: El diodo PIN es un diodo que presenta una región P fuertemente dopada y otra región N también fuertemente dopada, separadas por una región de

material que es casi intrínseco. Este tipo de diodos se utiliza en frecuencias de microondas, es decir, frecuencias que exceden de 1 GHz, puesto que incluso en estas frecuencias el diodo tiene una impedancia muy alta cuando está inversamente polarizado y muy baja cuando esta polarizado en sentido directo. Además, las tensiones de ruptura están comprendidas en el margen de 100 a 1000 V.

En virtud de las características del diodo PIN se le puede utilizar como interruptor o como modulador de amplitud en frecuencias de microondas ya que para todos los propósitos se le puede presentar como un cortocircuito en sentido directo y como un circuito abierto en sentido inverso. También se le puede utilizar para conmutar corrientes muy intensas y/o tensiones muy grandes.

Imagen tomada de es.wikipedia.org

Diodo fotodiodo: El fotodiodo se parece mucho a un diodo semiconductor común, pero tiene una característica que lo hace muy especial: es un dispositivo que conduce una cantidad de corriente eléctrica proporcional a la cantidad de luz que lo incide (lo ilumina). Se puede utilizar en aplicaciones como:

Transmisiones rápidas de datos Aparatos de medición ópticos Cortinas de luz Detectores de proximidad Detectores de humo Sistemas de comunicaciones por fibra óptica

Imagen tomada de www.tme.eu

Diodo schottky: Son dispositivos que tienen una caída de voltaje directa (VF) muy pequeña, del orden de 0.3 V o menos. Operan a muy altas velocidades y se utilizan en fuentes de potencia, circuitos de alta frecuencia y sistemas digitales. Reciben también el nombre de diodos de recuperación rápida (Fast recovery) o de portadores calientes. Tienen diversas aplicaciones:

En fuentes de baja tensión en la cuales las caídas en los rectificadores son significativas.

Circuitos de alta velocidad para computadoras donde se necesiten grandes velocidades de conmutación y mediante su poca caída de voltaje en directo permite poco gasto de energía.

Variadores de alta gama para que la corriente que vuelve desde el motor al variador no pase por el transistor del freno y este no pierda sus facultades.

El diodo Schottky se emplea en varios circuitos integrados de lógica TTL. Por ejemplo los tipos ALS y AS permiten que los tiempos de conmutación entre los transistores sean mucho menores puesto que son más superficiales y de menor tamaño por lo que se da una mejora en la relación velocidad/potencia. El tipo ALS permite mayor potencia y menor velocidad que la LS, mientras que las AL presentan el doble de velocidad que las Schottky TTL con la misma potencia.

FASE 2: EL TRANSISTOR BJT.

2.1 Dadas las formulas:

VCE = VC

Beta = IC / IB

IB= (VBB – VBE) / RB

PD= VCE∙IC

Dado el circuito Transistor BJT NPN en configuración Emisor Común:

Completar la siguiente Tabla:

VC RC IB VB RB PD

7.5 V 143 Ω 0.85 mA 5.3 V 6.235 Ω 750 mWatts

Sol.

Tenemos los valores conocidos:

Ic= 100 mA

VCE= 7.5 V

Beta= 118

VCC= 15 V

VBB= 6 V

VBE= 0.7 V-----------Podemos considerar este valor ya que el bjt está trabajando en su zona de trabajo activa.

VCE=VC

VC= 7.5 V

Beta = IC / IB

Vamos a despejar IBque es la que necesitamos hallar:

IB = IC / Beta

IB= 100 mA / 118

IB = 0.85 mA

PD= VCE∙IC

PD= 7.5 V∙100mA

PD= 750 mWatts

Vamos a despejar IBque es la que necesitamos hallar:

IB= (VBB – VBE) / RB

RB= (VBB – VBE) / IB

RB= (6 V – 0.7 V) / 0.85 mA

RB= 6.235 Ω

Luego ya podemos hallarRC aplicando la 2ª Ley de Kirchhoff a una de las mallas existentes, se obtiene:

RC= (VCC – VBE) / IC

RC= (15 V– 0.7 V) / 100 Ma

RC= 143 Ω

2.2 Mencionar las zonas de trabajo del Transistor BJT y aplicación.

Sol.

Según la polarización de cada unión, se obtendrá un modo de trabajodiferente, según la tabla.

• En la región Activa - directa, el BJT se comporta como una fuentecontrolada. (Amplificación).

• En el modo Corte únicamente circulan las corrientes inversas desaturación de las uniones. Es casi un interruptor abierto.

• En Saturación, la tensión a través de la unión de colector es pequeña, yse puede asemejar a un interruptor cerrado.

• Activo – inverso, no tiene utilidad en amplificación.

MODOPOLARIZACION DE LA UNION

EMISOR - BASE COLECTOR – BASE

Activo - Directo Directa InversaCorte Inversa Inversa

Saturación Directa DirectaActivo - Inverso Inversa Directa

Aplicaciones:

El bjt en conmutación

Los circuitos de conmutación son aquellos en los que el paso de bloqueo a saturación se considera inmediato, es decir, el transistor no permanece en la zona activa.

Los circuitos típicos del transistor en conmutación son los multivibradores y la báscula de Schmitt.

Los multivibradores se aplican en los sistemas electrónicos de temporización, generación de señales cuadradas, intermitencias, etc.

Las básculas de Schmitt tienen su principal aplicación en sistemas de detección que utilizan sensores, de forma que se comporta como un interruptor activado por las variaciones de algún parámetro físico detectado por el sensor.

El bjt en corte y saturación

Corte:

– El BJT en corte tiene su Ib a cero amperios.

– La Ic es igual a la de fugas: Iceo (del orden de nA a T=300ºK)

– La tensión Vce es Vcc si se desprecia la caída producida por la corriente de fugas.

– El BJT se comporta como un interruptor abierto.

Departamento de Ingeniería de la Información y Comunicaciones

Saturación:

– En esta zona la Vce es aproximadamente de 0,2 voltios.

– La Ic es aproximadamente igual a Vcc dividido por la suma de resistencias en la malla de colector – emisor.

– Se comporta como un interruptor cerrado.

2.3 Completar con la ayuda del catalogo del fabricante la siguiente tabla:

CODIGO BD136 BD137 2N2222 BC548

Tipo-Ge/Si- SILICON SILICON SILICON SILICONFabricante MOTOROLA CENTRAL

Semiconductor Corp.

CENTRAL Semiconduct

or Corp.

GENERAL Semiconductor.

NPN/PNP PNP NPN NPN NPNCapsula

Identificación

Terminales

TO–225AA TO-126 TO-18 TO-92

VCBO 45 60 60 30VCEO 45 60 30 30VEBO 5 5 5 6ICMAX 1.5 2 800 100PMAX 8 8 400 625TJMAX 150 150 200 150hFE 25 25 75 500fT 160 190 250 300

Equivalentes

BD135, 137, 139

BD136,138,140

2N2121 BC546, 547

Aplicaciones

Diseñado para usarse como amplificadores de y controladores en circuitos complementarios

Uso general de mediana potencia son diseñado para su uso como amplificadores de audio y controladores que utilizan circuitos complementarios

Sirve tanto para aplicaciones de amplificación como de conmutación. Puede amplificar pequeñas corrientes a tensiones pequeñas o medias; por lo tanto, sólo puede tratar potencias bajas (no mayores de medio Watts). Puede trabajar a frecuencias medianamente altas.

Es para propósitos generales utilizado principalmente en equipos de procedencia europea. Eléctricamente es similar al transistor2N3904(estadounidense) y al 2SC1815 (japonés), aunque la asignaciones de los pines es distinta. El dispositivo viene integrado en un encapsulado tipo TO-92. El orden de los pines mirando la parte plana del encapsulado de derecha a izquierda es emisor, base, colector.

REFERENCIAS CITADAS

http://www.asifunciona.com/fisica/ke_led/ke_led_4.htm

http://www.ladelec.com/teoria/informacion-tecnica/322-diodo-varicap

http://ingeniaste.com/ingenias/telecom/Tut_diodo_tunnel-recuperacion.html

http://html.rincondelvago.com/diodo-laser.html

http://www.electronicafacil.net/tutoriales/tipos-de-diodos.php

http://www.bolanosdj.com.ar/TEORIA/SENSORESOPTICOS.PDF

http://www.monografias.com/trabajos-pdf2/diodo-schottky-barrera/diodo-schottky-barrera.pdf

Sitio web. (2013, 12 de abril). Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: 16:38, abril 17, 2013 desdehttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Sitio_web&oldid=66184282. Ejemplo de cita wikipedia