Limitador y Rectificador de Diodos
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Universidad del cauca., Burbano Hernández., Bohórquez Torres y Orozco Ordoñez.
Laboratorio de Dispositivos Activos
1
Resumen— La presente práctica de laboratorio fue realizada
con el fin de poner a prueba una serie de circuitos modificadores
de señal, concretamente limitadores de diodo y fijadores de nivel
de diodo. Bajo modificaciones adecuadas en los circuitos y
registrando la forma de la onda de salida correspondiente trazada
por el osciloscopio se fueron comparando con la forma original de
la onda de la señal de entrada.
Palabras Clave— Diodo, Polarización, Limitador, Fijador de
Nivel.
Abstrac: the present practice was maked aiming to prove some
signal modifiers circuits, specifically a diode limiter and a diode
level setter. Under appropriate modifications on the circuits and
registering the waveform of the output signal watched on the
oscilloscope, it was compared with the input signal.
I. INTRODUCCIÓN
os diodos son una parte fundamental en el campo de la
electrónica actual, con su variedad de aplicaciones en
algunas de estas es necesario cuadrar los extremos de una señal
de ca o limitar el voltaje de ca para ciertos niveles
predeterminados, según lo requiera la aplicación. El dispositivo
utilizado para esto se conoce como “limitador”, como su
nombre lo indica esta práctica es de limitador de diodo y fijador
de nivel de diodo, esto nos permite transformar una señal
senoidal en una onda rectangular, limitar el semi ciclo negativo
o positivo entre otras funciones.
II. OBJETIVOS
Objetivo General:
Verificar efectos del limitador y rectificador de diodo.
Objetivos Específicos:
Determinar la relación entre una entrada tipo onda
senoidal y la salida en forma de onda de los limitadores
de diodo conectados en serie y en paralelo.
Observar el efecto en la onda de salida de los
limitadores de diodo con polarización directa e inversa
Observar el efecto en la onda de salida de los fijadores
de nivel por diodo negativo y positivo.
III. MARCO TEÓRICO
A. Limitadores de diodos en serie
El comportamiento unidireccional de la corriente los diodos
semiconductores permite que los diodos actúen como
limitadores
Fig. 1 Diodo semiconductor como limitador en serie
Este sencillo circuito constituye un limitador en serie positivo
en (a) y negativo en (b), el nombre es debido a que es la parte
que limita, en las Fig. 1 y 2 se puede observar el
comportamiento de las configuraciones (a) y (b)
respectivamente.
Limitador de Diodo y
Fijador de Nivel de Diodo
C.A. Burbano Hernández1, F.J. Bohórquez Torres 2 y M. Orozco Ordoñez 3. Ingeniería física, Facultad de Ciencias Exactas y de la Educación, Universidad del Cauca
1burbanoh@unicauca 2franciscoj94@unicauca
3miguelorozco@unicauca
Tel:3132115024
L
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Laboratorio de Dispositivos Activos
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Fig. 2 Ciclo positivo limitado Fig. 1(a)
Fig. 3 Ciclo negativo limitado. Fig. 1(b)
B. Limitadores de diodos en paralelo
El circuito de la Fig. 4 es un ejemplo de limitador conectado
en paralelo dado que la salida está en paralelo con el diodo.
Fig. 4 Diodo semiconductor como limitador en paralelo
Durante el semi ciclo positivo, la polarización del diodo D1 es
inversa y tiene una elevada resistencia inversa la cual hace que
el voltaje de salida sea el semi ciclo positivo y recorta el semi
ciclo negativo debido a que D1 está en polarización directa y se
comporta como un circuito cerrado por lo tanto en el diodo no
aparece ningún voltaje como se puede ver en la Fig. 5.
Fig. 5 Fig. 2 Ciclo negativo limitado Fig. 4(a)
De la misma manera, pero invirtiendo la polarización del diodo,
el limitador de diodo en paralelo de la Fig. 4 (b) sirve para
eliminar el semi ciclo positivo, Fig. 6
Fig. 6 Fig. 2 Ciclo positivo limitado Fig. 4(b)
IV. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
Materiales:
Una fuente de alimentación cd variable y regulada.
Un transformador 110 V ca / 60 Hz en primario,
12-0-12 V ca / 60 Hz en secundario o un generador de
funciones con capacidad de tensión superior a 12Vpp.
Osciloscopio.
Una protoboard.
2 conectores caimán-banana.
Cables para conexionado.
1 resistor de 120 kΩ a 1/2 W.
2 diodos: 1N4005 (o equivalente).
Potenciómetro de 2 kΩ a 2 W.
Procedimiento 1:
1. Arme el circuito de la Figura 1.
2. observe la señal de salida y dibújela en fase temporal
con la de entrada.
3. Registre en la Tabla 1.
Procedimiento 2:
1. Arme el circuito de la Figura 4.
2. observe la señal de salida y dibújela en fase temporal
con la de entrada.
3. Registre en la Tabla 1.
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Procedimiento 3:
1. Monte el circuito de la Figura 7.
Fig. 7 Limitador doble diodo
2. Cierre los interruptores S1 y S2, ubique el cursor del
potenciómetro en el punto medio de su intervalo de tal
forma que VFB = VGB = 3 V.
3. Abra S2. Observe y mida la onda de salida Vsal.
Registre en la Tabla 1.
4. Cierre S2 y abra S1. Observe y mida la onda de salida
Vsal. Registre en la Tabla 1.
5. Cierre S1. Observe y mida la onda de salida Vsal.
Registre en la Tabla 1.
6. Aumente en forma gradual el voltaje VAA hasta llegar
a 12. Observe y mida Vsal. Registre en la Tabla 1.
7. Disminuya el voltaje VAA hasta 6 V. Observe el
efecto sobre Vsal al variar el potenciómetro hacia
ambos lados de su posición central.
8. Establezca el potenciómetro de manera que la
polarización medida en D1 sea de +1.8 V y en D2 de -
4.2V. Dibuje esta forma de onda en la Tabla 1.
9. Establezca el potenciómetro de manera que la
polarización medida en D1 sea de +4.2 V y en D2 de -
1.8V. Dibuje esta forma de onda en la Tabla 1.
V. RESULTADOS
Fig. 8 Señal de entrada
Procedimiento 1:
Fig. 9 Comportamiento de la parte a
Fig. 10 Comportamiento de la parte b
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Procedimiento 2:
Fig. 11 Resultado de la parte a
Fig. 12 Resultado de la parte b
Procedimiento 3
Fig. 13 Resultado Paso 3
Fig. 14 Resultado Paso 4
Fig. 15 Resultado Paso 5
Fig. 16 Resultado Paso 6
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Fig. 17 Resultado Paso 7
Fig. 18 Resultado Paso 8
VI. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Procedimiento 1
Parte (a): para el semi-ciclo positivo el diodo se encontrará en
la región inactiva y debido a esto se puede ver como un circuito
abierto, donde va caer todo el potencial de la fuente por tanto al
estar el voltaje de salida en serie con el diodo este será cero y
este ciclo se ve recortado
Para el semi-ciclo negativo el diodo se encuentra en la región
activa y se puede ver como un corto circuito debido a esto el
potencial sobre la resistencia es el potencial de la fuente los
efectos de trabajar con un diodo no ideal se ven cuando la onda
de salida se ve más pequeña que la onda de entrada.
Como se puede observar en la imagen el voltaje de salida es
mayor que el voltaje de entrada. Esto se debe a los instrumentos
de medición y al ruido presente en las señales que pasan por el
circuito.
Parte (b): Para el semi-ciclo positivo el diodo se encontrará en
estado activo, así se puede ver este como un corto circuito,
entonces el voltaje de entrada caerá todo en la resistencia y el
voltaje de salida será igual al voltaje de entrada.
Para el semi-ciclo negativo el diodo estará en polarización
inactiva, por lo que se puede ver como un circuito abierto. En
este caso la diferencia de potencial entre los extremos del diodo
será igual al voltaje de entrada por lo que en la resistencia no
caerá nada y el voltaje de salida será igual a cero.
Procedimiento 2
Parte (a): para el semi-ciclo positivo el diodo se encuentra en
la región inactiva, es por esto que se puede ver como un circuito
abierto y todo el potencial de la fuente por leyes de Kirchhoff
se encontrara en los terminales de salida y el voltaje de salida
será igual al voltaje de entrada.
En el semi-ciclo negativo el diodo se encuentra en polarización
directa y se puede ver como un corto circuito es por esto que la
caída de voltaje se da sobre la resistencia dejando igual a cero
el voltaje en la salida, por esto esté recorta la parte negativa.
Parte (b): para el semi-ciclo positivo el diodo se encontrará en
polarización activa, por lo tanto se puede ver como corto
circuito y la diferencia de potencial entre su extremos será cero,
así el voltaje de salida será cero, habiendo así un recorte del
semi-ciclo positivo.
Para el semi-ciclo negativo el diodo se encuentra en
polarización inversa, por lo tanto se puede ver como circuito
abierto y por leyes de Kirchhoff la diferencia de potencial entre
sus extremos será la misma de la fuente.
Procedimiento 3
Paso 3: al estar abierto S2, solo se considerará el efecto de D1.
Para el semi-ciclo positivo el diodo 1 se encuentra polarizado
en forma activa es por esto que se puede ver como un corto
circuito y el voltaje sobre a y b es igual a cero ya que por leyes
de Kirchhoff el potencial cae en R1.
Para el semi-ciclo negativo el diodo 1 está en región inactiva y
se puede ver como un circuito abierto, por leyes de Kirchhoff el
potencial en ab es el mismo de entrada.
Paso 4: al estar abierto S1, solo se considerará el efecto de D2.
Para el semi-ciclo positivo el diodo 2 se encuentra inactivo, por
lo que se verá como circuito abierto. En este caso, no hay
corriente por el circuito, por lo que en la resistencia no caerá
voltaje y todo estará entre los terminales a y b. Y así el voltaje
de salida es el mismo que el de entrada.
Para el semi-ciclo negativo el diodo 2 se encuentra activo, por
lo que se verá como corto circuito, así el voltaje de entrada caerá
en su mayor parte en R1 y el voltaje de salida será prácticamente
cero. En la figura de este paso, se puede ver que el voltaje de
salida en cierto punto para este semi-ciclo es un poco diferente
de cero, esto se le atribuye al voltaje que cae en la pequeña
resistencia del potenciómetro.
Paso 5: para el semi-ciclo positivo el diodo 1 se encuentra en
polarización directa y el diodo 2 se encuentra en polarización
inversa, es por esto que la caída de potencial se da sobre el
diodo 2 que se remplaza por un circuito abierto pero hay que
considerar el efecto de la fuente de 6 V el cual para valores
mayores al mismo recorta la onda de entrada, puesto que la
fuente dc estará polarizando el cátodo de D1 con 6 V y este se
comportará como circuito abierto para valores de voltaje de
entrada menores a este voltaje. Después de este voltaje, D1 se
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comportará como corto circuito, ya que el ánodo estará a un
potencial mayor que el cátodo, por lo que el voltaje de salida
será igual al de la fuente dc.
Para el semi-ciclo negativo D1 se encuentra en región inactiva
y d2 en región activa. Debido a esto la caída de potencial se da
sobre d1 y por el voltaje dc de la fuente los valores menores a -
6v de entrada se ven recortados en la señal de salida, puesto que
al estar la fuente polarizando el ánodo de D2 negativamente,
este se comportará como circuito abierto sólo hasta el punto en
el que el voltaje de entrada sea menor al voltaje de la fuente, ya
que al ser el voltaje de entrada menor, D2 se comportará como
corto circuito y el voltaje de salida será igual al de la fuente dc.
Paso 6: Para este paso, el comportamiento del circuito es el
mismo descrito en el paso 7. La diferencia que se ve al cambiar
de valor el voltaje de la fuente dc, es que el voltaje pico a pico
de la señal de salida aumenta o disminuye con respecto a esta
fuente.
Paso 7: El potenciómetro está en balanceado, cuando lo
variamos lo que genera es un desbalance y lo que se observa es
que hace el recorte, ya sea mayor en la parte positiva o mayor
en la parte negativa dependiendo de la variación.
Las gráficas siguientes se interpretan de manera similar, donde
las variaciones se producen por las modificaciones requeridas
en el funcionamiento y prueba del circuito.
VII. CONCLUSIONES.
La posibilidad de modificar una señal según los
requerimientos necesarios en un circuito en particular
utilizando diodos es posible gracias a que éstos se
encienden para polaridades específicas de voltaje. Para
estos casos se puede tener control de la corriente que
circula en las distintas zonas del circuito simplemente
teniendo en cuenta la ubicación estratégica de los diodos.
En un diodo, bajo condiciones tolerables de voltaje y
corriente se elimina parcial o totalmente la parte positiva
o negativa de una señal senoidal en función a la resistencia
interna del diodo, que es representativamente baja cuando
se encuentra en polarización directa y alta cuando se
polariza inversamente. Esta resistencia es la que define la
eficiencia de un diodo para usarlo en circuitos
generalmente rectificadores.
La limitación con diodos es posible debido a la baja
resistencia directa y -la elevada resistencia inversa de un
diodo.
VIII. REFERENCIAS
[1] Adel S. Sedra, Circuitos Microelectrónicas, (Editorial Oxford University
Press México, S.A de C.V, 2002), pág. 78–126
[2] R. Boylestad, L. Nashelsky. Electrónica: Teoría de Circuitos.
México. 6 Edición. Prentice Hall. 1997. pp 1-16