UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL Campus Arturo Ruiz Mora – Santo Domingo
Facultad: Ciencias de la Ingeniería Carrera: Ingeniería Electromecánica
Práctica Nº 1
Ing. Henry Iza – Electrónica Básica y Laboratorio
Nivel: Séptimo
Integrantes: Marco Buenaño Pedro Chamba Daniel Martínez Jefferson Ortiz Jefferson Vargas
Periodo: Abril – Agosto 2017
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PRÁCTICA No 2 1. TEMA
Características Del Diodo Zener: Regulador de Voltaje
2. OBJETIVOS
Medir los efectos de las polarizaciones directa e inversa en un diodo Zener.
Determinar y graficar las características de voltaje-corriente de un diodo Zener.
Comprobar de manera práctica la función que cumple el diodo Zener como regulador de voltaje.
3. MARCO TEÓRICO Es un diodo de cromo que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas, su característica es tal que una vez alcanzado el valor de su tensión inversa nominal y superando la corriente a través de un determinado valor mínimo, la tensión en bornes del diodo se mantiene constante e independiente de la corriente que circula por él. Recordar que los diodos comunes, como el diodo rectificador (en donde se aprovechan sus características de polarización directa y polarización inversa), conducen siempre en el sentido de la flecha. En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el diodo. Si el diodo Zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador común. Cuando el diodo Zener funciona polarizado inversamente mantiene entre sus terminales un voltaje constante.
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En el gráfico se ve el símbolo de diodo Zener (A – ánodo, K – cátodo) y el sentido de la corriente para que funcione en la zona operativa. Se analizará el diodo Zener, no como un elemento ideal, si no como un elemento real y se debe tomar en cuenta que cuando éste se polariza en modo inverso si existe una corriente que circula en sentido contrario a la flecha del diodo, pero de muy poco valor.
Si a un diodo Zener se le aplica una corriente eléctrica del ánodo al cátodo (polarización directa) toma las características de un diodo rectificador básico, pero si se le suministra corriente eléctrica de cátodo a ánodo (polarización inversa), el diodo solo dejara pasar una tensión constante.
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El diodo Zener debe ser polarizado al revés para que adopte su característica de regulador de tensión.
Un regulador con diodo Zener ideal mantiene un voltaje predeterminado fijo a su salida, sin importar las variaciones de voltaje en la fuente de alimentación y/o las variaciones de corriente en la carga. Nota: En las fuentes de voltaje ideales (algunas utilizan, entre otros elementos el diodo Zener), el voltaje de salida no varía conforme varía la carga. Pero las fuentes no son ideales y lo normal es que el voltaje de salida disminuya conforme la carga va aumentado, o sea conforme la demanda de corriente de la carga aumente. RESISTENCIA El símbolo de la resistencia es:
Una resistencia también llamado resistor es un elemento que causa oposición al paso de la corriente, causando que en sus terminales aparezca una diferencia de tensión (un voltaje La máxima cantidad de corriente que puede pasar por una resistencia, depende del tamaño de su cuerpo. Los valores de potencia comunes de las resistencias son: 1/4, 1/2, 1 watt, aunque hay de valores mayores. Las resistencias se representan con la letra R y el valor de éstas se mide en Ohmios (Ω).
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4. HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
1 Fuente DC variable 30V 1 Protoboard 2 Multímetros
5. MATERIALES E INSUMOS
1 Resistencias de 3300 Ω a ½ W 1 Resistencia 500 Ω 1 Diodo Zener 1N3020 (9V) 1 Interruptor de un polo un tiro
6. ESQUEMA DEL CIRCUITO
Figura 6.1 Circuito experimental para observar el efecto de la polarización inversa en un diodo Zener.
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Figura 6.2 Circuito del regulador de voltaje del experimento.
7. PROCEDIMIENTO:
1) Arme el circuito de la figura 6.1. El interruptor S está abierto. VAA es una fuente de alimentación regulada, calibrada a O V. M es un multímetro. 2) Cierre S. Mida la corriente del diodo I, si la hay, con un VAA calibrado a O V. Anote los resultados en la tabla 8.1. 3) Ajuste la salida de VAA de manera que el voltaje VAB medido en el diodo sea de 2.0 V. Mida la corriente del diodo. Anote los resultados en la tabla 8.1. 4) Repita el paso 3 por cada valor de VAB que aparezca en la tabla 8.1. Cambie el intervalo de M según se requiera. Calcule la resistencia Rz del diodo (Rz = VAB/I) y anote los resultados obtenidos en la tabla 8.1. 5) Ajuste el valor de VAA de manera que la corriente del diodo I sea de 2 mA. Mida el voltaje VAB del diodo y anótelo en la tabla 8.1. Calcule Rz y anote su valor en la tabla 8.1. 6) Repita el paso 5 para todos los valores de corriente y anote los valores respectivos de VAB y Rz en la tabla 8.1. 7) Abra S interrumpiendo la alimentación al circuito. Ponga la salida de la fuente de alimentación en O V. Invierta la posición del diodo en el circuito. 8) Cierre S. Mida y anote en la tabla 8.2 la corriente directa del diodo para cada nivel de voltaje VAB en la tabla. Calcule la resistencia directa RF = VAs/I k. Anote los resultados en la tabla 8.2.
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9) Con base en los resultados de las tablas 8.1 y 8.2, trace en papel cuadriculado una gráfica de: a) La corriente del diodo (eje vertical) en función del voltaje del diodo. b) Dibuje una gráfica amplificada de la corriente del diodo en función del voltaje dentro de la región Zener. 10) Arme el circuito de la figura 6.2. El interruptor S está abierto. La salida de la fuente de alimentación VAA es igual a OV. M es el mili amperímetro calibrado para el intervalo de 100 mA. 11) Cierre S. Aumente poco a poco el voltaje de alimentación VAA hasta que la corriente lz del diodo dé una lectura de 20 mA. Mida el voltaje de alimentación VAA y el voltaje VAB en la carga. Anote los resultados en la tabla 8.3. Mida la corriente total IT. Anote los resultados en la tabla 8.3. 12) Calcule el intervalo de variación de VAB en el cual VAB es constante dentro de ± 0.1 V de su valor en el paso 11. Mida la variación de lz e IT dentro de este intervalo; anote los resultados en la tabla 8.3.
8. TABULACIÓN DE DATOS Tabla 8.1. Polarización inversa Paso 2 3 4 4 4 5
𝑉𝐴𝐵 0,0 2,0 6,0 7,0 8,0 10,0
I, mA 0 -1 -1 -1 -1 2,0
Paso
𝑅𝑍 0 -2000 -6000 -7000 -8000 5000
6 6 6 6 6 6
𝑅𝑍
I, mA
𝑉𝐴𝐵 9.51 9.57 9.68 9.83 10 10.15
5 10 20 30 40 50
1902 957 484 327.6 250 203
Tabla 8.2. Polarización directa Paso 8
𝑉𝐴𝐵 :
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0.7
0.73
0,74
I, mA RF
-1 0
-1 -100
-1 -200
-1 -300
-1 -400
-1 -500
-1 -600
-1 -700
-2 -365
-3 -370
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Tabla 8.3. Regulación de voltaje 𝑉𝐴𝐵
Paso 11 12 12
𝑉𝐴𝐵 𝑉𝐴𝐵
𝑉𝐴𝐵 + 0.1 -0,1
𝐼𝑇 ,mA
𝐼𝑍 ,mA
25 mA 26 mA 24 mA
20 21 19
𝑉𝐴𝐴
-1 -1 -1
0v 0v 0v
9. GRÁFICAS Y/O ANÁLISIS DE RESULTADOS
Comportamiento del diodo Polarización Directa 80 70
Corriente (A)
60 50 40 30 20 10 0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Voltaje (V)
Comportamiento del diodo Polarización Inversa 10 0 -40
-35
-30
-25
-20
Corriente (A)
-45
-15
-10
-5
-10 -20 -30 -40
𝑉𝐴𝐵
-50 -60
Voltaje (V)
-70
0
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Comportamiento del diodo
80 60 40
Corriente (mA)
20 0
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
-20
-40 -60
Voltaje (V)
-80
10. CONCLUSIONES
En la polarización se comprobó la curva característica del diodo a medida de que se iba aumentando el voltaje iba trazando la misma curva.
El voltaje de polarización de un diodo de silicio oscila entre 0.6 y 0.8 voltios.
El voltaje en los terminales del diodo cuando este se encuentre polarizado inversamente equivale al nivel de voltaje de la fuente que lo alimenta, ya que su comportamiento es similar a un circuito abierto.
11. RECOMENDACIONES
Al momento de registrar en la tabla los valores de operación del diodo, tanto como el voltaje del diodo (Vd) y la corriente del diodo (Id) emplear un rango amplio de mediciones, para que las conclusiones obtenidas sean las más exactas posible.
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Verificar mediante un multímetro el funcionamiento de los elementos a emplear dentro del circuito (Resistencias y diodos) se encuentran operando de acuerdo a sus propiedades. CUESTIONARIO
1.- Compare la polarización de un diodo de unión (experimento 1) con la de un diodo Zener en una aplicación normal.
2. Compare la característica de voltaje-corriente de la gráfica del diodo Zener del paso 9a) de este experimento con la de la figura 2-2. Explique las diferencias.
3. ¿Qué parte de las características de un diodo Zener es la más útil en las aplicaciones de regulación de voltaje? ¿Por qué?
4. a) ¿Cuál es la importancia de la gráfica del paso 9b)? b) ¿Cómo se utiliza la gráfica del paso 9b) en el diseño de un regulador que emplea un diodo Zener de 10 V?
5. Con base en la tabla 2-3 explique cómo funciona este circuito regulador.
6. ¿El circuito regulador de la figura 2-5 permite compensar los cambios en el voltaje de entrada, VAA, así como los de la corriente de carga, IL? Explique.
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ANEXOS
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