DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA I TRABAJO PREPARATORIO LABORATORIO No. 1.1 Tema de la práctica: REGULADORES EN CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA CON DIODO ZENER. Realizado por: Hu Zhan Peng 1. Consultar sobre: 1.Efecto Zener El efecto Zener es aquel que se basa en la aplicación de tensiones inversas que se originan, debido a la característica constitución de los mismos. Su característica es tal que una vez alcanzado el valor de su voltaje en inversa nominal y después superando la corriente a través del valor mínimo, el voltaje en el diodo se mantiene constante e independiente de la corriente que circula por él. 2.Efecto Avalancha El efecto Avalancha es aquel fenómeno que ocurre con los voltajes inversos en el diodo, los electrones que se encuentran libres se aceleran logrando de desalojar a los electrones de valencia. Cuando esto sucede, los electrones de valencia se convierten en electrones libres que desalojan a otros electrones de valencia. Los portadores de carga resultantes de la ionización por colisión
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DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICAELECTRÓNICA I
TRABAJO PREPARATORIO LABORATORIO No. 1.1
Tema de la práctica: REGULADORES EN CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA CON DIODO ZENER.
Realizado por: Hu Zhan Peng
1. Consultar sobre:
1.Efecto Zener
El efecto Zener es aquel que se basa en la aplicación de tensiones inversas que se originan, debido a la característica constitución de los mismos. Su característica es tal que una vez alcanzado el valor de su voltaje en inversa nominal y después superando la corriente a través del valor mínimo, el voltaje en el diodo se mantiene constante e independiente de la corriente que circula por él.
2.Efecto Avalancha
El efecto Avalancha es aquel fenómeno que ocurre con los voltajes inversos en el diodo, los electrones que se encuentran libres se aceleran logrando de desalojar a los electrones de valencia. Cuando esto sucede, los electrones de valencia se convierten en electrones libres que desalojan a otros electrones de valencia. Los portadores de carga resultantes de la ionización por colisión toman parte en nuevas colisiones y produce a su vez nuevos portadores y por consiguiente, de la corriente. Esto es lo que constituye el efecto avalancha.
3. Principales especificaciones del diodo Zener, defina.
El diodo Zener trabaja en la zona de característica inversa y, en la zona del punto de ruptura de su característica inversa.Polarizado en directa actúa como un diodo normal y por tanto no se utiliza en dicho estado, tiene una tensión Zener fija y que es especificada por el fabricante que se va a
obtener en la salida, tiene una máxima corriente Zener en polarización inversa Iz si sobre
pasa esta corriente se puede quemar.
La Fig. B muestra la gráfica I-V de un diodo Zener. En la región directa, comienza a conducir aproximadamente a los 0.7 V igual que un diodo ordinario de silicio. En la región de fuga (entre cero y el rompimiento) exhibe solamente una pequeña corriente inversa. En un diodo Zener el rompimiento tiene una rodilla muy pronunciada, seguida de un aumento casi vertical de la corriente. Nótese bien que el voltaje es casi constante, aproximadamente igual a VZ para un valor particular de la corriente de prueba IZT.
2. Diseñe un circuito regulador de tensión con diodo Zener que utilice voltaje de entrada constante y resistencia de carga variable. (Cada grupo se impone las condiciones de diseño).
2.1 Utilizando el simulador, obtener la forma de onda del voltaje de salida para dos valores de resistencia de carga que se encuentren dentro del rango de operación.
R1=1200Ω
R2=900Ω
2.2 Compruebe el voltaje de salida con el uso del multímetro.
R1=1200Ω
R2=900Ω
2.3 Utilizando el simulador, obtener la forma de onda del voltaje de salida para dos valores de resistencia de carga que se encuentren fuera del rango de operación ; una menor y una mayor.
R1=250Ω
R2=5kΩ
2.4 Compruebe el voltaje de salida con el uso del multímetro.
R1=10Ω
R2=1kΩ
2.5 Utilizando el simulador, obtener la forma de onda del voltaje de salida para un valor de resistencia de carga que se encuentre dentro del rango de operación y varíe el voltaje de entrada, utilice un valor mayor y un valor menor al utilizado en el diseño.
V1=40 R=1200Ω
V2=10 R=1200Ω
2.6 Compruebe el voltaje de salida con el uso del multímetro
V1=40 R=1200Ω
V2=10 R=1200Ω
2.7 Realizar el cuadro con los resultados obtenidos.
Vin (V)
Vz (V)
Rs (KΩ)
Rlmin (KΩ)
Rlmax (KΩ)
Iz max (mA)
Iz min (mA)
Iomax (mA)
Iomin (mA)
25 12 0.500 0.501 2.400 21 2.1 23.9 5
3. Diseñe un circuito regulador de tensión con diodo Zener que utilice voltaje de entrada variable (señal senoidal) y resistencia de carga fija. (Cada grupo se impone las condiciones de diseño).
Rs=500ΩVin=8sin(wt)RL=2000 Ω
Vo=Vin∗(2000Ω)2500Ω
Vo=6.4 sin(wt )
P=I2*RP=(2.5m)2*(500)=0.312 mwatt
P=I2*RP=(2.5m) 2*(2000)=12.5 mwatt
a. Calcule los ángulos Ω 1, Ω 2, Ω 3, Ω 4.
De 0 – Ω 1Vin>0 Diodo esta en P.I.VR<5.1 V
6.4 sin (Ω1 )=5.1
Ω 1=sin−1( 5.16.4 )
Ω 1=0.92 rad
Vo=3.2sin (wt )
De Ω 1 – Ω 2
Vin>0 Diodo esta en P.I.
VR>5.1 VΩ 2=π−0.92radΩ 2=2.22 rad
Vo=5.1VDe Ω 2 – π
Vo<5.1 Diodo esta en P.I.Vo=3.2sin (wt )
De π - Ω 3
VR<0.7 Diodo esta en P.D.6.4 sin (∅ 1 )=0.7
∅ 1=0.109Ω 3=∅ 1+πΩ 3=0.109+πΩ 3=3.25 rad
Vo=3.2sin (wt )
De Ω 3 – Ω 4
VR>0.7 Diodo esta en P.D.Ω 4=2 π−0.109 radΩ 4=6.17 rad
Vo=-0.7
De Ω 4 - 2π Diodo esta en P.D.Vo=3.2sin (wt )
b. Utilizando el simulador, obtener la forma de onda del voltaje de salida.
c. Utilizando el simulador obtener Ω1, Ω2, Ω3, Ω4.
Análisis:16.66ms es 2π
2.462ms es Ω1
Ω 2=2π∗2.46216.66
Ω1=0.93 rad
Análisis:16.66ms es 2π
5.947ms es Ω2
Ω 2=2π∗5.94716.66
Ω2=2.24 rad
Análisis:16.66ms es 2π
8.56ms es Ω3
Ω 3=2π∗8.5616.66
Ω3=3.23 rad
Análisis:
16.66ms es 2π
16.43ms es Ω4
Ω 4=2π∗16.4316.66
Ω4=6.17 rad
d. Utilizando el simulador, obtener la forma de onda del voltaje de salida al variar el pico de la señal de entrada, utilice un valor mayor y otro menor al del diseño.
Vin= 20sin(wt)
Vin=3sin(wt)
e. Realizar el cuadro con los resultados obtenidos.
Vin (v) Vo (V) Vz (V)
Rs (Ω) RL(Ω)
8sin(wt)
6.4sin(wt) 5.1 500 2k
Ω1 (rad) Ω2 (rad) Ω3 (rad) Ω4 (rad)Valor
calculado0.92 2.22 3.25 6.17
Valor simulado
0.93 2.24 3.23 6.17
4. Preguntas:
a. Cuáles son los beneficios de utilizar reguladores de tensión.
Poder estabilizar el flujo de corriente alterna a continua.
Poder regular el flujo de energía mínimo para que los elementos del circuito no lleguen a quemarse o dañarse.
Funcionamiento seguro de equipos, dado que, las variaciones de voltaje de la red eléctrica no afectarán el funcionamiento, la calidad de los procesos y tiempo de fabricación.
Eficiencia en el trabajo del sistema así como aumento de la vida útil de los equipos.
Permitir el paso de corriente en filtros que permiten que no exista mucha subida de picos.
b. Que tipos de reguladores existen.
Los reguladores lineales: Estos tipos de regulares operan con corriente continua a la entrada superior a la salida deseada, y equivalen a una resistencia en el cual su valor se ajusta, dado el hecho que está conectada entre la entrada y la salida, la cual disipa en forma de calor el exceso de potencia eléctrica disponible en la fuente primaria.
Los reguladores conmutados: Estos tipos de regulares operan de forma diferente, dado el hecho que trabajan con la variable tiempo, con el fin de no desperdiciar energía en forma de calor.
Los reguladores eléctricos: Estos tipos de regulares se basan en el control eléctrico que permite al microprocesador el flujo de corriente no tan variable a través de relevadores de tensión.
Los reguladores electromecánicos: Estos tipos de reguladores son aquellos que funcionan con un auto transformador y que se dispone de servomotor los cuales
permiten el ajustar el tipo de flujo de energía que se va a desviar para poder re-ajustarlo a una salida de voltaje estable.
Los reguladores ferroresonantes. Estos tipos de reguladores son aquellos en donde el transformador contiene dos patrones magnéticos separados con acoplamiento limitado entre ellos. La salida contiene un circuito resonante paralelo que toma su potencia del primario para reemplazar la potencia entregada a la carga.
c. En el mercado se puede conseguir Diodos Zener de que especificaciones?.