practica 5 dispos

5/10/2018 practica 5 dispos - slidepdf.com

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

Laboratorio de Dispositivos y

Circuitos Eléctricos

Practica

5

Circuitos con Diodos:

Recortadores, Sujetadores y Multiplicadores

Nombre:

López Meléndez Oscar Alejandro

Paredes Morales Gabriel Alejandro



Objetivo: Observar el funcionamiento de circuitos recortadores, sujetadores y multiplicadores.

Realice la siguiente investigación:

1. ¿Qué es un circuito recortador?

RECORTADORES EN PARALELO

Los circuitos recortadores se utilizan para eliminar parte de una forma de onda que seencuentre por encima o por debajo de algún nivel de referencia. También se conocen comolimitadores, selectores de amplitud o rebanadores.

En este análisis se encontrarán cuatro tipos de recortadores en paralelo, en los dos primerossolo cambia la polaridad del diodo y, la fuente de dc queda con la misma polaridad; en losdos recortadores siguientes el diodo conserva la misma polaridad, mientras que la fuente dedc invierte su polaridad para cada recortador restante.

Cada circuito recortador se encuentra en función de la batería (fuente de dc), losrecortadores positivo y negativo se pueden realizar simultáneamente. El resultado es unrecortador polarizado en paralelo, que se diseña utilizando dos diodos y dos fuentes detensión. Pero en este análisis solo se van a utilizar una fuente de tensión de dc y un solodiodo para cada onda de salida (positiva y negativa).

Son circuitos que colocan a la salida una señal con una porción eliminada frente a la señalde entrada. Se clasifican en simples y polarizados, caracterizándose cada uno de ellos por laausencia o presencia de una batería en su composición. La presencia de baterías en elinterior de un circuito recortador permite tener niveles de recorte de la señal de entradadiferentes de cero o de 0.7 V.

La forma más general de analizar circuitos recortadores consiste en utilizar la función detransferencia de voltaje, de la salida a la entrada. Este método permite que cualquier formade señal en el tiempo que se aplique al circuito recortador, su salida es fácilmentedeterminada utilizando la característica de transferencia.



En los diagramas anteriores se muestra (primer figura) la señal de entrada sin pasar por eldiodo recortador, y por otro lado (segunda figura) se muestran las señales una (en verde) esla señal de entrada tal cual es, y la otra señal (en azul) se muestra cómo queda la señalrecortada.

RECORTADOR 1

Semiciclo positivo de la tensión de entrada:Cuando la tensión de entrada es menor que la tensión de la batería, el diodo quedapolarizado inversamente (circuito abierto), con lo cual la tensión de salida es igual a latensión de entrada (V salida = V entrada).Cuando la tensión de entrada es mayor que la tensión de la batería, el diodo quedapolarizado directamente (cortocircuito), siendo ahora la tensión de salida igual a la de labatería.

Semiciclo negativo de la tensión de entrada:Tanto si la tensión de entrada es mayor o menor que la tensión de la batería, el diodo se

encontrará polarizado inversamente (circuito abierto) y la tensión en la salida será igual a lade la entrada (V salida = V entrada).

Nota: la señal en color verde es la señal sin recortar, y la de color azul es la señal yarecortada



RECORTADOR 2

Semiciclo positivo de la señal de entrada:Cuando el voltaje de entrada aplicado al circuito es mayor que el voltaje de la batería eldiodo está polarizado en inverso (en circuito abierto) tenemos que el voltaje de salida esigual al voltaje de entrada.ViN > VB D en inverso, por tanto: Vout = ViN

Semiciclo negativo de la señal de entrada:

En este caso encontramos que el voltaje de entrada es menor que el voltaje de la bateríaquedando en cortocircuito el diodo polarizándose en directo, quedando en el voltaje desalida el voltaje de la bateríaViN < VB D en directo, por tanto: Vout = VB

Nota: La señal en color verde es la señal sin recortar, y la de color azul es la señal yarecortada.



RECORTADOR 3

Semiciclo positivo de la señal de entrada:En este semiciclo encontramos que el diodo de se encuentra polarizado en directo (encortocircuito):

ViN > - VB D en directo, por tanto: Vout = - VBSemiciclo negativo de la señal de entrada:Cuando la tensión de entrada es menor al valor negativo de la batería el diodo se encuentrapolarizado en inverso (circuito abierto), portal motivo el voltaje de la salida es igual alvoltaje de la fuente de entrada:ViN < - VB D en inverso, por tanto: Vsalida = ViN

RECORTADOR 4

Semiciclo positivo de la señal de entrada:Cuando la tensión de entrada es mayor que la tensión de menos la batería el diodo estapolarizado en inverso (en circuito abierto).ViN > - VB D en inverso, por tanto: Vout = ViN

Semiciclo negativo de la señal de entrada:Cuando la tensión de entrada es menor al valor negativo de la batería el diodo se encuentrapolarizado en directo (cortocircuito), portal motivo el voltaje de la salida es igual menos elvoltaje de la batería.Vin < - VB D en directo, por tanto: Vout = - VB



ANALISIS REAL DE COMPORTAMIENTO DE UN RECORTADOR EN

PARALELO

Para un análisis real, el diodo es sustituido por una fuente de tensión llamada VT y por unaresistencia interna llamada Rf. Donde el voltaje de entrada es menor a la suma del voltajede la batería y del diodo, es decir:VB + VT > ViN

Donde el voltaje de salida es igual a la suma de los voltajes que pasan por el equivalente aldiodo más el voltaje de la batería:



RECORTADORES EN SERIE

Los recortadores en serie a diferencia de los recortadores en paralelo son como su nombrelo dice el diodo en serie, vamos analizar los cuatro tipos de recortadores e serie.

RECORTADOR 1

La señal de color azul es la señal normal, y la de color rojo es la señal recortada.



Semiciclo positivo de la señal de entrada:Para que el diodo conduzca, es decir, que este polarizado en directo el voltaje de entradadebe de ser menor al voltaje de la batería, para que su voltaje de salida sea igual a ladiferencia del voltaje de entrada menos al de la batería:ViN < VB D en directo, por tanto: Vout = ViN - VB

Semiciclo negativo de la señal de entrada:Para que el diodo sea polarizado en inverso, a diferencia del semiciclo anterior el voltaje deentrada debe de ser mayor al voltaje de la batería, y por tanto el voltaje de salida será iguala cero:ViN > VB D en inverso, por tanto: Vout = 0 V

RECORTADOR 2

Semiciclo positivo de la señal de entrada:Para que el diodo conduzca, es decir, que este polarizado en directo el voltaje de entrada

debe de ser menor a menos el voltaje de la batería, para que su voltaje de salida sea igual ala suma del voltaje de entrada más al de la batería:ViN < - VB D en directo, por tanto: Vout = ViN + VB

Semiciclo negativo de la señal de entrada:Para que el diodo sea polarizado en inverso, a diferencia del semiciclo anterior el voltaje deentrada debe de ser mayor a menos el voltaje de la batería, y por tanto el voltaje de salidaserá igual a cero:ViN > - VB D en inverso, por tanto: Vout = 0 V



RECORTADOR 3

Nota: La señal de rojo es la señal recortada, y la señal de color azul es la señal son recortar.

Semiciclo positivo de la señal de entrada:Para que el diodo se polarice en directo y conduzca, el voltaje de entrada debe de ser menoral voltaje de la batería, para que su voltaje de salida sea igual a cero:

ViN < VB D en directo, por tanto: Vout = 0 V

Semiciclo negativo de la señal de entrada:Para que el diodo se polarice en inverso, el voltaje de entrada debe de ser mayor al voltajede la batería, y por tanto el voltaje de salida será igual a la diferencia del voltaje de laentrada menos al voltaje de la batería:ViN > VB D en inverso, por tanto: Vout = ViN - VB

RECORTADOR 4

Nota: La señal de rojo es la señal recortada, y la señal de color azul es la señal son recortar.

Semiciclo positivo de la señal de entrada:Para que el diodo se polarice en directo y conduzca, el voltaje de entrada debe de ser menoral voltaje de la batería, para que su voltaje de salida sea igual a cero:ViN < VB D en directo, por tanto: Vout = 0 V



Semiciclo negativo de la señal de entrada:Para que el diodo se polarice en inverso, el voltaje de entrada debe de ser mayor al voltajede la batería, y por tanto el voltaje de salida será igual a la diferencia del voltaje de laentrada menos al voltaje de la batería:ViN > VB D en inverso, por tanto: Vout = ViN - VB

2. ¿Qué es un circuito sujetador?

SUJETADORES DE VOLTAJE O CAMBIADORES DE NIVEL

Si el condensador se encuentra descargado, al aplicar tensión, él se comportará como uncorto (oponiéndose al cambio de voltaje). Para que exista conducción, se requiere que laseñal inicie su recorrido con un voltaje negativo, esto hará que el condensador se cargue aun voltaje Vmax.

Una red cambiadora de nivel es la que cambia una señal a un nivel de DC diferente. La red

debe de tener un capacitor, un diodo y un elemento resistivo, pero también puede usar unafuente de Dc independiente para introducir un cambio de nivel de DC adicional. Lalongitud de R y de C debe elegirse de tal forma que la constante de tiempo T = RC es losuficientemente grande para asegurar que el voltaje a través del capacitor no se descarga demanera significativa, durante el intervalo en que el diodo no está conduciendo.

PRIMERA ETAPAEn esta primera etapa el capacitor se carga con el voltaje de la fuente a través del diodo queal estar polarizado en directo es sustituido por un cortocircuito (mostrado en la figura (c).Esta etapa se encuentra en un rango de 0 < t < T/2 con un voltaje de entrada igual al voltajede la batería ViN = V

En la figura (a) se muestra una onda cuadrada de entrada. En la figura (b) se ilustra uncircuito sujetador (de fijación) donde la salida se fija a cero, es decir, no existe batería, porlo que VB = 0. Si el diodo se encontrara en dirección opuesta al del circuito previo, sefijaría el mínimo en lugar del máximo de salida, en este caso se está fijando el máximo desalida.

Es importante que la tensión a través del capacitor permanezca aproximadamente constantedurante el semiperiodo de la onda de entrada.



SEGUNDA ETAPAEn la segunda etapa el capacitor es cargado con el doble del voltaje de la fuente ya que eldiodo se polariza inversamente siendo este sustituido por un circuito abierto, mostrado en lafigura (b). Esta etapa se encuentra entre un rango T/2 < t < T con un voltaje de entradaigual a menos dos veces el voltaje de la fuente de acuerdo a la ley de voltaje de Kirchhoff: -

V - V - ViN = 0 quedando ViN = - 2VUna regla práctica de diseño es hacer que la constante de tiempo RC tenga al menos cincoveces la duración del semiperiodo, es decir, t1 - t0 o t2 - t1

Si la constante de tiempo es muy pequeña, la onda se distorsiona, para reducir ese error sepuede incrementar la constante de tiempo, por ejemplo, 10 veces la duración delsemiperiodo.

Ejemplo de un cambiador de nivel "Clipper's"



3. ¿Qué es un circuito doblador de voltaje, explique cómo se logra doblar el voltaje?

MULTIPLICADORES DE VOLTAJE

DESCRIPCION:El circuito multiplicador de voltaje es un circuito que permite tener un nivel de continuaigual a un factor entero del valor pico de una señal de entrada. El principio de operación deestos circuitos es la carga sucesiva de condensadores debido a la habilitación en cascada dediodos.

Este tipo de circuitos se utilizan para mantener el voltaje pico de un transformadorrelativamente bajo, ya que elevan el voltaje de salida de pico a dos, tres, cuatro o más vecesel voltaje pico rectificado.

En este curso se van a tratar los "Multiplicador de tensión de ½ onda" o "Cuadriplicador" y"Multiplicador de tensión de onda completa" o "Duplicador".

MULTIPLICADOR DE TENSIÓN DE ½ ONDA

Este método hace uso de los diodos y del efecto capacitivo en este caso para cuadriplicaruna tensión dada, pero con el inconveniente de no poder manejar una intensidad elevada, esdecir, se eleva la tensión pero solo se puede utilizar estas para consumos pequeños.

Si explicamos el diagrama de un cuadriplicador, su funcionamiento sería el siguiente:

D I A G R A M A



EXPLICACION:Como vemos este circuito también hace uso de la propiedad de almacenamiento de energíade los condensadores así como del efecto de circulación en un solo sentido del que gozanlos diodos.

Su funcionamiento comienza con la carga de C1 a la tensión Vab cuando D1 se polarizadirectamente (quedando en cortocircuito), tal y como se muestra en la siguiente figura,debido al semiciclo negativo de entrada, quedando los otros diodos polarizadosinversamente (en circuito abierto), quedando de la siguiente forma:

D1 polarizado en directo

D2, D3 y D4 quedan en inverso (circuito abierto)

0 < ?t < p Vab > 0

C1 = Vab = Vmax a través de D1Vc1 = Vab y Vc2 = Vc3 = Vc4 = 0 V

En el ciclo siguiente D1 se polariza inversamente (circuito abierto), para la conducción delC2 encontramos que D2 se polariza de forma directa (cortocircuito) y así se obtiene lacarga de C2, pero esta vez la carga se hace a una tensión que es la suma de la almacenadaen C1 y la proporcionada por Vab, es decir, C2 se carga a una tensión 2Vmax o, lo que esigual, C2 obtiene una tensión doble a la de entrada del circuito. Mientras que D3 y D4quedan como circuito abierto igual que D1, representado en el siguiente diagrama:




D1, D3 y D4 quedan en circuito abierto (inverso)

p < ?t < 2p Vab < 0

Vc1 = Vmax Vc2 = 2Vmax y Vc3 = Vc4 = 0 V

En el ciclo que conduce C3, los diodos D1 y D2 se polarizan inversamente (en circuitoabierto), mientras D3 lo hace de forma directa (en cortocircuito) y así se obtiene la carga deC3, pero la carga se obtiene es una tensión igual a la de C2 y a su vez es la proporcionadapor Vmax, es decir, C3 se carga a una tensión 2 Vmax.


D1, D2, D3 y D4 quedan en inverso (circuito abierto)

2p < ?t < 3p Vab > 0

Vc1 = Vmax Vc2 = 2Vmax Vc3 = 2Vmax Vc4 = 0 V

En el último ciclo D1 , D2 y D3 se polarizan inversamente (quedando en circuito abierto),por lo que D4 lo hace de forma directa (cortocircuito) y obteniéndose así la carga para C4 ,quedando del mismo valor que C2 y C3 siendo ésta la proporcionada por Vmas, es decir,C4 se obtiene una tensión doble a la de entrada del circuito.




D1, D2 y D3 quedan en inverso (circuito abierto)

3p < ?t < 4p Vab > 0

Vc1 = Vmax Vc2 = 2Vmax Vc3 = 2Vmax Vc4 = 2Vmax

Si la carga de entrada es pequeña y los capacitores tienen poca fuga, pueden desarrollarsede dc voltajes muy altos mediante este tipo de circuito, utilizando muchas secciones paraaumentar el voltaje de dc.

DIAGRAMA DE LA RECTA DE RESPUESTA

MULTIPLICADOR DE TENSIÓN DE ONDA COMPLETA

El funcionamiento del "duplicador" funciona de manera similar al "cuadriplicador", conuna pequeña diferencia, la cual es que solo se cuenta con dos semiciclos, su diagrama es elque se muestra a continuación.



En el primer semiciclo el diodo D1 es polarizado directamente, es decir que el diodo estáconduciendo, cuando "a" sea positivo (+) respecto a "b" (-). Cargando al capacitor C1 conun voltaje máximo de entrada (Vmax), después de que el primer diodo conduce se pone encorto circuito.

En el segundo semiciclo, el diodo D1 queda polarizado inversamente, debido a que "a" esnegativo (-) con respecto a "b" siendo este positivo (+), cargando a C2 con el voltajemáximo (Vmax), con esto cerrando el circuito en D2.

Su funcionamiento para el primer semiciclo es la siguiente: D1 se polariza directamentequedando como cortocircuito, por tal motivo el diodo conduce, esto es cuando "a" espositivo (+) con respecto de "b" (-), cargando a C1 con un voltaje igual al voltaje aplicado(Vmax), después de eso el diodo D1 se queda como circuito abierto.

Experimento 1:

Arme el circuito 1

a. Dibuje la forma de onda resultante, así como el voltaje de entrada:

Resultante Entrada

b. ¿Qué clase de circuito es?

Sujetador



Experimento 2:

Arme el circuito 2


Resultante Entrada


Sujetador

Experimento 3:

Arme el circuito 3




Resultante Entrada


Recortador

Experimento 4:

Arme el circuito 4


Resultante Entrada


Recortador



Experimento 5:

Arme el circuito 5

a. ¿Cuál es el voltaje de Vout?

Vout = 11.35 [V]b. ¿Qué clase de circuito es?

Duplicador

Experimento 6:

Arme el circuito 6 y llene la siguiente tabla:

Va 19.22

Vb 38.05Vc 57.55

Vd 76.57

a. ¿Qué clase de circuito es?

Multiplicador

Conclusión

La práctica se desarrolló de manera muy interesante tuvimos un poco de problemas en el últimocircuito ya que teníamos mal conectado un diodo lo pusimos al revés de ahí en fuera todo se hizobien sin ningún contratiempo me gusto mucha esta práctica ya que pudimos observar algunascaracterísticas que tienen los diodos y como implementarlos

Paredes Morales Gabriel Alejandro

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