Resumen— En el presente documento se realiza el análisis y las simulaciones de las diferentes tipologías de un rectificador de ondas (ya sea en serie o en paralelo.

Índice de Términos— Diodo, Rectificador de onda, voltaje pico a pico, circuito abierto y corto circuito.

I. INTRODUCCIÓNEn el desarrollo tecnológico siempre se ha

buscado la automatización, el manejo y recreación de las diferentes fuerzas naturales, esto con el fin de suplir una serie de necesidades que son mutables en el tiempo.

Con esto en mente, uno de los dispositivos que permiten el control de señales es el diodo semiconductor y otro es el diodo zener, los cuales pueden estar compuestos de Silicio o Germanio, lo cual depende de los fabricantes, esto permite el flujo unidireccional de corriente, esto añadido en serie o en paralelo, una fuente sinusoidal o que produzca cualquier señal periódica, permitirá el recorte dela misma, dependiendo de la topología los recortes de onda serán diferentes.

II. MARCO TEÓRICO

El diodo semiconductor es un elemento de este solido el cual está compuesto de 2 materiales, uno de tipo “p” (material cargado negativamente) y otro de tipo “n” (cargado positivamente, la funcionalidad de este elemento está en permitir el flujo unidireccional de la corriente.

Cuando no es aplicado un voltaje, el dispositivo crea una unión entre estos dos materiales llamada

región de empobrecimiento debido a la disminución de portadores en la región.

Cuando está polarizado inversamente, se dice que el diodo está OFF, esto se debe a la cantidad de electrones que se acumulan en la región de unión del material creando aquí una corriente de saturación Ir, la cual está en el orden de los nano amperio.

Cuando está polarizado directamente, el diodo está en corto, es decir ON, esto se debe a la recombinación de cargas en la zona de empobrecimiento, la cual permite el flujo de corriente.

III. PARÁMETROS.Para la presente práctica se harán uso de los siguientes elementos:

Diodo semiconductor 1N4004: corriente max. 1 [A], voltaje en inverso max. 700 [V] y potencia de 50 [W].

Resistores: Estos fueron seleccionados en base a las corrientes máximas de los diodos, con esto se decide trabajar con valores que estén en el rango de 1 – 20 [kΩ].

IV. INSTRUMENTOS Y HERRAMIENTAS

Se hace uso de las siguientes herramientas de medición:

Osciloscopio. Generador de señales. Fuente DC.

INFORME #1: DIODO SEMICONDUCTOR

Zorro Mendoza, Camilo Andrés. Cod.:235155-Grupo: 2cazorrom@unal.edu.co

Universidad Nacional de Colombia-Sede Bogotá

V. CIRCUITOS MONTADOS Y RESPECTIVO ANÁLISIS.

1. Circuitos recortadores en serie

a.

Figura 1. Topología en serie incial.

a.1. e i>0e i<ε∧0<t <t 1 , t 2<t <T /2

Figura 2. Circuito equivalente D = OFF.

Se ve que la polaridad del diodo es inversa, por lo tanto está OFF y la señal de entrada es la señal de la fuente de voltaje DC (e i=ε ) .

a.2. e i>0e i>ε∧t 2<t <t 1

Figura 3. Circuito equivalente D = ON.

Se ve que está polarizada en directo, por lo tanto D = ON y eo=ei.

a.3. e i<0e i<ε∧T /2< t<T

Figura 4. Circuito equivalente D = OFF.

Se polariza inversamente el, por lo tanto D = OFF y (eo=ε ) .

Figura 5. Señal de la entrada (gris) señal de salida (negra).

b.

Figura 6. Topología en serie con diodo invertido.

b.1. e i>0 e i<ε∧0<t <t 1 , t 2<t <T /2.

Figura 7. Circuito equivalente con D = ON.

El diodo se polariza directamente, por lo tanto, D = ON y eo=ei.

b.2. e i>0 e i>ε∧ t 1<t <t 2

Figura 8. Circuito equivalente D = OFF.

Se polariza inversamente el diodo estando D = OFF y eo=ε.

b.3. e i<0e i<ε∧T /2< t<T

Figura 9. Circuito equivalente D = ON.

El diodo se polariza en directo, por lo tanto D = ON y eo=ei.

Figura 10. Señal de entrada (gris) señal de salida (negra).

c.

Figura 11. Topología en serie con fuente invertida.

c.1. e i>0 e i<ε∧0<t <T /2

Figura 12. Circuito 12. Circuito equivalente D = ON.

Esta polarizado el diodo en directo, por lo tanto D = ON y eo=ei .

c.2. e i<0|e i|<|ε|∧T /2<t <t 1 , t 2<t <T .

Figura 13. Circuito equivalente D = ON.

Sigue conduciendo, por lo tanto D =ON y eo=ei.

c.3. e i<0|e i|>|ε|∧ t1<t <t 2.

Figura 14. Circuito equivalente D = OFF.

El diodo está en inverso, por lo tanto D = OFF y eo=ε.

Figura 15. Señal de entrada y salida.

D.

Figura 16. Topología en serie con diodo y bateria envertidos.

D.1. e i>0 e i>ε∧0<t <T /2

Figura 17. Circuito equivalente con D = OFF.

Está polarizado inversamente, por lo tano D = OFF y eo=ε.

D.2. e i<0|e i|<|ε|∧T /2<t <t 1, t 2< t<T .

Figura 18. Circuito equivalente D = OFF.

Sigue polarizado en inverso, entonces D = OFF y eo=ε.

D.3. e i<0|e i|>|ε|∧ t1<t <t 2.

Figura 19. Circuito equivalene D = ON.

El Diodo está polarizado en directo, por lo tanto, D = ON y eo=ei.

Figura 20. Señal de entrada y de salida.

2. Circuito recortadores en paralelo.a.

Figura 21. Topología en paralelo inicial.

a.1. e i>0e i<ε∧0<t <t 1 , t 2<t <T /2

Figura 22. Circuito equivalente D = OFF.

El Diodo esta polarizado en inverso por lo tanto D = OFF y eo=ei.

a.2. e i>0 e i>ε∧ t 2<t <t 1

Figura 23. Circuito equivalente D = ON.

El Diodo está polarizado en directo, por lo tanto, D = ON y eo=ε.

a.3. e i<0e i<ε∧T /2< t<T

Figura 24. Circuito equivalente D = OFF.

El diodo está polarizado en inverso, por lo tanto, D = OFF y eo=ei.

El comportamiento de la señal de salida es igual al de la figura 10.

b.

Figura 25. Topología en paralelo con diodo invertido.

b.1. e i>0 e i<ε∧0<t <t 1 , t 2<t <T /2.

Figura 26. Circuito equivalente D = ON.

El Diodo está polarizado en directo, por lo tanto, D = ON y eo=ε.

b.2. e i>0 e i>ε∧ t 1<t <t 2

Figura 27. Circuito equivalente D = OFF.

El Diodo está polarizado en inverso, por lo tanto, D = OFF y eo=ei.

b.3. e i<0e i<ε∧T /2< t<T

Figura 28. Circuito equivalente D = ON.

El Diodo está polarizado en directo, por lo tanto, D = ON y eo=ε.

El comportamiento de la onda de salida es el mismo descrito en la figura 5.

c.

Figura 29. Topología en paralelo con batería invertida.

c.1. e i>0 e i>ε∧0<t <T /2

Figura 30. Circuito equivalente D =ON.

El Diodo está polarizado en directo, por lo tanto, D = ON y eo=ε.

c.2. e i<0|e i|<|ε|∧T /2<t <t 1 , t 2<t <T .

Figura 31. Circuito equivalente D = ON.

El Diodo está polarizado en directo, por lo tanto, D = ON y eo=ε.

c.3. e i<0|e i|>|ε|∧ t1<t <t 2.

Figura 32. Circuito equivalente D = OFF.

El Diodo está polarizado en inverso, por lo tanto, D = OFF y eo=ei.

El comportamiento de la señal es igual al descrito en la figura 20.

d.

Figura 33. Topología en paralelo con diodo y batería invertidos.

d.1. D.1. e i>0e i<ε∧0<t <T /2.

Figura 34. Circuito equivalente D = OFF.

El Diodo está polarizado en inverso, por lo tanto, D = OFF y eo=ei.

D.2. e i<0|e i|<|ε|∧T /2<t <t 1, t 2< t<T .

Figura 35. Circuito equivalente D = OFF.

El Diodo está polarizado en inverso, por lo tanto, D = OFF y eo=ei.

D.3. e i<0|e i|>|ε|∧ t1<t <t 2.

Figura 36. Circuito equivalente D = ON.

El Diodo está polarizado en directo, por lo tanto, D = ON y eo=ε.

El comportamiento de la señal de salida es igual al descrito en la figura 15.

3. Circuito recortador de 2 niveles.

Figura 37. Topología del recortador de 2 niveles.

a. e i>0 ε1<e i<ε2∧0< t<t 1 , t 2< t<T /2.

Figura 38. Circuito equivalente D1 = D2 = OFF.

LA polarización de los 2 diodos es en inverso por lo tanto D1 = D2 = OFF y eo=ei.

b. e i>0 ε1<e i>ε2∧t 1< t<t 2.

Figura 39. Circuito equivalente con D1 = OFF y D2 = ON.

El diodo 2 se enciende y el 1 sigue apagado por lo tanto D1 = OFF, D2 = ON y eo=ε2.

c.e i<0|ε1|>|ei|,e i<ε2∧T /2< t<t 3 ,t 4< t<T .

Figura 40. Circuito equivalente.

Los diodos vuelven a estar apagados, por lo tanto, D1=D2=OFF y eo=ei

d. e i<0|ε1|<|e i|,e i<ε2∧t 3< t<t 4.

Figura 41. Circuito equivalente.

El diodo 2 sigue apagado y el 1 se enciende por lo tanto D2 = OFF, D1 = ON y eo=ε1 .

Figura 42. Señal de entrada y salida.

VI. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.Inicialmente se caracteriza la señal de entrada a entregar al circuito para ser tomada como base para la comprobación de análisis hecho.

Como se ve en la siguientes gráficas, el valor de la señal de entrada de pico a pico es de 20.2 V y si frecuencia de 61. 7 Hz.

Figura 43. Señal de entrada, valor de voltaje pico a pico.

Figura 44. Señal de entrada, valor de frecuencia.

Posterior a esto se le aplico la señal a los siguientes circuitos y se modificó la forma de onda de entrada (triangular, cuadrada y sinusoidal), además de cambiar lo valores del recorte de onda.

1. Topología en serie.a. Recortador de picos positivos.

Figura 45. Recortador de picos positivos.

Figura 46. Recorte de onda a 6 V.

Figura 47. Recorte de onda 4 V.

Figura 48. Recorte de onda a 4 V.

Figura 49. Recorte de onda a 6 V.

Figura 50. Recorte de onda a 5 V.

Figura 51. Recorte de onda a 6 V.

b. Supresor de picos positivos.

Figura 52. Supresor de picos positivos.

Figura 53. Supresión a 6 V.

Figura 54. Supresión a 4 V.

Figura 55. Supresión a 6 V.

Figura 56. Supresión a 3 V.

Figura 57. Supresión a 5 V.

Figura 58. Supresión a 3 V.

c. Supresor de picos negativos.

Figura 59. Recortador de picos negativos.

Figura 60. Supresión a – 5 V.

Figura 61. Supresión a – 3 V.

Figura 62. Supresión a -6 V.

Figura 63. Supresión a -3 V.

Figura 64. Supresión a – 3 V.

Figura 65. Supresión a -6 V.d. Recortador de picos negativos.

Figura 66. Recortador de picos negativos.

Figura 67. Recorte a -3 V.

Figura 68. Recorte a – 6 V.

Figura 69. Recorte a – 6 V.

Figura 70. Recorte a – 3 V.

Figura 71. Recorte a – 4 V.

Figura 72. Recorte a – 6 V.

2. Topología en paralelo.a. Supresor de picos positivos.

Figura 73. Supresor de picos positivos.

Figura 74. Supresión a 4 V.

Figura 75. Supresión a 7 V.

Figura 76. Supresión a 5 V.

Figura 77. Supresión a 7 V.

Figura 78. Supresión a 4 V.

Figura 79. Supresión a 7 V.

b. Recortador de picos positivos.

Figura 80. Recortador de picos positivos.

Figura 81. Recorte a 7 V.

Figura 82. Recorte a 4 V.

Figura 83. Recorte a 7 V.

Figura 84. Recorte a 3 V.

Figura 85. Recorte a 5 V.

Figura 86. Recorte a 8 V.

c. Recortador de picos negativos.

Figura 87. Recortador de picos negativos.

Figura 88. Recorte a -3 V.

Figura 89. Recorte a -7 V.

Figura 90. Recorte a – 8 V.

Figura 91. Recorte a – 5 V.

Figura 92. Recorte a – 5 V.

Figura 93. Recorte a – 2 V.

d. Supresor de picos negativos.

Figura 94. Supresor de picos negativos.

Figura 95. Supresión a – 5 V.

Figura 96. Supresión a – 3 V.

Figura 97. Supresión a -6 V.

Figura 98. Supresión a -3 V.

Figura 99. Supresión a – 3 V.

Figura 100. Supresión a -6 V.

3. Doble recortador

En esta parte de la práctica hicimos uso de 2 fuentes de voltaje las cuales se modificaran para obtener un recorte simétrico, uno asimétrico positivo y otro asimétrico negativo.

Figura 101. Doble recortador de onda.

Figura 102. Recorte con asimetría negativa.

Figura 103. Recorte simétrico.

Figura 104. Recorte con asimetría positiva.

Figura 105. Recorte con asimetría negativa.

Figura 106. Recorte con asimetría positiva.

Figura 107. Recorte simétrico.

Figura 108. Recorte con asimetría positiva.

Figura 109. Recorte con asimetría negativa.

VII. CONCLUSIONES

Como se observa, el comportamiento del recorte de onda se puede modificar si se cambia el valor de la fuente de voltaje que este tenga puesta. Otra diferencia apreciada es el de que las partes

de la onda que no fueron recortadas o suprimidas, no coinciden con la señal de entrada de manera exacta y esto se debe al voltaje de saturación del diodo que ronda por los valores de los 0.7 V.

VIII. REFERENCIAS.

RONCANCIO, Josue. Clases del curso de Electrónica Básica, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Colombia, 2014.