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RESUMEN.

En este reporte estaremos abordando conceptos y caractersticas de los diodos, tambin se hablar sobre susdiferentes formas de aplicaciones y se investigar de los diferentes circuitos con aplicacin de diodos, dondese realizaran mediciones necesarias para su observacin y comentarios, al final se dar una conclusin sobretodo lo investigado.

1.- INTRODUCCIN.

Como tema principal en este reporte es el diodo en el cual se darn caractersticas, conceptos y aplicacionespara su correcta comprensin. Seguidamente se implementaran grficas y se realizaran algunos circuitoselectrnicos, donde el principal elemento utilizado es el diodo, tambin se podr apreciar la medicin de estoscircuitos por medio de un instrumento de medicin. Se realizara una investigacin sobre una herramienta del

N Multisim. Al final se dar una conclusin general sobre lo tratado. La elaboracin de este reporte es con lafinalidad de comprender la utilizacin y obtener los conocimientos necesarios sobre un elemento, tanimportante como es el diodo y su utilizacin, tambin el de obtener experiencia en la utilizacin del NMultisim.

2.- CONCEPTOS Y CARACTERSTICAS DE LOS SIGUIENTES TRMINOS.

2.1.- DIODO.

Los diodos son elementos semiconductores con una unin PN, una conexin en el lado P y otra en el lado N(diodo para dos caminos). Las propiedades de la unin PN se aprovechan en el aspecto tcnico. Elcomportamiento especfico de los diodos lo determina el curso respectivo de la concentracin deimpurificacin en el cristal.

Los diodos para una corriente de paso de ms de 1A se denominan diodos de potencia. (Crepin, 2002, pg.14)

El diodo es la unin de dos semiconductores diferentes (material N y material P). Al tenerlos juntos se

comportan en forma diferente a los semiconductores separados. El diodo se comporta como un conductor ycomo un aislante en funcin del voltaje que se le aplique en sus extremos.

El diodo es un semiconductor que solo permite la circulacin de la corriente en un solo sentido nico (Figura1). (Miguel, 2009, pg. 90)

Figura 1. Paso de corriente en el diodo.

2.2.- POLARIZACIN DIRECTA.

Al poner el negativo de la batera en el semiconductor tipo N y el positivo en el material P, el diodo secomporta como un conductor (Figura 2). En la (Figura 3) se puede observar la grfica para la polarizacindirecta. (Topete, 1998, pg. 11)

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Figura 2. Polarizacin directa del diodo

Figura 3. Grafica de polarizacin directa.

2.3.- POLARIZACIN INVERSA DEL DIODO.

Al poner el positivo de la batera en el semiconductor N y el negativo en el semiconductor P, el diodo secomporta como un aislante (Figura 4) En la (Figura 5) se puede observar la grfica para la polarizacininversa. (Topete, 1998, pg. 11)

Figura 4. Polarizacin inversa del diodo.

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Figura 5. Grafica de polarizacin inversa.

2.4.- DIODO ZENER.

Un diodo zener es un diodo que se hace bruscamente conductor cuando la polarizacin inversa alcanza uncierto valor llamado tensin disruptiva Vb. Aun cuando todo diodo conduce con polarizacin inversa cuandola tensin inversa es suficientemente grande, se puede destruir el diodo ordinario. Sin embargo, si se trata deun diodo zener, la disrupcin no es permanente. En los diodos zener, cuando se rebaja la polarizacin inversa

por debajo de la tensin disruptiva, el diodo deja de conducir. (Cromer, 2006, pg. 697)

El diodo zener se comporta como un diodo normal al estar polarizado directamente, y comienza a conducir,aproximadamente, a una tensin de 0.7 V. Hay que indicar que este tipo de funcionamiento en loa diodoszener no es el habitual, ya que estn diseados para trabajar en polarizacin inversa. En la (Figura 6) se puedeapreciar el smbolo utilizado para representacin del diodo zener.

Figura 6. Smbolo del diodo zener

2.5.- FENMENO ZENER.

Hay dos efectos que producen la ruptura del diodo zener: El efecto zener y el efecto avalancha. Pueden ocurrirambos efectos al mismo tiempo o independientemente. Cuando la ruptura se produce en uniones contensiones por encima de los 5V estn causadas por el efecto avalancha, mientras que para tensiones pordebajo de los 5V la ruptura se produce por efecto zener (Figura 7).

El efecto zener se produce al aplicar una tensin inversa al diodo zener lo suficientemente alta como para queel campo elctrico resultante rompa los enlaces covalentes de los tomos de la zona de agotamiento. Entoncesse liberan electrones que convierten la zona de agotamiento de aislante en conductora. Controlando el dopadode la zona P se puede ajustar la anchura de la zona de agotamiento y as crear campos elctricos losuficientemente fuertes como para que se produzca el efecto zener. (Valls, Espi Lopez, & Muoz Mari, 2006,

pg. 52)

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Figura 7. Curva caracterstica del efecto zener.3.- CONCEPTOS Y CARACTERSTICAS DE LAS SIGUIENTES APLICACIONES CON DIODOSZENER.

3.1.- RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA.

Los circuitos rectificadores de media onda transmiten solamente la mitad de un ciclo de una seal y eliminanel otro, al limitar su salida a cero volts (Figura 8). La mitad de ciclo que si se trasmite puede estar invertida ono (Figura 9). Tambin puede experimentar una ganancia o atenuacin, o permanecer inalterada en cuanto ala magnitud, todo lo cual depender de las resistencias elegidas y de la colocacin de los diodos en el circuito.En la (Figura 10), se muestra la grfica del circuito de media onda. (Coughlin & Driscoll, 1999, pg. 186)

Figura 8. Circuito rectificador de media onda.

Figura 9. Media onda invertida.

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Figura 10. Grafica de circuito de media onda.

3.2.- RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA.

A diferencia de los rectificadores de media onda, los de onda completa utilizan las dos partes de la corriente,positiva y negativa, usando para ello 4 diodos. Dos diodos conducen la corriente positiva al tubo y los otrodos hacen lo mismo con la negativa, pero al rectificarla corriente que entra en el tubo es toda positiva.

Un circuito rectificador de onda completa, con un transformador con derivacin central se puede apreciar enla (Figura 11). Cada mitad del transformador, con su diodo correspondiente, acta como un rectificador demedia onda, y la salida es la de un rectificador de onda completa.

Figura 11. Rectificador de onda completa.

3.3.- FILTRO CAPACITIVO.

El filtro capacitivo es esencialmente un capacitor conectado en paralelo con la resistencia de la carga. En lamedida que el voltaje pulsante en C.D. del rectificador se le aplica al capacitor C, carga al valor pico devoltaje aplicado. Entre picos, el capacitor descarga a travs de la resistencia de la carga RL y el voltaje caegradualmente. En la (Figura 12), se puede observar un capacitor conectado en paralelo con una resistencia decarga (RL).

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La cantidad de voltaje que cae antes que el capacitor comience a cargar otra vez, se llama rizo de voltaje, lacantidad de descarga del capacitor entre picos de voltaje est controlada por la constante de tiempo RC delcapacitor y la resistencia de carga, si la resistencia es grande y la capacitancia tambin lo es, el voltaje de rizo

es pequeo, resultando una salida suave. (Harper, 2003, pg. 97)

Figura 12. Filtro capacitivo.

3.4.- DOBLADOR DE VOLTAJE.

En general, un circuito multiplicador de voltaje est constituido por dos o ms rectificadores pico queproducen un voltaje de C.D igual a un mltiplo del voltaje pico de entrada, es decir, si el voltaje pico es VP,los voltajes del multiplicador son 2VP, 3VP, etc. Estos circuitos se usan en amplificaciones en donde serequieren altos voltajes y bajas corrientes, por ejemplo, para alimentar los tubos catdicos de los receptores deTV (cinescopios) a los osciloscopios, y pantallas para computadoras personales o terminales de computadora.

Los circuitos dobladores de voltaje duplican la onda de entrada de C.A en la cavida en C.D se usancapacitores y diodos especificados a 2 veces el voltaje de entrada. El rizo se reduce usando capacitores devalor alto (Figura 13). (Harper, Fundamentos de electricidad, 1994, pg. 283)

Para obtener el doble de voltaje de entrada (VO = 2VI) ya sea positivo o negativo, se utilizan diodos ycapacitores. Los diodos cargan a los capacitores con voltaje y una vez cargados se abren. Los capacitores

mantienen la carga al voltaje mximo de la entrada.

Figura 13. Dobladores de voltaje.

4.- REALIZA EN EL PROGRAMA MULTISIM LOS SIGUIENTES CIRCUITOS ELECTRNICOS.

4.1.- RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA.

En el siguiente circuito electrnico (Figura 14), elaborado en el programa Multisim, se compone de lossiguientes elementos: Fuente de 120Vac, Transformador de 1: 1, Diodo rectificador 1N4007, resistencia de10k, tambin cuenta con equipos de mediciones: Multmetro XMM1, XMM2 y el osciloscopio XSC1.

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4.2.- RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA.

En el siguiente circuito electrnico (Figura 15), elaborado en el programa Multisim, se compone de lossiguientes elementos: Fuente de alimentacin de 120Vac, transformador con un polo de entrada y dos desalida de 10:1:1, dos diodos rectificadores 1N4007, resistencia de 1k, tambin cuenta con los siguientesequipos de mediciones: Tres multmetros XMM1, XMM2, XMM3 y un osciloscopio XSC1.

4.3.- RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON PUENTE DE DIODOS.

En el siguiente circuito electrnico (Figura 16), elaborado en el programa Multisim, se compone de lossiguientes elementos: Fuente de alimentacin de 120Vac, transformador de 10:1, puente de diodosrectificadores 3N250, resistencia de 10k, tambin cuenta con los siguientes equipos de mediciones: Dosmultmetros XMM1, XMM2 y un osciloscopio XSC2.

5.- CONEXIN DEL INSTRUMENTO DE MEDICION OSCILOSCOPIO CON COMENTARIOS

SOBRE LA GRFICA OBTENIDA.5.1.- CIRCUITO RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA.

En este circuito se puede observar la onda senoidal completa (lnea roja, ya que es el voltaje de entrada(12Vac), no tiene ninguna oposicin a su paso. En la salida del diodo (lnea amarilla) se observa larectificacin de media onda, por causa del diodo rectificador (D1) durante los dos semi ciclos de la corrientealterna (A.C). Cuando la tensin es positiva, el diodo se encuentra polarizado en directa, y conducir lacorriente. Cuando la tensin es negativa, el diodo se polariza inversamente, no dejando pasar corriente.(Figura 14). El rectificador de media onda es un circuito que elimina la mitad de la seal que recibe en laentrada, en funcin de cmo este polarizado el diodo: si la polarizacin es directa, eliminara la parte negativade la seal, y si la polarizacin es inversa, eliminara la parte positiva, por tal razn se ve una leve disminucinde la seal en el osciloscopio y en el multmetro el voltaje disminuye a (5 Vac.), aproximadamente.

Figura 14. Circuito rectificador de media onda.

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5.2.- CIRCUITO RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA.

En el siguiente circuito rectificador de onda completa (Figura 15), se observa la onda senoidal completa en elvoltaje de entrada (12Vac), ya que no tiene oposicin alguna a su paso y en el voltaje de salida, se observanondas senoidales completas y consecutivas, ya que durante el ciclo positivo, conduce el diodo A; durante elciclo negativo, el diodo B conduce rectificando la seal.

Figura 15. Circuito rectificador de onda completa.

5.3.- CIRCUITO RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON PUENTE DE DIODOS.

En este circuito rectificador de onda completa con puente de diodos (Figura 16), se puede observar en lasondas senoidal (lneas rojas) la onda completa, ya que es la entrada de tensin (12Vac) la cual no tieneninguna oposicin a su paso, en la salida de tensin (lneas amarillas) se observan las ondas senoidal,consecutivas y completas, ya que en el ciclo positivo de entrada, los diodos A y B conducen y en el ciclonegativo de entrada, los diodos D y C conducen.

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Figura 16. Circuito rectificador de onda completa con puente de diodos.

Al conducir los diodos A y B en el ciclo positivo y los diodos C y D en el ciclo negativo, se obtiene en cada

par de diodos (5 Vcd), aproximadamente, por lo que al sumarse los voltajes se obtiene una salida de (10Vcd),aproximadamente. Por tal razn el voltaje de salida es un poco menor al voltaje de entrada.

6.- CIRCUITOS RECTIFICADORES CON MULTISIM, IMPLEMENTADO A TABLETAEXPERIMENTAL PROTOBOARD.

6.1.- CIRCUITO RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA EN TABLETA EXPERIMENTAL PROTOBOARD.

En este circuito (Figura 17), podemos observar todos los elementos utilizados, en el circuito simulado enmultisim con los elementos descritos en el prrafo 4.1.

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Figura 17. Circuito rectificador de media onda en tableta experimental protoboard.

6.2.- CIRCUITO RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA.

En el siguiente circuito (Figura 18), se observan los elementos utilizados en la simulacin del circuito enMultisim con sus mismos elementos (Figura 15).

Figura 18. Circuito rectificador de onda completa en tableta experimental protoboard.

6.3.- CIRCUITO RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON PUENTA DE DIODOS.

En este circuito rectificador (Figura 19), podemos observar los mismos elementos que se utilizaron en la

simulacin del circuito que se encuentra en la Figura 16.

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Figura 19. Circuito rectificador de onda completa con puente de diodos.

7.- SPECTRUM ANALYZER.

El analizador de espectro mide la amplitud frente a la frecuencia. Se lleva a cabo una funcin similar en eldominio de la frecuencia a un osciloscopio en el dominio del tiempo. Se opera mediante el barrido a travs de

una gama de frecuencias. La amplitud de la seal en la entrada del receptor se representa frente a la frecuenciade la seal.

Este instrumento es capaz de medir la potencia de una seal a varias frecuencias, y ayuda a determinar laexistencia de la seal de los componentes de frecuencia.

En el analizador espectral podemos observar la potencia en decibeles (dB) (Figura 20). Con este instrumentopodemos darnos cuenta de la distorsin que existe en las ondas de frecuencias. (Boylestad, 2004, pg. 1128)

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Figura 20. Analizador espectral.

8.- CONCLUSIN.

Como conclusin, puedo decir que en el campo de la electrnica, el diodo es un elemento importante einteresante, ya que por sus muchos atributos se puede utilizar en muchas aplicaciones, tambin se pudoanalizar el uso en su tipo de polarizacin directa e inversa. Se estudi el diodo zener y el fenmeno zener, eneste ltimo se pudo comprender los fenmenos importantes que realiza el diodo zener. Como parte esencialdel diodo se realiz una investigacin sobre, rectificador de media onda, rectificador de onda completa, Filtrocapacitivo y Doblador de voltaje, en estas aplicaciones se entendi sobre los diferentes usos del diodo, puntosclave para nuestra actividad.

La utilizacin de los diodos en circuitos fue de mucha utilidad, ya que se realizaron prcticas en circuitosrectificadores como son: circuito rectificador de media onda, circuito rectificador de onda completa y circuitorectificador de onda completa con puente de diodos. En los circuitos mencionados se pudo comprobar losefectos que realiza un diodo en un circuito, lo cual en lo personal fue de gran experiencia. Tambin se obtuvoexperiencia, en el armado de circuitos en la tableta experimental protoboard, la cual nos proporcionaMultisim. Otra de las herramientas importantes de Multisim es el analizador de espectros lo cual se analiz einvestigo, dando como resultado experiencia en dicho instrumento. Como punto final puedo decir que estaactividad fue de gran ayuda para mi formacin personal, ya que desconoca muchas utilidades ycaractersticas del diodo.

BibliografaBoylestad, R. L. (2004).Introduccion al analisis de circuitos. Mexico: Pearson Educacion.

Coughlin, R. F., & Driscoll, F. (1999).Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales. Mexico:Prentice Hall HispanoAmericano, S.A.

Crepin, J. (2002).Microelectronica. Alemania: Bosch.

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Cromer, A. H. (2006). Fisica en la ciencia y en la industria. Espaa: Reverte, S.A.

Harper, G. E. (1994). Fundamentos de electricidad. Mexico: Limusa, S.A de C.V.

Harper, G. E. (2003).El ABC del control electronico de las maquinas electricas. Mexico: Limusa, S.A de

C.V.

Miguel, P. A. (2009).Electronica. Espaa: Paraninfo, S.A.

Topete, J. d. (1998).Electronica 1. Maxico: Universidad autonoma de baja california.

Valls, G. C., Espi Lopez, J., & Muoz Mari, J. (2006). Fundamentos de electronica analogica. Espaa:

Universidad de valencia.