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Universidad Autónoma de Zacatecas
Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica
Ingeniería en Electrónica Industrial
Sobre Diodos
Gad Alan Francisco Gallegos Reveles ([email protected])
Jesús Eduardo García Martínez ([email protected])
Luis Rubén Sataray Sánchez ([email protected])
1. Introducción.
1.1 ¿Qué es el diodo?
Durante el tiempo transcurrido en la realización de las 5 prácticas y la fuente
variable, hubo un concepto que aparecía en todas ellas, pues es el concepto central
de este primer reporte, y ese concepto es el diodo , pero esto lleva a una pregunta
importante, y, ¿Qué es el diodo?
Bueno, se definirá al diodo como un dispositivo electrónico que permite que exista
un flujo de corriente en una sola dirección bloqueando el flujo de corriente en el
sentido contrario gracias a que el diodo puede polarizarse de forma directa e
indirecta. Polarizado directamente el diodo permite que existe un paso para la
corriente, mientras que polarizado inversamente el diodo hará que el circuito se
comporte como un circuito abierto, por ende, sin flujo de corriente en él.
Generalmente están hecho de silicio con impurezas para crear una región con
portadores de carga eléctrica negativa (electrones), a esta zona se le llama tipo n,
y también tienen una región en el lado contrario que contiene a los portadores de
carga positiva (huecos) y que recibe el nombre de tipo p. En la unión PN cuando
hay corriente eléctrica, los huecos del lado p (ánodo) se van rellenando con los
electrones del lado n (cátodo), y así se permite el flujo de corriente eléctrica entre
estos materiales.
1.2 Tipos de diodos.
Existen diversos tipos de diodos, sin embargo, para fines de este reporte, solo
mencionaremos algunos que nosotros consideramos son los más importantes.
Diodo rectificador : El más usado en nuestras prácticas, son lo que solo
conducen en polarización directa (arriba de 0 .7 volts) y no conducen en
polarización inversa, como el nombre indica, se usan en rectificación de
señales.
Diodo Zener : Se caracteriza por su capacidad de mantener un voltaje en un
valor constante en sus terminales, por esto, es muy usado en fuentes de
voltaje como un regulador.
Diodo LED : Convierte la energía eléctrica en luz cuando es polarizado
directamente.
Diodo laser : Son LEDs que emiten una luz monocromática, concentrada y
potente. Estos diodos son usados en computadoras y sistemas de audio y
video para leer información.
Figura 1.- Símbolo del diodo
Figura 2.- Estructura interna del diodo
de voltaje variable creada por el equipo, esta fuente siendo el trabajo final de
este primer reporte.
- Conclusiones: Aquí se plasmarán los puntos de vista respecto a las prácticas
realizadas y, las conclusiones respecto a si se lograron o no cumplir con los
objetivos planteados en el punto 1.3.
2. El diodo rectificador.
El diodo rectificador es utilizado para establecer el paso de la corriente eléctrica en
una sola dirección, debido a su comportamiento, se les conoce como rectificadores
pues al conectar una corriente alterna, solo permite el paso de una sección de la
onda senoidal siendo el primer paso para la rectificación de corriente alterna en
directa. Al polarizarse directamente permite el paso de la corriente y al polarizarse
inversamente evita el paso de una corriente.
2.1. Curva característica del diodo rectificador.
Resultados de la simulación.
Gráfica 1.- Curva característica del diodo rectificador obtenida en la simulación de OrCAD.
Tabla de mediciones hechas en laboratorio.
V IB(mA) Vd(mV)
0 0 0
0.1 0.8 0.
1 0.47 0.
2 1.53 0.
3 2.45 0.
4 3.55 0.
5 4.54 0.
6 5.57 0.
7 6.61 0.
8 7.69 0.
9 8.7 0.
10 9.69 0.
Tabla 1.- Resultados obtenidos en la práctica de laboratorio.
Curva característica del diodo, obtenida a partir de los datos medidos en el
laboratorio.
Gráfica 2.- Curva obtenida con los resultados experimentales de la tabla 1.
2.2. El diodo como rectificador.
La rectificación se da a partir de la corriente alterna, que está representada por una
onda senoidal en donde con la ayuda de diodos se puede elevar la parte negativa
de la onda senoidal, esto es la rectificación de onda completa, funciona para
proporcionar un nivel de corriente directa en base a uno de alterna.
0
2
4
6
8
10
12
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.
Curva caracteristica del diodo
Calculo del voltaje medio.
Vp 8.5v
f 1kHz
f(t) VpSen(wt)
T 1ms
W 2πf = 2π/T= 6283.
Tabla 2.- Datos proporcionados previamente en clase.
𝑉𝑐𝑑 =
1
𝑇 1
∫
𝑉𝑝𝑆𝑒𝑛(𝑤𝑡)𝑑𝑡
𝜋
0
Ecuación 1
Donde T 1 es el periodo de la señal f(t) en media onda y Vcd es el voltaje de
corriente directa de la señal trabajada. Vp es el voltaje pico de la función senoidal
y f es su frecuencia.
𝑉𝑐𝑑 =
- 5
1 𝑚𝑆
∫
𝑆𝑒𝑛( 6283. 18 𝑡)𝑑𝑡
1
2
𝑚𝑠
0
𝑉𝑐𝑑 = 8500 [−
1
- 18
𝐶𝑜𝑠( 6283. 18 𝑡)]
1 / 2 𝑚𝑠
0
Evaluado la ecuación de 0 a ½ ms.
[
− 4
− 4
]
Calculo del voltaje Eficaz.
1
𝑇
2
𝑇
0
Ecuación 2
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
√
1
1 𝑚𝑆
∫
- 25 𝑆𝑒𝑛
2
(
2 𝜋
1 𝑚𝑠
) 𝑑𝑡 +
1
2
𝑚𝑠
0
∫
0 𝑑𝑡
1
2
𝑚𝑠
0
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
√
- 25
1 𝑚𝑆
∫
𝑆𝑒𝑛
2
(
2 𝜋
1 𝑚𝑠
)
𝑑𝑡
1
2
𝑚𝑠
0
𝑉𝑟𝑚𝑠 = √
- 25
1 𝑚𝑆
[
𝑡
2
− sin(
4 𝜋
1 𝑚𝑠
𝑡)
8 𝜋
1 𝑚𝑠
]
- 5
0
= √ (
- 25
1 𝑚𝑆
)
( 2. 5 𝑥 10
− 4
)
𝑉𝑟𝑚𝑠 = √
- 0625 = 4. 25 v
Resultados obtenidos en la simulación
Grafica 3.- Rectificación de media onda sin filtrado en OrCAD.
Resultados obtenidos en el laboratorio
Figura 4.- Imagen obtenida en el osciloscopio a partir del rectificador de media onda. No se
aprecia, pero el Voltaje RMS fue de 3.9V.
Calculo del voltaje Eficaz.
1
𝑇 2
2
𝑇 2
0
Ecuación 4
𝑉𝑟𝑚𝑠 = √
1
- 5 𝑚𝑆
∫
- 25 𝑆𝑒𝑛
2
(
2 𝜋
1 𝑚𝑠
) 𝑑𝑡
- 5 𝑚𝑠
0
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
√
25
5 𝑚𝑆
∫
𝑆𝑒𝑛
2
(
2 𝜋
1 𝑚𝑠
)
𝑑𝑡
1
2
𝑚𝑠
0
𝑉𝑟𝑚𝑠 = √
- 25
1 𝑚𝑆
[
𝑡
2
− sin(
4 𝜋
1 𝑚𝑠
𝑡)
8 𝜋
1 𝑚𝑠
]
- 5
0
= √ (
25
5 𝑚𝑆
)
( 2. 5 𝑥 10
− 4
)
𝑉𝑟𝑚𝑠 = 6. 0104 𝑣
Resultados de la simulación.
Grafica 4.- Rectificación de onda completa simulada en OrCAD.
Resultados de laboratorio.
Figura 7.- En azul se puede observar el resultado visto en el Osciloscopio del rectificador de onda
completa. Aparece en amarillo la etapa de rectificación de media onda ajena a nuestra colaboración,
puesto que el inconveniente en esta práctica fue el mal funcionamiento del osciloscopio utilizamos
el de unos compañeros para la realización de la práctica.
2.3 Rectificación con filtro.
Rectificación con filtro : Si a la salida del rectificador conectamos un
condensador que funcione como filtro, la señal de salida es continua y
constante. Muchas veces cuando se rectifica una señal, esta no es del todo
continua pues conserva un voltaje de rizado, pero en el caso de la
rectificación con filtro ese voltaje de rizado se trata de eliminar.
Capacitor o condensador : Es un dispositivo electrónico que tiene la
capacidad de almacenar energía por medio de sus campos magnéticos, su
principal uso es el de ser filtros de corriente continua.
Voltaje de rizo (Vr) : También suele ser encontrado en algunos libros bajo el
nombre de ripple , se trata del sobrante de corriente alterna que queda tras
rectificarse a corriente continua. Este rizado puede disminuirse o dejarse
prácticamente nulo mediante un filtro de condensador.
Factor de rizado ( r ) : Es un valor numérico que indica que tan efectivo es el
filtro usado en la rectificación, entre menor sea este valor, mejor el filtrado.
Se define como:
𝑉𝑟
𝑉𝑐𝑑
) Ecuación 5
Donde Vr es el voltaje de rizado y Vcd el voltaje de salida del filtro.
𝐶 3 =
- 5 𝑣
( 1 𝑘𝐻𝑧)( 100 𝑘Ω)(. 75 𝑣)
= 10 𝑥 10
− 6
Resultados a partir de la simulación en OrCAD.
Gráfica 5.- Resultados obtenidos utilizando C1 y R1.
Gráfica 6.- Resultados obtenidos utilizando C2 y R2.
Gráfica 7.- Resultados obtenidos con C3 y R3.
Figura 12.- Resultados obtenidos utilizando C3 y R3. En la frecuencia se observa que marca 45kHz
pero ese no es el valor real, puesto que en el generador de señales se colocó 1kHz se cree que es
debido al osciloscopio. Se observa que es una línea casi perfectamente recta, pero con unos picos
de variación estos son debido a que aún es una rectificación de media onda.
2.3.2 Rectificación de onda completa con filtro.
Se utilizarán los mismos datos de la tabla no. 3 soló cambiará la frecuencia de 1kHz
a 2kHz.
Para calcular los capacitores se utilizará la ecuación 6.
𝐶 1 =
- 5 𝑣
( 2 𝑘𝐻𝑧)( 1 𝑘Ω)(. 75 𝑣)
= 5 𝑥 10
− 6
𝐶 2 =
- 5 𝑣
( 2 𝑘𝐻𝑧)( 10 𝑘Ω)(. 75 𝑣)
= 50 𝑥 10
− 6
𝐶 3 =
- 5 𝑣
( 2 𝑘𝐻𝑧)( 100 𝑘Ω)(. 75 𝑣)
= 500 𝑥 10
− 6
Resultados obtenidos en la simulación.
Gráfica 8.- Resultados con C1 y R1.
Gráfica 9.- Resultados obtenidos con C2 y R2.
Figura 14.- Resultados obtenidos en el laboratorio con C2 y R2.
Figura 15.- Resultados obtenidos en el laboratorio con C3 y R3. Se observa como la línea de voltaje
permanece fija, y no varía como en los resultados obtenidos en la figura 12.
Se observa que los valores que resultan en la frecuencia cambian a pesar de que
en el generador de señales se colocó 1 kHz, estos oscilaban entre los valores
aparecidos en pantalla y entre el valor real. Por lo cual se concluye que pudo ser
problema de las puntas del generado o el osciloscopio.
3. El diodo zener.
El diodo zener es un diodo compuesto principalmente de silicio y en un estado de
dopaje muy alto. Su principal funcionamiento es de regulador de tensión constante,
independientemente de que existan cambios en la resistencia de carga y la
temperatura. Los diodos zener suelen caracterizarse por polarizarse inversamente
al voltaje, de esta forma el diodo mantendrá una tensión constante. No actúa como
rectificador sino como un estabilizador de tensión.
Figura 16.- Curva característica del zener.
3.1. Curva característica del diodo zener.
La curva característica del diodo zener se muestra a partir del voltaje de ruptura
como se muestra en la imagen 16, en ese caso de 17,1 V, en donde comienza a
comportarse como un regulador, este tiene un voltaje de - 17 puesto que esta
polarizado inversamente.
Curva obtenida en la Simulación.
Gráfica 10.- Curva Característica del zener obtenida en OrCAD.
