Practica 2 Aplicaciones del diodo en DC PDF

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Practica numero 2 de Dispositivos Electronicos...

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BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTONÓMA DE PUEBLA

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA ELECTRÓNICA

DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS JULIA CHÁVEZ CHÁVEZ

PRÁCTICA NÚMERO 2 “APLICACIONES DEL DIODO EN DC”

NOMBRE DE LOS INTEGRANTES DEL EQUIPO BOTELLO HERNÁNDEZ JOSÉ FRANCISCO VERGARA FLORES JOSUÉ TORRES RODRÍGUEZ EMMANUEL FECHA DE ENTREGA DEL REPORTE 09/06/2017 VERANO 2017

OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA 

Objetivo General Conocer algunas aplicaciones con diodos en voltaje DC, como pueden ser: Compuertas Lógicas AND y OR, Circuitos R-D (Resistencia-Diodo).



Objetivos Específicos Realizar circuitos que emulen el funcionamiento de las compuertas lógicas: AND y OR. Realizar diferentes configuraciones de circuitos con diodos, y verificar su comportamiento en circuitos pasivos.

INTRODUCCIÓN Gracias a los avances de la ciencia que han tenido lugar en los últimos años, sobre todo en lo referido a electrónica digital, las funciones de los diodos que se fabrican hoy en día responden a un campo de aplicaciones mucho más amplio y variado que el que realizaban las antiguas válvulas termoiónicas. Sin embargo, el principio físico de funcionamiento para los diodos semiconductores es prácticamente el mismo para todos. Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio, el diodo se puede hacer funcionar 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 al diodo comportándose 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 se del cátodo al ánodo. En este caso la corriente no atraviesa el diodo, comportándose éste prácticamente como un circuito abierto.

MARCO TEÓRICO Entre los muchos elementos que permiten la conducción de corriente en un circuito existen los diodos que son elementos que tienen un comportamiento no lineal debido a que permiten la conducción de corriente en un sentido y la bloquea en sentido contrario, por lo cual podemos decir que los diodos se comportan como pequeñas fuentes de voltaje cuando se polarizan directamente (Imagen 1) y cuando se polarizan inversamente (Imagen 2) se comportan como un circuito abierto, esto cuando estamos trabajando con corriente directa. Como bien sabemos existen diferentes tipos de materiales que tiene cierta oposición ante el flujo de corriente como es el caso de los semiconductores, entre los elementos semiconductores encontramos el silicio y el germanio. En el caso de los diodos de silicio encontramos que se comporta como una fuente de 0.7v cuando se polariza directamente y el de germanio se comporta como una fuente de 0.3v. Pero para ambos diodos en polarización inversa su funcionamiento es el de un circuito abierto.

Imagen 1.- Polarización directa de un diodo

Imagen 2.- Polarización inversa de un diodo

ANÁLISIS EXPERIMENTAL

1ra Parte: Compuertas Lógicas AND y OR Como primera parte de la práctica, se implementaran las compuertas lógicas AND y OR con los diodos rectificadores. Se comienza por implementar el Circuito 1, representativo de una compuerta OR. Conectando la fuente de 5v en DC , 3 resistencias de 100Ω, 3 diodos rectificadores 1N4007, un dipswitch de 3 canales que serán las entradas del circuito (A, B y C) y conectar un LED en donde seria VOUT que representará la salida del circuito.

Circuito 1.- Esquemático que muestra la implementación de una compuerta lógica OR con diodos.

Como se puede apreciar es una tabla de verdad muy simple para esta Compuerta OR de 3 entradas lógicas (A, B y C), la cual es la siguiente (Tabla 1):

ENTRADA A 0 0 0 0 1 1 1 1

ENTRADA B 0 0 1 1 0 0 1 1

ENTRADA C 0 1 0 1 0 1 0 1

SALIDA 0 1 1 1 1 1 1 1

Tabla 1.- Tabla de verdad de una Compuerta Lógica OR de 3 entradas con 0 y 1 lógicos.

Ahora, haciendo un cambio en la tabla de verdad en las entradas de 0 y 1 lógicos por niveles de voltajes lógicos que se obtendrán midiendo el voltaje en VOUT se obtiene la siguiente (Tabla 2):

ENTRADA A O VDC O VDC O VDC O VDC 5 VDC 5 VDC 5 VDC 5 VDC

ENTRADA B O VDC O VDC 5 VDC 5 VDC O VDC O VDC 5 VDC 5 VDC

ENTRADA C O VDC 5 VDC O VDC 5 VDC O VDC 5 VDC O VDC 5 VDC

SALIDA O VDC 4.3 VDC 4.3 VDC 2.98 VDC 4.44 VDC 2.96 VDC 2.97 VDC 2.18 VDC

Tabla 2.- Tabla de verdad de una Compuerta Lógica OR de 3 entradas de niveles lógicos 5 VDC y 0 VDC.

Como se puede apreciar existe una ligera pérdida de voltaje de la entrada que son 5 VDC con respecto a la salida que son 2.18 VDC, pero ya que se encuentra en el rango de lo aceptable para un nivel alto lógico de voltaje nos sirve para la demostración de la Compuerta Lógica OR.

Ahora, se implementa el Circuito 2, representativo de una compuerta AND, y utilizando la fuente de 5v en DC, 3 resistencias 100Ω y una de 220 Ω, 3 diodos rectificadores 1N4007 y conectar un LED en VOUT que representará la salida del circuito.

Circuito 2.- Esquemático que muestra la implementación de una Compuerta Lógica AND con diodos.

Como se puede apreciar es una tabla de verdad muy simple para esta Compuerta AND de 3 entradas lógicas (A, B y C), la cual es la siguiente (Tabla 3):

ENTRADA A 0 0 0 0 1 1 1 1

ENTRADA B 0 0 1 1 0 0 1 1

ENTRADA C 0 1 0 1 0 1 0 1

SALIDA 0 0 0 0 0 0 0 1

Tabla 3.- Tabla de verdad de una Compuerta Lógica AND de 3 entradas con 0 y 1 lógicos.

Ahora, haciendo un cambio en la tabla de verdad en las entradas de 0 y 1 lógicos por niveles de voltajes lógicos que se obtendrán midiendo el voltaje en VOUT se obtiene la siguiente (Tabla 4):

ENTRADA A O VDC O VDC O VDC O VDC 5 VDC 5 VDC 5 VDC 5 VDC

ENTRADA B O VDC O VDC 5 VDC 5 VDC O VDC O VDC 5 VDC 5 VDC

ENTRADA C O VDC 5 VDC O VDC 5 VDC O VDC 5 VDC O VDC 5 VDC

SALIDA 1.29 VDC 1.7 VDC 1.64 VDC 1.48 VDC 1.54 VDC 1.33 VDC 1.33 VDC 2.3 VDC

Tabla 4.- Tabla de verdad de una Compuerta Lógica OR de 3 entradas de niveles lógicos 5 VDC y 0 VDC.

Como se puede apreciar existe una variación de voltaje de la entrada que son 5 VDC con respecto a la salida que varía de 1.29 VDC a 1.7 VDC para el caso en los que la salida del circuito es un 0 lógico; y 2.3 VDC para el caso en el que la salida del circuito es un 1 lógico, pero ya que se encuentra en el rango de lo aceptable para un nivel alto lógico de voltaje nos sirve para la demostración de la compuerta lógica AND.

2da parte: Análisis de circuitos R-D (Resistencia-Diodo) en DC

Para la segunda parte de la práctica, se analizaran algunos circuitos R-D (Resistencia-Diodo). Este análisis servirá de ayuda para entender un poco más el comportamiento de los diodos rectificadores en circuitos pasivos. Ahora se implementara el Circuito 3. El cual es un arreglo de 1 resistencia de 330Ω, 2 diodos rectificadores de la familia 1N4007 y una fuente de 10 VDC.

Circuito 3.- Esquemático que muestra un circuito R-D (Resistencia-Diodo).

Instrucciones: -Calcular las corrientes y voltajes en cada elemento del circuito. -Hacer una tabla comparativa de los resultados obtenidos mediante estos 3 análisis: *Análisis teóricos de los circuitos (este análisis deberá realizarse tomando en cuenta los 3 modelos: Modelo Simplificado, Modelo Lineal por Segmentos y Modelo Ideal. *Simulación *Análisis experimental (mediciones)

Los valores de corrientes y voltajes del Circuito 3 que se obtuvieron por los diferentes métodos están comparados en la tabla 5. DATO EXPERIMENTAL SIMULACION Voltaje en la resistencia (VR1) 9.36 V 9.321 V Voltaje en el diodo 1 0.68 V 0.679 V (VD1=VOUT) Voltaje en el diodo 1 0.69 V 0.679 V (VD2=VOUT) Corriente en el diodo 1 (ID1) 14 mA 14.122 mA Corriente en el diodo 2 (ID2) 16 mA 14.122 mA Corriente en primera malla (I1) 30 mA 28.24 mA

TEÓRICO 9.29 V 0.7 V 0.7 V 14.09 mA 14.09 mA 28.18 mA

Tabla 6.- Tabla que muestra la comparación de las mediciones en el Circuito 3.

Simulación del Circuito 3 (Imagen 3).

Imagen 3.- Simulación del Circuito 3 agregando los dispositivos de mediciones junto con su correcta conexión.

Análisis teórico del Circuito 3 usando el modelo simplificado: 𝐼 =

10𝑉 − 0.7𝑉 = 28.18𝑚𝐴 330𝛺 𝐼 = 𝐼 + 𝐼

𝐼 = 𝐼 =

𝐼 28.18𝑚A = 14.09𝑚𝐴 = 2 2

𝑉 = (330𝛺) ∗ (28.18𝑚𝐴) = 9.29𝑉

Ahora se implementa el Circuito 4. El cual es un arreglo de resistencias de 4.7KΩ y 2.2KΩ, 1 diodo rectificador de la familia 1N4007 y 2 fuentes de VDC ajustadas a 10 VDC y -5 VDC.

Circuito 4.- Esquemático que muestra un circuito R-D (Resistencia-Diodo) agregando la correcta conexión del amperímetro.

Instrucciones: -Calcular voltajes en cada elemento del circuito y la corriente total del mismo. -Hacer una tabla comparativa de los resultados obtenidos mediante estos 3 análisis: *Análisis teóricos de los circuitos (este análisis deberá realizarse tomando en cuenta los 3 modelos: Modelo Simplificado, Modelo Lineal por Segmentos y Modelo Ideal. *Simulación *Análisis experimental (mediciones)

Los valores aproximados esperados de corrientes y voltajes del Circuito 4 son los siguientes (Tabla 6): DATO EXPERIMENTAL Voltaje en la resistencia 1 (VR1) 9.8 V 4.58 V Voltaje en la resistencia 2 (VR2) Voltaje en el diodo (VD) 0.62 V Corriente en el circuito (I) 2.085 mA

SIMULACION TEÓRICO 9.816 V 9.6 V 4.59 V 4.81 V 0.589 V 0.616 V 2.089 mA 2.18 mA

Tabla 6.- Tabla que muestra la comparación de las mediciones en el Circuito 4.

Simulación del Circuito 3 (Imagen 3).

Imagen 3.- Simulación del Circuito 4 agregando los dispositivos de mediciones junto con su correcta conexión.

Análisis teórico del Circuito 4 usando el modelo simplificado: 𝑉 = 0.7𝑉 15𝑉 = (4700 𝛺)𝐼 + (2200𝛺)𝐼 + 0.7𝑉 14.3𝑉 = (6900 𝛺)𝐼 𝐼=

14.3𝑉 6900𝛺

= 2.0724𝑚𝐴

𝑉 = (4.7𝑘𝛺 ) ∗ (2.07𝑚𝐴) = 9.74𝑉 𝑉 = (2.2𝑘𝛺 ) ∗ (2.07𝑚𝐴) = 4.55𝑉

CONCLUSIÓN DE LA PRÁCTICA

Podemos decir que los diodos son elementos importantes en la electrónica, en la práctica vimos que es posible desarrollar las compuertas lógicas con diodos que sirven para ofrecer una respuesta lógica booleana de salida de acuerdo a un tipo de señal de entrada, implementamos una compuerta de tipo OR y AND, la primera (OR) en la salida entrega una respuesta cuando existe una señal de entrada en cualquiera de los diodos, mientras que la segundo (AND) entrega una respuesta sólo todos los diodos reciben una señal de entrada al mismo tiempo. El diodo como vimos en la práctica anterior no es un elemento lineal, pero para facilitar su análisis se reemplazara por una fuente de voltaje, haciendo más fácil su análisis, el error involucrado en esta sustitución es mínimo, se puede reducir el grado de error cambiando el método de análisis teórico esto dependerá del tipo del circuito y los datos que se quieran satisfacer. Es importante tener en claro el funcionamiento u operación del circuito que se tiene para poder analizar los elementos que contiene y así poder elegir el método de análisis que mejor se ajuste y nos cree el menor error posible, como resultado los datos se aproximaran lo suficientemente aceptable a los datos de una simulación o a los de un método experimental.

BIBLIOGRAFÍA Albella, J. M. (s.f.). Aplicaciones de los diodos semiconductores. Obtenido de http://www.icmm.csic.es/fis/gente/josemaria_albella/electronica/5%20Aplica ciones%20diodos.pdf

Jefferson Monar, P. M. (s.f.). Laboratorio de Electrónica Analógica. Obtenido de https://sites.google.com/a/udlanet.ec/lea/

Schiavon, M. I. (2012). Electronica I. Obtenido de http://www.fceia.unr.edu.ar/eca1/files/teorias/Diodos%20-%202012.pdf...