manual de lectronica básica definitivo juan quintana

7/24/2019 Manual de Lectronica Bsica Definitivo Juan Quintana

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Realizado por: Ing. Juan Quintana

1C

AP

IT

UL

O

COMPONENTES

SEMICONDUCTORES:

EL DIODO

En este manual el primer dispositivo Electrnico querevisaremos se denomina diodo, el ms simple de losdispositivos semiconductores, pero con un papelfundamental para los sistemas electrnicos ya quecuentan con una caracterstica que los asemejan a un

interruptor sencillo. Lo encontraremos con una ampliagama de usos y mltiples aplicaciones desde las mssimples hasta las ms complejas.

Adems se presentara una visin general de loscomponentes semiconductores bsicos de frecuenteuso en la electrnica bsica, en cuanto a la simbologay sus funciones, para luego hacer una ampliacin deltema de los diodos, ya que ste es uno de los

componentes electrnicos ms utilizados y, con base(unin semiconductora P-N) para forma parte de laconstitucin de los dems componentes electrnicos(transistores, tiristores, circuitos integrados, entreotros.)

1.1. INTRODUCCIN


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El diodo ideal es un componente discreto que permite la circulacinde corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientrasque la bloquea en el sentido contrario.

En la Figura 1.1. Se muestran el smbolo y la curva caractersticatensin-intensidad del funcionamiento del diodo ideal. El sentidopermitido para la corriente es de A a K.

Figura 1.1. Smbolo y curva caracterstica tensin-corriente del diodoideal.

El funcionamiento del diodo ideal es el de un componente que presentaresistencia nula al paso de la corriente en un determinado sentido, yresistencia infinita en el sentido opuesto. La punta de la flecha delsmbolo circuital, representada en la figura 1.2, indica el sentidopermitido de la corriente.

presenta resistencia nula.

presenta resistencia infinita.

Mediante el siguiente ejemplo se pretende mostrar el funcionamientoideal de un diodo en circuito sencillo.

EL DIODO1.2.


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Figura 1.2. Ejemplo de funcionamiento del diodo ideal.

Segn est colocada la fuente, la corriente debe circular en sentidohorario.

En el circuito de la izquierda, el diodo permite dicha circulacin, ya quela corriente entra por el nodo, y ste se comporta como uninterruptor cerrado. Debido a esto, se produce una cada de tensin de10V en la resistencia, y se obtiene una corriente de 5mA.

En el circuito de la derecha, el diodo impide el paso de corriente,

comportndose como un interruptor abierto, y la cada de tensin en laresistencia es nula: los 10V se aplican al diodo.

1.2.1. DIODO DE UNION PN

Actualmente los diodos se fabrican a partir de la unin de dosmateriales semiconductores de caractersticas opuestas, es decir, unode tipo N y otro de tipo P. A esta estructura se le aaden dosterminales metlicos para la conexin con el resto del circuito. En laFigura 1.3. Se presenta el esquema de los dos tipos de diodos que sefabrican actualmente, el diodo verticaly elplano.

Figura 1.3. Esquemas de diodos de unin PN


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El hecho de que los diodos se fabriquen con estos materiales conllevaalgunas desviaciones de comportamiento con respecto al diodo ideal.

En este apartado se presenta en primer lugar el proceso de formacin

de los diodos de semiconductores para pasar despus a exponer elcomportamiento elctrico y las desviaciones con respecto alcomportamiento ideal.

1.2.2. Formacin de la unin PN

Supongamos que se dispone de un monocristal de silicio puro,dividido en dos zonas con una frontera ntida, definida por un plano.Una zona se dopa con impurezas de tipo P y la otra de tipo N (Figura1.4). La zona P tiene un exceso de huecos, y se obtiene introduciendotomos del grupo III en la red cristalina (por ejemplo, boro). La zona N

dispone de electrones en exceso, procedentes de tomos del grupo V(fsforo). En ambos casos se tienen tambin portadores de signocontrario, aunque en una concentracin varios rdenes de magnitudinferior (portadores minoritarios).

Figura 1.4: Impurificacin del silicio para la obtencin de diodos PN

En cada zona la carga total es neutra: por cada electrn hay un ionpositivo, y por cada hueco un ion negativo, es decir, no existendistribuciones de carga neta, ni campos elctricos internos. En el

momento mismo de crear dos zonas de diferente concentracin deportadores, entra en juego el mecanismo de la difusin. Como serecordar, este fenmeno tiende a llevar partculas de donde hay msa donde hay menos. El efecto es que los electrones y los huecoscercanos a la unin de las dos zonas la cruzan y se instalan en la zonacontraria, es decir:

Electrones de la zona N pasan a la zona P. Huecos de la zona P pasan a la zona N.

Este movimiento de portadores de carga tiene un doble efecto.

Centrmonos en la regin de la zona P cercana a la unin:


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1.

El electrn que pasa la unin se recombina con un hueco.Aparece una carga negativa, ya que antes de que llegara elelectrn la carga total era nula.

2. Al pasar el hueco de la zona P a la zona N, provoca un defecto

de carga positiva en la zona P, con lo que tambin aparece unacarga negativa.

El mismo razonamiento, aunque con signos opuestos puede realizarsepara la zona N. En consecuencia, a ambos lados de la unin se vacreando una zona de carga, que es positiva en la zona N y negativa enla zona P (Figura 1.5).

Figura 1.5. Formacin de la unin PN

Al igual que los resistores o condensadores, los diodos disponen de

dos terminales. Pero a diferencia de aquellos, en que ambos terminalesse pueden intercambiar libremente al momento de conectarlos al restodel circuito, en los diodos cada terminal tiene un nombre propio,estando debidamente sealados en el componente. Existe unacaracterstica de no-linealidad que los hace asimtricos. Esto implicaque no es lo mismo conectarlos al circuito del que forman parte de unau otra manera, por lo que cada terminal tiene un nombre particular.

Fsicamente, un diodo consiste en la unin de dos materialessemiconductores, uno de tipo P y otro de tipo N, llamada comnmente

unin PN, a la que se han unido elctricamente dos terminales. Alque se encuentra unido elctricamente al cristal P, se le denominanodo, y se lo representa en los diagramas mediante la letra A; y elque es solidario con la zona N se lo llama ctodo, simbolizado por laletra K.

En la figura 1.6, se representan la constitucin fsica, la simbologia y elmodelo prctico de un diodo rectificador de silicio de la familia msutilizada, 1N4001 a 1N4007.


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Como se sabe, la funcin bsica que realiza el diodo es dejarcircular la corriente en un solo sentido de nodo a ctodo, y al principalaplicacin prctica de dicha funcin es la conversin de la corrientealterna (AC) en corriente continua (DC); los circuitos que cumplendicha funcin se denominan rectificadores.

1.2.3. Polarizacin de un diodo:

Partiendo de la conduccin y no conduccin del diodo a parecen dosdefiniciones, como son Polarizacin Directa e Inversa.

1.2.3.1. Polarizacin Directa:

El diodo permite la circulacin de corriente slo cuando seencuentra polarizado en forma directa, que es cuando el terminal delnodo tiene una polaridad positiva y una negativa el terminal del

ctodo; en este caso, se dice que el diodo se comporta como unconductor, y se produce una circulacin de corriente por el circuito enel sentido (convencional) que ya sugiere el smbolo del diodo (fig. 1.7).

Figura 1.6. Construccin fsica, simbologa y modelo prctico de

un diodo
http://cms.teotrack.com/images/Cache/816x900y900.jpghttp://cms.teotrack.com/images/Cache/816x900y900.jpghttp://cms.teotrack.com/images/Cache/816x900y900.jpg


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El diodo en polarizacin directa se comporta como un interruptorcerrado (conduccin).

La tensin que se aprecia en los terminales del diodo (nodo yCtodo) cuando este conduce se denomina, cada directa. La mnimatensin para que comience a conducir (tensin umbral) es de 0.7Vaproximadamente, dicho valor aumenta en funcin al incremento de laintensidad de corriente, pudindose situar alrededor de 1V para undiodo de silicio, en condiciones normales de trabajo. Por ejemplo,segn especificaciones del fabricante, el diodo rectificador ms usadoes el 1N4001, donde la tensin de conduccin puede llegar a 1V con

una intensidad de corriente mxima de 1A, que se llamara codo deconduccin en la curva caracterstica. En el caso de los diodos depequea seal y mediana potencia, a efectos prcticos, se considerauna cada tpica de 0.7V para el Silicio y 0.3V para el Germanio enpromedio.

Teniendo en cuenta que para el diodo en conduccin la tensinentre sus terminales es de 0.7V y que la fuente de alimentacin para elcircuito de la figura 1.2., es de 14V, usando la tcnica de resolucin decircuitos como es LKV (Ley de Kirchoff en Voltaje) se obtiene que lacada de tensin en la lmpara es: 14-0.7=13.3V

El diodo en polarizacin directa se comportacomo un corto circuito un conductor

Figura 1.7.


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Y en el caso de que la resistencia interna del filamento de lalmpara fuera de 45, la intensidad de corriente quecirculara por elcircuito sera de:

()

Siendo la potencia de la lmpara P=I.V= 0.295x13.3=3.924W.

De no tomarse en cuenta la cada en directo del diodo, la intensidadde corriente y la potencia de la lmpara seran:

Por tal motivo, en la prctica, donde la cada de tensin directa deldiodo que es aproximadamente 1V menos y esto representa unapotencia muy pequea que se pierde en diodo en forma de calor. En

muchas aplicaciones donde la tensin de alimentacin es del orden de110V, que es muy grande comparada con la tensin en directo deldiodo, esta se puede despreciar, ya que 1V de los 110V dealimentacin representa el 1%.

1.2.3.2. Polarizacin Inversa:

El diodo esta polarizado en inverso, cuando la tensin positiva estconectada al ctodo y la tensin negativa est conectada al nodo,para este caso el diodo no permite el paso de la corriente y se

comporta como un circuito abierto o aislante. Se puede dar el caso deque se supere una cierta cantidad de tensin, producindose unaconduccin brusca que puede daar el diodo.

El diodo en polarizacin inversa se comporta como un interruptorabierto (no conduccin).

En efecto, observando la figura anterior, atentamente el esquema

se notar que el polo negativo de la batera est conectado al extremo

IDFigura 1.8.

El diodo en polarizacin directa se comporta como un circuito abierto


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libre de la zona P y el polo positivo al extremo libre de la zona N. Enestas condiciones, la diferencia de potencial en la unin quedaincrementada y por tanto tambin la accin de la barrera, que solopermite la circulacin de una corriente insignificante (del orden de las

millonsimas de amperio). Siempre que la tensin continua se aplica aldiodo del modo descrito, se dice que este recibe polarizacininversa.

1.3.1. Curva Caracterstica del Diodo

Puede demostrarse mediante la fsica del estado slido que lascaractersticas generales de un diodo semiconductor pueden definirsepor la siguiente ecuacin:

(

) Ecuacin de Shockley

DondeID = Corriente que atraviesa el diodo

VD = Tensin (diferencia de potencial) entre los extremos del diodoq = carga del electrn en

Culombios =1,6 E-19 C, K =

constante de Boltzman8,62 E-5

eV/K

T = Temperatura en Kelvin.Para niveles bajos de tensin (en o bajo la rodilla de la curva)

n = 1 para el Gen = 2 para el Si

Para niveles relativamente altos de corriente (zona de ascensorpido de la

curva)n = 1 tanto para Si como para el Ge.

As, por ejemplo, para temperatura

ambiente (T = 300 K) VT = 0,026 V = 26

mV.

Caractersticadel Diodo1.3.


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Figura. 1.9. Curva Caracterstica del diodo

Para valores de tensin positivos y varias veces superior aVT, puede despreciarse el 1 del parntesis de la ecuacin de

Shockley, de forma que, salvo para un pequeo margen en lasproximidades del origen, la corriente aumenta exponencialmente conla tensin.

Cuando polarizamos el diodo en inversa con una tensin cuyo

mdulo sea varias veces superior a VT tendremos que ID- IS paracualquier valor de VD.

1.3.2. Tensin Umbral V

Tambin es conocida como tensin de codo. Para valores de tensin

inferiores a V la corriente es muy pequea (an en polarizacindirecta). El diodo no conduce bien hasta que la tensin aplicadasobrepasa la barrera de potencial. Por esto, para las primeras decenas

de voltio la corriente es muy pequea. A medida que nos acercamos al

valor de Vlos portadores mayoritarios de las respectivas zonas (e- de

la zona n y h+ de la zona p) comienzan a atravesar la unin engrandes cantidades, por lo que la corriente crece rpidamente (deforma exponencial, como ya se ha comentado). Para tensionessuperiores a la tensin umbral, pequeos aumentos de tensinproducen grandes aumentos de corriente.

El valor de esta tensin de 0,7 V para el Si y de 0,3 V para el Ge.


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1.3.3. Corriente inversa de saturacin IS

Tambin se la conoce como corriente de fugas (IO).

Est originada trmicamente, no depende de la tensinaplicada, sino de la temperatura.

Se puede decir que su valor se duplica cada 10 C.

1.3.4. Corriente de pico

Es la mxima corriente que puede soportar el diodo en directa sinquemarse.

Es un dato que proporciona el fabricante en las hojas de

caractersticas del dispositivo (datasheets) y nos da distintos valores

dependiendo del tipo de corriente que circule por el diodo (no ser lo

mismo si la corriente es continua, si es alterna o si son picos de

sobre corriente).

1.3.5. Tensin de ruptura.

Cuando en un diodo aplicamos una tensin inversa, a sutravs circula la corriente inversa de saturacin (IS) y en la zona de

carga aparece una tensin igual a la tensin inversa aplicada. Sin

embargo, esta tensin no puede aumentarse todo lo que se desee ya

que existe un valor de tensin (tensin de ruptura) a partir del cual

el diodo comienza a conducir intensamente. Para pequeos

aumentos de tensin inversa se tienen grandes incrementos de

corriente.

Si no conseguimos evacuar toda la potencia calorfica generada

por efecto Joule, el diodo se rompe. Esta ruptura se puede deber a

dos efectos:

a.- Efecto avalancha.b.- Efecto zener

1.3.6. Efecto avalancha.


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Al mismo tiempo que la tensin a travs del diodo se incrementa

en la regin de polarizacin inversa, la velocidad de los portadores

minoritarios (responsables de IS) tambin se incrementa. A la larga,sus velocidades y sus energas cinticas sern suficientes para

liberar portadores adicionales mediante colisiones con estructuras

atmicas de otro modo estables. Esto es, resultar un proceso de

ionizacin por medio del que los e- de valencia absorbern energa

suficiente para abandonar el tomo padre. Estos portadores

adicionales pueden as ayudar al proceso de ionizacin, hasta el

punto en que se establezca una elevada corriente de avalancha y se

determina la regin de ruptura de avalancha.

1.3.7. Efecto Zener.

Cuando un diodo est muy dopado la zona de deplexin es muyestrecha. A causa de ello, el campo elctrico en esta zona es muyintenso. Cuando el campo elctrico es muy elevado (300 000 V/cm)

el campo puede extraer los e- de sus rbitas de valencia. La creacin

de e- libres de esta manera recibe el nombre de efecto zener (tambin

conocido como emisin de campo intenso).

Este efecto es diferente del efecto avalancha que requiere que los

portadores minoritarios con grandes velocidades desliguen e- devalencia mediante choques. El efecto zener depende solamente de laintensidad del campo elctrico.

El efecto zener ocurre para valores de tensin inferiores a 4 V,

mientras que el efecto avalancha requiere tensiones superiores a 6

V. Para valores de tensin comprendidos entre los 4 y los 6 Vpueden coexistir ambos efectos sin prevalecer uno sobre otro.

A la mayora de los diodos no se les permite llegar a la ruptura(usualmente >50 V). Sin embargo, en otros casos, se busca trabajaren la zona inversa (diodos zener.)

1.3.8. Resistencia esttica o de corriente contina


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La aplicacin de un voltaje DC en un circuito cerrado que contieneun diodo semiconductor en el recorrido, dar como resultado un puntode operacin sobre la curva caracterstica que no vara con el tiempo.

La resistencia esttica es la que presenta el diodo para unadeterminada tensin e intensidad fija. Tambin es denominadaresistencia en corriente continua (CC), puede dar desde valores muyelevados (polarizacin inversa) hasta muy bajos (polarizacin directa).

Figura. 1.10. Curva caracterstica de un diodo, polarizacin directa einversa.

Ejemplo: Calculo de la resistencia esttica para un diodo 1N4006

En polarizacin directa se tiene que: VD= 0,9 V y ID un 1A segn lahoja de especificaciones del componente la resistencia

Se puede visualizar en el clculo anterior, que la resistencia enpolarizacin directa siempre es un valor bajo (en un caso ideal debera

ser cero).

En polarizacin Inversa (Rr)

Si la tensin aplicada es de 18V y la intensidad de corriente(Idealmente debera ser Cero la corriente) es de 0,01A= 10A, elvalor de la resistencia viene dada por:


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Se aprecia en polarizacin inversa el valor de resistencia es muyalto y aumente, si la tensin aumenta y la corriente siguedisminuyendo, este valor de resistencia tiende a ser infinita.

1.3.9. Resistencia Dinmica

Es el valor de resistencia que presenta el diodo, cuando se polarizaen forma directa (Entra en conduccin) dentro de una zona defuncionamiento en la curva caracterstica, a partir del codo deconduccin en el rea lineal de dicha curva donde el valor de laresistencia es constante, en tal situacin dicha resistencia recibe elnombre de resistencia en CA.

Experimentalmente se puede notar la resistencia dinmica deldiodo rD como la razn de una pequea variacin de voltaje V y de lavariacin correspondiente de la intensidad . Como se observa en lasiguiente figura, a partir de una tensin de 0,8V el aumento de lacorriente es casi lineal con respecto a la tensin, y aumentarpidamente. Entre dos puntos de la curva, que se le puede aproximara una recta, el valor de la resistencia se puede obtener de la siguienteexpresin:

Figura

Figura.1.11. Calculo de la resistencia dinmica a partir de la grafica


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Ejemplo: En la curva del 1N4007, si para una tensin de 0,8V laintensidad de corriente es 0,15 y para 0,93V es de 1, cul ser elvalor de la resistencia dinmica.

Figura. 1.12. Prueba para la Verificacin del funcionamiento del Diodo

Verificacindel Diodo con el Tester1.4.


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Procedimiento para la Verificacin del diodo mediante el uso deltester:

1.- Primero se conectan el cable negro en el terminal COM y el rojo al

identificado como V/.

2.- Se enciende el tester y se gira la perilla de seleccin hasta llegar a

la figura del diodo ( ).

3.- Luego se conecta el cable rojo al extremo del nodo del diodo y elnegro al ctodo (que es el terminal identificado del diodo con la franjaplateada).

4.- Finalmente el diodo quedara polarizado en directo indicando la

tensin umbral de conduccin que es igual a 0,65V, como se apreciaen la figura 1.12.

Ejemplo 1:Asmase un diodo con una resistencia dinmica de 0,25,si la intensidad que circula es de 1A, Calcular VF e IF:

Figura 1.13. Circuito equivalente del diodo considerando la resistenciadinmica.

A continuacin se aplicara la ley de Kirchhoff en voltaje para calcularVF: VF - 0,7V - rd.IF =0 EC 1. VF = 0,7V + 0,25.1A= 0,95V

Tambin se podra deducir el valor de IF al aplicarle VF=0,95V:

Despejando IF de la EC. 1 tenemos que:

D11N4007

ID

EJEMPLOS


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Nota: En la prctica como la resistencia rd es muy baja, en la mayorade los casos suele despreciarse.

Ejemplo 2: Se tiene el siguiente circuito (segn Fig. 1.14.) de una

resistencia de carga con un diodo rectificador 1N4007, calcular latensin en la resistencia de carga (RL) y la intensidad que circula por elcircuito.

A. Circuito Equivalente con rdsimulado Circuitmaker: B.

Circuito real y circuito con modelo equivalente del diodo (VD en seriecon rd).

A continuacin aplicaremos la ley de Kirchhoff en tensin en elrecorrido de la malla del circuito B. tomando en cuenta rd.

E- VD Vrd VL=0 EC. 1 sabemos que Vrd=ID.rd y VL= ID.RL por

ley de Ohm. Seguidamente se sustituyen los datos conocidos: E=10V,VD=0,7V, rd=0,15 tomado de la hoja de especificaciones del diodo

1N4007 y RL= 10 tenemos que.

10V-0,7V ID. 0,15-ID. 10=0 luego se agrupan los trminos de laigualdad dependientes de ID del lado derecho de la misma y sedespeja ID:

Ahora se calculara el voltaje en la carga (VL) por ley ohm:

DCV

9.003V

DC A

900.3mA+

VD0,7V

+ E10V

RL10

rd

0.15

Figura 1.14.


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La cada de tensin en la carga es VL=ID.RL= 916mA. 10=9,16V

Finalmente la cada de tensin en la resistencia dinmica del circuito

equivalente del diodo se puede expresar de la siguiente manera:

Vrd= E-VD-VL = 10V-0,7V- 9,16V= 0,14VO

Vrd=ID.rd=916mA.0,15=0,1374V

1.5.1. Tensin inversa de ruptura

Estudiaremos la hoja de caractersticas del diodo 1N4001, un diodorectificador empleado en fuentes de alimentacin (circuitos queconvierten una tensin alterna en una tensin continua).

La serie de diodos del 1N4001 al 1N4007 son siete diodos quetienen las mismas caractersticas con polarizacin directa, pero enpolarizacin inversa sus caractersticas son distintas.

Primeramente analizaremos las "Limitaciones mximas" que son estas:

Figura. 1.15. Tensin inversa de ruptura de un diodo 1N4001(Rectificador).

Estos tres valores especifican la ruptura en ciertas condiciones defuncionamiento. Lo importante es saber que la tensin de ruptura parael diodo es de 50 V, independientemente de cmo se use el diodo. Estaruptura se produce por la avalancha y en el 1N4001 esta ruptura esnormalmente destructiva.

Hoja de Especificaciones de Diodos1.5.


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1.5.2. Corriente mxima con polarizacin directa

Un dato interesante es la corriente media con polarizacin directa,que aparece as en la hoja de caractersticas:

Figura 1.16. Corriente mxima de polarizacin directa.

Indica que el 1N4001 puede soportar hasta 1 A con polarizacindirecta cuando se le emplea como rectificador. Esto es, 1 A es el nivelde corriente con polarizacin directa para el cual el diodo se quemadebido a una disipacin excesiva de potencia. Un diseo fiable, confactor de seguridad 1, debe garantizar que la corriente con polarizacindirecta sea menor de 0,5 A en cualquier condicin de funcionamiento.

Los estudios de las averas de los dispositivos muestran que la vidade stos es tanto ms corta cuanto ms cerca trabajen de laslimitaciones mximas. Por esta razn, algunos diseadores empleanfactores de seguridad hasta de 10:1, para 1N4001 ser de 0,1 A o

menos.

1.5.3. Cada de tensin con polarizacin directa

Otro dato importante es la cada de tensin con polarizacindirecta:

Figura 1.17. Valores tpicos de la tensin de polarizacin directa.

Estos valores estn medidos en alterna, y por ello aparece lapalabra instantneo en la especificacin. El 1N4001 tiene una cada de


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tensin tpica con polarizacin directa de 0,93 V cuando la corriente esde 1 A y la temperatura de la unin es de 25 C.

1.5.4. Corriente inversa mxima

En esta tabla esta la corriente con polarizacin inversa a la tensincontinua indicada (50 V para un 1N4001).

Figura 1.18. Valores tpicos de la corriente inversa

Esta corriente inversa incluye la corriente producida trmicamentey la corriente de fugas superficial. De esto deducimos que latemperatura puede ser importante a la hora del diseo, ya que undiseo basado en una corriente inversa de 0,05 mA trabajar muy biena 25 C con un 1N4001 tpico, pero puede fallar si tiene que funcionaren medios donde la temperatura de la unin alcance los 100 C.

1.5.5. Lo estudiaremos para el diodo 1N914:

Siempre que se habla de continua, se quiere decir que es esttica,que nunca cambia, es una "Resistencia Esttica". En la zona depolarizacin directa se simboliza con RF y en la zona de polarizacininversa con RR.

1.5.6. Resistencia con polarizacin directa


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En cada punto tenemos una resistencia distinta, esa resistencia esel equivalente del diodo en polarizacin directa para esos valoresconcretos de intensidad y tensin.

Figura 1.19. Resistencia de polarizacindirecta para tres valores de pendientesdiferentes.

Si comparamos este valor de resistencia con la resistencia interna:

Figura 1.20. Comparacin con laresistencia interna del diodo.

Como los 3 puntos tiene la misma pendiente quiere decir que para los3 puntos el modelo es el mismo. Entonces la RFanterior no es tilporque vara, pero la rBno vara y por eso esta es la resistencia que seutiliza.

1.5.7. Resistencia con polarizacin inversa


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Exageramos la curva de la grfica para verlo mejor:

Figura. 1.21. Resistencia de polarizacin inversa.

Como en el caso anterior en cada punto tenemos una recta, por lotanto un RR(R= Reverse, inversa) para cada punto.

Como es un valor muy grande, ms o menos se puede considerarinfinito (idealmente circuito abierto).

Este valor no es til, no se utiliza para hacer modelos o mallas, pero deforma prctica en el laboratorio puede ser til (el polmetro marca laresistencia esttica y se puede utilizar para detectar averas).

Figura 1.22. Verificacin de la resistencia en directo e inverso medianteel uso del tester.


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La temperatura juega un papel importante en la determinacin delas caractersticas operacionales de los diodos. Los cambios en estascaractersticas provocados por cambios de temperatura requierenajustes en el diseo y empaquetados de los circuitos.

Figura 1.23. Dependencia de ID de la temperatura.

Conforme aumenta la temperatura, disminuye la tensin deencendido Vr, por otra parte, un descenso en la temperatura provocaun incremento en la tensin de encendido, esto se observa en la figura1.23., la misma varia linealmente con la temperatura de acuerdo conla siguiente ecuacin (para un valor de ID constante):

Vr(T1) Vr(To)= k(T1-To).

donde

To= temperatura ambiente (25)

Efecto de la Temperatura1.6.


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T1= nueva temperatura del diodo en .

Vr(To)= tensin del diodo a temperatura ambiente.

Vr(T1)= tensin del diodo a la nueva temperatura

K= coeficiente de temperatura en V/

Aunque de hecho K vara con cambios en los parmetros deoperacin, la prctica estndar permite suponer que es constante. Acontinuacin se muestran valores de K para varios tipos de diodos:

K= -2.5 mV/para diodos de Germanio

K= -2.0 mV/ para diodos de Silicio

K= -1.5 mV/para diodos de Schottky

Vr(To) es igual a los valores mostrados abajo.

Diodos de Silicio: 0,7 V.

Diodos de Germanio: 0,2V.

Diodos Schottky: 0,3V.

Diodos de arseniuro de galio: 1,2V.

La corriente de saturacin en inverso, Io es otro parmetro quedepende de la temperatura. Aumenta aproximadamente 7.2%/oc paradiodos tanto de silicio como de germanio. En otras palabras, Io seduplica ms o menos cada 10 oC de aumento en la temperatura. Laexpresin para la corriente de saturacin inversa en funcin de latemperatura es:

Io(T2)= Io(T1)exp(ki(T2-T1))

Donde

Ki=0.072/oC

Y T1 y T2 son dos temperaturas diferentes. Esta expresin se puedesimplificar y reescribir como:

Io(T2)=Io(T1).()

Esta simplificacin es posible porque


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1. un diodo est en conduccin a 25 , hay una cada de 0,7V entresus terminales. Cul es la tensin, Vr, a travs del diodo a 100

Resp. Vr=0,55V

2.El diodo descrito en el ejercicio 1. Se enfra a 100 , Cul es latensin necesaria para establecer una corriente apreciable a la nuevatemperatura.

Resp. Vr=0,95V

Objetivo: Obtener la curva caracterstica de un Diodo 1N4001, atravs del circuito de la figura 1.24, monitoreando la tensin y lacorriente del diodo en polarizacin directa.

Procedimiento del laboratorio:

Se trata de medir los valores de tensin y de intensidad. Por mediode la fuente variable (E), iniciando los ajustes de tensin dealimentacin a partir de 0V, va la aumentando la tensin en intervalos0,1V y anotando los valores de intensidad correspondientes a cadavalor de tensin. Construir una tabla de valores con las mediciones

realizadas, para posteriormente ser representada grficamente.

La intensidad de corriente a travs del circuito, la que circular porel diodo cuando se encuentre dentro de la zona normal de conduccin(a partir de 0,7V), estar definida por la siguiente ecuacin:

Tambin las potencias disipadas por el diodo y por la resistencia seexpresan de la siguiente manera:

EJERCICIOS PROPUESTOS

Actividades Prcticas de Laboratorio1.7.


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PD(mx)= IF.VF (Potencia en el Diodo) y PR(mx)= IF.VR(mx)

La suma de estas dos potencias ser la potencia mxima entregadapor la fuente E:

PE(mx)= PD(max) +PR(max)

Desarrollo de las actividades del laboratorio:

Observar y medir la tensin umbral a partir de la cual comienzaa circular corriente en el circuito, indicando el inicio deconduccin del diodo.

Tomar nota de los valores de corriente en la tabla para losvalores de tensin en el diodo indicados, para obtener la curvacaracterstica del mismo.

Hallar el valor de resistencia dinmica del diodo (rd). Calcular la potencia mxima disipada por la resistencia y por el

diodo. Concluir en base a los resultados obtenidos.

a.

b.VF(V) IF(mA)

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

IF

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 VF

Figura 1.24. a.Circuito a realizar montaje, b.Tabla de valores a graficar.


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Actividad de laboratorio 2:Polarizacin Inversa.

Que ocurre cuando invertimos el diodo, realizar una explicacin brevedel comportamiento del circuito siguiente.

Figura. 1.25. Circuito de Polarizacin Inversa.

1. Si se aplican 18 V al siguiente circuito, qu tensin medir elvoltmetro si D1es de silicio?

EJERCICIOS PROPUESTOS


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2. Si el diodo D del circuito del problema 3 puede soportar unacorriente mxima de 500 mA, cul es el mnimo valor de la resistenciaR con el que se puede utilizar el circuito si se aplican 20 V?

3. Si la resistencia R de la figura es de 100 y se aplican E=10 V alcircuito, cunto valdr la potencia disipada en el diodo D?

4. Cul ser la potencia disipada el en diodo D de la figura si seaplican 60 V al circuito?, y si se conecta una resistencia de 2.7 kW enparalelo con el diodo?

5. Calcular la corriente que atraviesa el diodo en el circuito de lafigura, empleando el modelo lineal por tramos.

6.En el problema de la figura anterior, calcular la corriente que circula

por el diodo mediante el mtodo grfico, tomando como caractersticaV-I del diodo la curva que se presenta a continuacin.


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8.Calcular el punto de operacin del diodo (corriente y tensin en elmismo) para ECC=10V, R1= R2= R3=1k.

Aplicando el modelo lineal por tramos del diodo.

Mediante un mtodo grfico.

9.En el circuito de la figura adjunta se pide:

Potencia suministrada por la fuente.

Potencia disipada por cada una de las resistencias. Potencia disipada por el diodo.

10.Hallar la resistencia esttica y dinmica en el punto A de la figura.


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Los componentes opto electrnicos son aquellos cuyofuncionamiento o aplicacin se basan en algn efectoasociado a la luz, bsicamente existen dos tipos:

1. Emisores de luz. Mediante la aplicacin de unacorriente baja, la cual origina la emisin de luz.Entre los cuales se encuentran los LED y losDisplays.

2. Los sensores de luz. Mediante la incidencia de lamisma sobre el componente, se puede hacercircular una corriente, mediante la cual sepuede ejercer algn tipo de control. Por ejemplolos fotodiodos o fototransistores.

COMPONENTES

OPTOELECTRNICOS:DIODOS EMISORES DE LUZ

LED Y DISPLAYS2 C

AP

IT

UL

O

2.1. INTRODUCCIN


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Un Led (de la sigla inglesa LED: Light-Emitting Diode:diodoemisor de luz, tambin diodo luminoso) es un diodo semiconductorque emite luz. Se usan como indicadores en muchos dispositivos, ycada vez con mucha ms frecuencia, en iluminacin. Presentado comoun componente electrnico en 1962, los primeros leds emitan luz rojade baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de altobrillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta.

A nodo

B Ctodo

1 Lente/encapsulado epxido

2 Contacto metlico

3 Cavidad reflectora

4 Terminacin del semiconductor

5 Yunque

6 Plaqueta7

8 Borde plano

Figura 2.1. Aspecto prctico del LED

2.2.1. Principio de Funcionamiento del LED

El funcionamiento normal consiste en que, en los materialesconductores, un electrn al pasar de la banda de conduccin a la devalencia, pierde energa; esta energa perdida se manifiesta en formade un fotn desprendido, con una amplitud, una direccin y una fasealeatoria. El que esa energa perdida cuando pasa un electrn de labanda de conduccin a la de valencia se manifieste como un fotndesprendido o como otra forma de energa (calor por ejemplo)depende principalmente del tipo de material semiconductor. Cuando undiodo semiconductor se polariza directamente, los huecos de la zonapositiva se mueven hacia la zona negativa y los electrones se muevende la zona negativa hacia la zona positiva; ambos desplazamientos decargas constituyen la corriente que circula por el diodo.

Diodos LED2.2.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:LED,_5mm,_green_(int).svghttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:LED,_5mm,_green_(int).svghttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:LED,_5mm,_green_(int).svg


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2.2.2. Tipos bsicos de diodos LED

En corriente continua (CC), todos los diodos emiten cierta cantidadde radiacin cuando los pares electrn-hueco se recombinan; es decir,

cuando los electronespasandesde la banda de conduccin (de mayorenerga) a la banda de valencia (de menor energa), emitiendo fotonesen el proceso. Indudablemente, por ende, su color depender de laaltura de la banda prohibida (diferencias de energa entre las bandasde conduccin y valencia), es decir, de los materiales empleados. Losdiodos convencionales, de silicio o germanio, emiten radiacininfrarroja muy alejada del espectro visible. Sin embargo, conmateriales especiales pueden conseguirse longitudes de onda visibles.Los Leds e IRED (diodos infrarrojos), adems tienen geometrasespeciales para evitar que la radiacin emitida sea reabsorbida por elmaterial circundante del propio diodo, lo que sucede en los

convencionales.

Compuestos empleados en la construccin de Leds

Compuesto Color Long. deonda

arseniuro de galio (GaAs) Infrarrojo 940 nm

arseniuro de galio y aluminio(AlGaAs)

rojo e infrarrojo 890 nm

arseniuro fosfuro de galio (GaAsP)rojo, anaranjado yamarillo

630 nm

fosfuro de galio (GaP) Verde 555 nm

nitruro de galio (GaN) Verde 525 nm

seleniuro de cinc (ZnSe) Azul

nitruro de galio e indio (InGaN) Azul 450 nm

carburo de silicio (SiC) Azul 480 nm
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diodos_LED.svg


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diamante (C) Ultravioleta

silicio (Si) en desarrollo

2.2.3. Aplicacin prctica del LED

Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde mediados delsiglo XX en mandos a distancia de televisores, habindose generalizadosu uso en otros electrodomsticos como equipos de aire acondicionado,equipos de msica, entre otros.

Los Leds se emplean con profusin en todo tipo de indicadores deestado (encendido/apagado) en dispositivos de sealizacin (detrnsito, de emergencia, entre otros.) y en paneles informativos.

Tambin se emplean en el alumbrado de pantallas de cristal lquidode telfonos mviles, calculadoras, agendas electrnicas, entre otros.,as como en bicicletas y usos similares.

El uso de Leds en el mbito de la iluminacin (incluyendo lasealizacin de trfico) es moderado y es previsible que se incrementeen el futuro, ya que sus prestaciones son superiores a las de lalmpara incandescente y la lmpara fluorescente.

Tambin se utilizan en la emisin de seales de luz que se

trasmiten a travs de fibra ptica.

Para conectar leds de modo que iluminen de forma continua, debenestar polarizados directamente, es decir, con el polo positivo de lafuente de alimentacin conectada al nodo y el polo negativoconectado al ctodo. Adems, la fuente de alimentacin debesuministrarle una tensin o diferencia de potencial superior a sutensin umbral. Por otro lado, se debe garantizar que la corriente quecircula por ellos no exceda los lmites admisibles, lo que daarairreversiblemente al led.

Figura 2.2. Circuito de polarizacin directa de diodos LED de tres

colores diferentes.


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2.2.4. Como conectar un LED

Uno de los problemas clsicos cuando se conecta un led es calcularel valor de la resistencia. Sin resistencia el led se quema por exceso de

corriente. Hoy en da, los leds comunes son muy eficientes y por lotanto la corriente necesaria para encenderlos es bastante baja: 5mA omenos para los leds indicadores y 20mA para los leds de altaluminosidad. Los leds son relativamente tolerantes en materia decorriente por lo que se puede variar entre 5mA y 15mA para los ledindicadores y entre 15mA y 30mA para led de alta luminosidad (entreestos ltimos los blancos y los azules).

Figura 2.3.Circuito bsico con LED y resistencia de proteccin.

La frmula para calcular la resistencia se obtiene de la ley de Ohm y esla siguiente:

R = (V Vled) / Idonde:R = resistenciaV = tensin de alimentacinVled = tensin tpica del led (cambia segn el modelo)I: corriente que pasa por el led

Por ejemplo, si tenemos un led rojo alimentado con 12V y hacemospasar una corriente de 5mA:

R = (12V 1,2V) / 5mA = 2.160 ohm (usando valores estndarde las resistencias: 2.200 ohm)

Para simplificar los clculos, he preparado dos tablas dondepodemos encontrar los valores de resistencia necesarios con distintostipos de leds y distintas tensiones de alimentacin.


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Figura 2.4.Tabla de alimentacin de LED con 12V y resistencia deproteccin recomendada segn el color.

Como podemos observar en las dos tablas no obstante la cada detensin tpica de los leds es distinta para los leds verdes, amarillos yrojos, esta variacin es poco significativa y por lo tanto podemos usarlos mismos valores de resistencia. Esto no es as con los leds blancos ylos azules de alta luminosidad ya que en estos ltimos la cada detensin es bastante alta (generalmente 3,7V)

Figura 2.5.Tabla de alimentacin de LED con 5V y resistencia deproteccin recomendada segn el color.

La tolerancia de corriente de los leds nos permite usar valoresgenricos de resistencia (ad excepcin de los leds rojos de altaluminosidad alimentados con 5V):

Para los indicadores: 5V => 680 ohm, 12V => 2K2 Para los leds dealta luminosidad (incluidos los rojos): 12V => 390 ohm, 5V = 68 ohm(leds azules y blancos) y 5V = 180 ohm (rojos)

Ejemplo: Supngase que se requiere encender un led rojo parasimular una alarma de un carro. Como la batera del carro es de 12V,asumindose que el valor de VF= 2V para una intensidad de corriente

de 10mA, que valor de resistencia de proteccin se debe usar.


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Figura2.6.Circuito simulado con circuitmaker.

Recorriendo la malla del circuito anterior (por LKV) se tiene:

E VR VD=0 sustituyendo VR= ID.R (por ley de Ohm)

Se tiene E ID.R VD=0 despejando la Resistencia se tiene:

R=

Cuando se apague el carro, al activar la alarma se encender elLED y esto dar la seal luminosa que se encuentra en los coches.

2.2.5. Diferentes tipos de LED

Adems de los LED clsicos, existen los LED de alto rendimiento(dan una intensidad de luz mayor), los hay de colores diversos (blanco,azul, naranja, entre otros) y tambin bicolor pueden dar dos coloresdiferentes; los mismos tienen tres terminales, uno comn y los otrosdos uno para cada color, ltimamente se comercializan los RGB, quedan tres colores bsicos: Rojo (R), Verde (V) y Azul (A), los cualestienen una alta potencia de Luz.

Siempre hay variaciones entre las composiciones de los diodos, eincluso pequeas entre diodos de la misma clase, pero en general, la

cada de voltaje depende del color y del brillo del LED. La siguientetabla muestra las cadas de voltaje de varias clases de LED.

Tipo de diodo Diferencia de potencial tpica (voltios)

Rojo de bajo brillo 1.7 voltios

Rojo de alto brillo, alta eficiencia y baja corriente 1.9 voltios

DCV

1.786V

DC A

10.21mA

+ E12V

DLED1

R1k


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Naranja y amarillo 2 voltios

Verde 2.1 voltios

Blanco brillante, verde brillante y azul 3.4 voltios

Azul brillante y LED especializados 4.6 voltios

Figura2.7.Tabla de diferencia de potencial tpica de los LED segn elcolor.

La mayora de los fabricantes recomiendan 10mA para los diodosazules de 430nm, 12mA para los tipos que funcionan con 3.4 voltios y

20mA para los diodos de voltajes menores.A continuacin una breve definicin y tabla de resistencias de

proteccin sugeridas segn el color, un led tpico contiene un chipsemiconductor, emisor de luz, y unos terminales donde apoyar el chip(por donde, a su vez, le llega la corriente). Nada ms (y nada menos).Todo ello recubierto por un encapsulado de epoxy que sirve deproteccin y de lente. Resistencia adecuada para cada color:

Ambar/Amarillo voltaje: 5v

180ohms.voltaje: 12v 510ohmsRojo voltaje: 5v180ohms.................voltaje: 12v 510ohmsVerde voltaje: 5v100ohms...............voltaje: 12v 470ohmsBlanco voltaje: 5v 100ohms.............voltaje:12v 470ohmsAzul voltaje: 5v 100ohms................voltaje:12v 470ohmsUV voltaje: 5v 100ohms...................voltaje:12v 470ohmsRosa voltaje: 5v100ohms................voltaje: 12v 470ohms

Figura 2.8. Mxima corriente: 30mA o 75/80mA en Pulsos.

2.2.6. CARACTERSTICAS

Comparados con las bombillas incadescentes (bulbos de linterna),presentan las siguientes ventajas:

a.Son muy tenaces, ya que se fabrican con rexinas epoxy msresistentes que un cristal. Tampoco tienen un filamento que se puedaquemar con el uso. Los led soportan con facilidad golpes y vibracionesque estropearan cualquier bombilla.


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b. Son mucho ms eficientes, ya que las bombillas para emitir luztienen que poner su filamento a temperaturas que lo vuelvanincandescente y se pierde mucha energa en alcanzar esa temperatura.

Los led consumen sobre un 90% menos que una bombilla de igualluminosidad.

c. Debido a todas estas propiedades, los led son mucho ms fiablesque las bombillas y tienen una vida superior a 10 aos.

Intensidad luminosa: La podemos encontrar medida en Lmeneso en Candelas. El Lumen mide la cantidad de luz en un rea dada,mientras que la Candela mide la intensidad luminosa de la fuente.Normalmente en los led se muestra la medida en Candelas o, msfrecuentemente en miliCandelas (Mcd). Para pasar de Lumen a

Candela debemos dividir los Lmenes por 12,5 para una cifraaproximada. 1 Candela sera la luz emitida por una linterna pequea,alimentada por 2 pilas de 1,5V. y con un consumo de 2 Watios; a unadistancia de 30 cm. La intensidad luminosa de los leds es pequea, asque se suele medir en miliCandelas.

As tenemos los leds estandar de 10 a 100 mcd. Los led Hyperbrilloque pueden dar 10.000 mcd o los "Jumbo" que pueden alcanzar las250.000 mcd y no nos engaemos porque para alcanzar estas cotasincorporan ms de un chip en el encapsulado.

2.2.7. Como medir la tensin caracterstica de un LED

Figura 2.9.Smbolo y encapsulado de un LED.

Los leds son un invento extraordinario, y ms an cuando, graciasal descubrimiento de nuevos materiales para su realizacin, se logrconstruir los leds azules, los blancos y toda la nueva gama de altaluminosidad, ideales en un nuevo campo de aplicacin: la iluminacin.Como consecuencia de esto, todo el mundo desea usarlos. El problemaes que, ms all de su extraordinaria difusin, los leds no dejan de sercomponentes electrnicos bastante delicados si no usadoscorrectamente. Este artculo nos explica cmo medir la tensincaracterstica de un led sin el riesgo de romperlo, para poder calcularsucesivamente la resistencia necesaria para su funcionamiento.


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La tensin caracterstica de un led depende del tipo y del modelo ypuede variar entre 1,2V y 4,5V. Aclaro que la tensin caracterstica deun led no es un valor absoluto porque vara un poco segn la corrienteque hacemos pasar por l (como sucede tambin con los diodos

normales). Por ejemplo, un led blanco con tensin caracterstica de3,6V puede bajar hasta 3,4V o an ms si la corriente es elevada. Decualquier manera, podemos observar que esta variacin no es muygrande y por lo tanto podemos ignorarla cuando hacemos los clculosde la resistencia.

Para poder medir le tensin caracterstica de un led necesitamos:

el led que queremos medir

un tester (analgico o digital) una fuente de alimentacin (de 6V o 9V) o una batera de 9V

una resistencia de 1000 ohmEn primer lugar debemos identificar cual es el nodo (positivo) y el

ctodo (negativo) del led, esto es importante porque con una tensinelevada, un led conectado al contrario puede romperse. En las hojastcnicas del led (datasheet) el valor de tensin inversa mxima sellama max. reverse voltage y podemos observar que en muchosmodelos es realmente bajo. Yo poseo muchos led de alta luminosidadcon una tensin inversa mxima de 5V. Esto quiere decir que siconectamos una pila de 9V a un led polarizada al contrario,probablemente el led se romper porque se superara la tensin

inversa mxima de 5V. Por lo tanto, aconsejo de cuidar este aspecto.Existen dos signos bastante claros para identificar el ctodo (negativo)de los led que son: la pata negativa es ms corta y en segundo lugar,en el cuerpo del led el negativo tiene una marca derecha (ver figura).

Para medir la tensin caracterstica de un led, conectemosprovisoriamente la resistencia de 1000 ohms (1K) al nodo del ledmientras el ctodo lo conectamos al negativo del alimentador (obatera). Por ltimo conectamos el terminal libre de la resistencia alpositivo del alimentador (o batera). El led debera encenderse. Porltimo, colocando el selector del tester en la posicin VDC medimos

con l la tensin sobre el led.


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Figura 2.10.Circuito para medir la tensin caracterstica de un LEDEl valor de 1000 ohm con una alimentacin de 6V o 9V nos

garantiza que la corriente que pasar por el led no ser nunca excesivano importa el modelo que usemos. Por ejemplo, en el peor caso, conun led rojo de 1,2V de tensin y una alimentacin de 9V pasar unacorriente de: I = (V-Vled) / R => I = (9V-1,2V) / 1000 = 7,8 mA quees bastante baja para cualquier tipo de led.

En el pasado, disponer de las hojas tcnicas de un componenteelectrnico era un privilegio reservado a pocos tcnicos mientras que

hoy, gracias a Internet, en pocos segundos podemos encontrarlas yconsultarlas directamente online. Por eso, si conocemos la sigla del ledque queremos usar, aconsejo de mirar la informacin tcnica,especialmente la corriente mxima que el led soporta y la tensincaracterstica. Con estos dos datos podemos calcular sin problemas laresistencia necesaria.


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2.3.1. EL DISPLAY DE 7 SEGMENTOS

Este display es un componente electrnico conpuesto por 7 leds (7segmentos) ms un punto decimal. Sirve para visualizar nmeros del 0al 9 y algunas letras, segn los leds que se hayan encendido.

Como siempre, los hay de varios tipos. De nodo comn o de ctodo

comn. Los hay en distintos colores y luminosidades. Tambin los hayde 1, 2 o 3 dgitos.

Figura 2.11.Display de 7 segmentos de 1, 2 y 3 dgitos

Estos displays tienen en su parte posterior las conexiones: un

nodo comn en nuestro caso y una pata por cada uno de lossegmentos luminosos. Como es un led, tendremos que intercalar laresistencia adecuada antes de conectarlo, una por segmento.

As, para encender uno, debe estar conectado el nodo comn y elled que queramos encender, y as con los 7. As es como se encienden,pero otra cosa distinta es cmo representan el nmero que queramos.Eso ya es algo ms complicado.

Visualizador de 7 Segmentos (Display)2.3.


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Decodificador BCD a display de 7 segmentos

Objetivo: Comprobar el funcionamiento del decodificador de BCD a undisplay de 7 segmentos.

Introduccin

Para esta prctica contamos con: i) El decodificador BCD a segmentos,que puede tener salidas normales (7448) o salidas negadas (7447) yii) El display de 7 segmentos, que puede ser de ctodo comn o denodo comn.

Figura 2.12.Elementos a utilizar en la prctica

Los pines marcados con la letra G son el punto comn, que en el

caso del display de ctodo comn debe conectarse a tierra (el polo

Actividades Prcticas de Laboratorio

2.4.


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negativo de la batera) cualquiera de ellos y en el caso del display denodo comn cualquiera de ellos debe conectarse a Vcc (el positivo dela batera).

En la siguiente figura se muestra como conectar el display, tanto el

de nodo comn como el de ctodo comn. Note que las resistenciasdeben ser de 100 ohms y quedan conectadas en serie con cada LEDdel display. Vea que en el caso del display de nodo comn, el pincomn (cualquiera de ellos) es conectado a Vcc y en el caso del displayde ctodo comn, el pin comn (cualquiera de ellos) se conecta atierra (el negativo de la batira). En el display de nodo comn, unsegmento se ilumina cuando su pin correspondiente se conecta a tierra(L). En el display de ctodo comn, un segmento se ilumina cuando supin correspondiente se conecta a Vcc (H).

nodo Comn Ctodo Comn

Figura 2.13.Conexin del Displays de 7 segmentos.

El circuito decodificador de BCD a 7 segmentos es el 74LS47 o el74LS48, cuyo diagrama se muestra en la Figura 2.14

Figura 2.14. Configuracin de pines del circuito integrado 7447 o

7448 (Decodificador de 7 segmentos).


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En la figura se muestra la distribucin de pines del 74LS47, en elque las salidas de los segmentos a',b',c',.., g' estn negadas, esto es,estn activas cuando estn en nivel bajo (L). La asignacin de pinespara el 74LS48 es idntica a la de la figura con la diferencia de que las

salidas a,b,c,...,g no estn negadas porque en este circuito las salidasestn activas cuando estn en nivel alto (H).

Actividades

1.- Conectar el display con sus resistencias en serie y comprobar quelos 7 segmentos y el punto decimal (pd) funcionen adecuadamente,esto es, que cada uno de los 7 segmentos y el punto decimal seiluminen cuando su pin correspondiente se conecta a Vcc (H) o a Tierra(L), segn corresponda al tipo de display que ests usando.Decodificador BCD a 7 segmentos usado: 74X47: ____ 74X48: ______Display de 7 segmentos usado: nodo comn: ___ Ctodo comn: ___

Segmentos OK: a: ___ b: ___ c: ___ d: ___ e: ___ f: ___ g: ___ pd:___.

2.- Una vez que se ha comprobado que el display funcionacorrectamente, esto es, que los 7 segmentos se iluminan, vamos aconectar ahora el decodificador 74LS47 / 74LS48. Para esto, debesrealizar las siguientes conexiones en el circuito integrado:

i) Pin 8 a Tierra: OK ___ii) Pin 16 a Vcc: OK ___iii) Pines 3, 4 y 5 a Vcc: OK ___

Ahora conecta las 7 salidas del decodificador a sus correspondientesresistencias conectadas al display de 7 segmentos:

i) Salida del segmento a conectado al display: OK ___ii) Salida del segmento b conectado al display: OK ___iii) Salida del segmento c conectado al display: OK ___iv) Salida del segmento d conectado al display: OK ___v) Salida del segmento e conectado al display: OK ___vi) Salida del segmento f conectado al display: OK ___vii) Salida del segmento g conectado al display: OK ___

3.- Por ltimo, determina la salida del display para cada una de las 16posibles combinaciones de 4 bits. Nota que aunque se trata de undecodificador que acepta entradas BCD, tambin presenta salidas paralas combinaciones de entradas correspondientes a los minitrminos 10a 15, que no son cdigos BCD vlidos.

Entrada: 0000Despliegue:





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4.- Comentarios y conclusiones:


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3 CAP

IT

UL

O

RECTIFICADORES DE

MEDIA ONDA Y ONDA

COMPLETA

Con base a la caracterstica que tienen los diodos depermitir el paso de la corriente en un solo, se obtienela conversin de corriente alterna en continua o DC, aeste procedimiento se denomina rectificacin.

En los circuitos rectificadores diseados con diodos, sufuncionamiento es muy sencillo, este solo deja pasar ala carga el semiciclo positivo, de la onda senoidal deentrada recibida del transformador, osea media ondade dicha seal.

3.1. INTRODUCCIN


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3.2.1. Rectificador de media onda

En el presente circuito de la figura 3.1., el ms sencillo de losrectificadores de media onda, que permite la circulacin de la corrienteen el sentido nodo ctodo, en el momento de conduccin del diodo

D1, permitiendo que esta llegue a la carga (representada por R1),este constituye el ms sencillo de todos y generalmente se usa slopara aplicaciones de baja corriente o de alta frecuencia.

Figura 3.1.Circuito rectificador de media onda

Se puede obtener de un recorrido de Kirchhoff en la malla de salidao secundario del transformador, donde intervienen la tensin VS(voltaje del secundario), tensin en los terminales del diodo D1 (VD1 otensin de conduccin del diodo) y VR1 (cada de tensin en la carga):

VS-VD1-VR1=0 y VR1=ID.R1 por ley de ohm

De estas dos ecuaciones se obtiene las siguientes ecuaciones:VR1=VS-VD1 (Ec. 1) y la corriente en el momento de conduccin esigual a:

ID=

(Ec. 2)

Esta ecuaciones son vlidas para el semiciclo positivo de la seal deentrada en el secundario VS cuando el diodo esta en polarizacindirecta o en conduccin, para el caso en que VS es negativa el diodo

Circuitos Rectificadores3.2.


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D1 est en corte y la corriente ID=0, en este caso VR1=ID.R1=0.R1=0V

Aqu se ha puesto la resistencia R1 para simular la carga del

circuito. Veamos a continuacin las grficas que se mostraran simidiramos con unosciloscopio en los puntos 1 y 2.

Figura 3.2.Grafica punto 1, salida del transformador y punto 2 graficaen la carga, despus del proceso de rectificacin.

En la grfica del punto 1 vamos a poder ver la onda sinusoidalcaracterstica de la tensin alterna. En el punto 2 se observa como eldiodo va a conducir solamente cuando el voltaje de salida del

transformador es positivo (que es cuando la tensin del nodo sermayor que la del ctodo), mientras que en caso contrario, no conduciry la tensin resultante ser de 0 voltios.

Ejemplo 1: Se tiene un circuito de rectificacin de media onda,mostrado en la figura a continuacin y se desea realizar el anlisis ylos clculos para compararlos con la simulacin.

Figura 3.3.Simulacin del rectificador de media Onda del circuito delejemplo.
http://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/estadi/estadi.shtml#METODOShttp://www.monografias.com/trabajos/osciloscopio/osciloscopio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/osciloscopio/osciloscopio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/estadi/estadi.shtml#METODOShttp://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtml


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Datos:VS=8VVD=0,9VR=1K

Desarrollo:Para VS>0El diodo D1 esta polarizado endirecto, permitiendo el paso de

corriente de nodo a ctodo:Recorriendo la malla del secundariose tiene:VS-VD1-VR1=0VR1=ID.R1 y ID=

Para VS0

ID=

= 7,1mA

VR1=8V-0,9V=7,1V

3.3. Rectificador de onda completa con derivacin central

Este diseo, si lo comparamos con el de onda completa de puentede diodos, podemos decir que disipa menos potencia, necesita menosespacio y es ms econmico. Todo esto se debe a que solamente haceuso de dos diodos, presentando as, menos impedancia.

Figura 3.4.Rectificador de onda completa con dos diodos.

Como se puede observar en el esquema anterior, este diseonecesita de un transformador con conexin suplementaria en la mitaddel enrollado secundario. La forma de la onda generada en el punto 3es igual a la que se obtiene en un rectificador de puente de diodos. Lasseales de tipo alterna sinusoidal tomadas en los puntos 1 y 2presentan las formas siguientes:

Figura 3.5.Grafica en los terminales 1 y 2 del transformador
http://www.monografias.com/trabajos36/signos-simbolos/signos-simbolos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos36/signos-simbolos/signos-simbolos.shtml


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Debido al desfasaje de las tensiones en los puntos 1 y 2 nuncaambos diodos podrn conducir a la vez. Cuando la tensin en 1 seapositiva (en 2 es negativa) habr mayor tensin en el nodo de D1 queen su ctodo provocando que este diodo conduzca. Por el contrario,

cuando la tensin en 2 sea positiva (en 1 es negativa) ocurrir lomismo con el diodo D2. En este modelo de rectificador solamente va aconducir un diodo cada vez.

3.4. Rectificador de onda completa con puente de rectificacincon 4 diodos

Es este el ms utilizado y su esquema electrnico es el siguiente:

Figura 3.6.Rectificador de onda completa con puente de 4 diodos ygrafica en el punto 1 en la carga.

Se puede apreciar cmo se combinan los cuatro diodos para

obtener una tensin de salida, aunque todava no va a ser estable. Enla misma imagen se puede ver la onda de salida que se produce en elpunto 1.

Cuando la entrada de corriente alterna que entra al rectificador espositiva, los diodos D2 y D3 conducen provocando que el rizado de laonda de salida sea igual a la de la entrada. En el caso contrario,cuando la tensin de entrada es negativa, conducen D1 y D4, de estaforma se invierte la tensin de entrada y provoca que el rizado de laonda sea igual a la forma anterior y vuelva a ser positiva

Ecuaciones del puente rectificador de onda completa

Para VS>0 conduce D3 y D2 y la ecuacin que representa el recorridoes:

VS-VD3-VD2-VR1=0 y la corriente es igual a ID

Para VS


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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA EXPERIMENTAL LIBERTADOR

INSTITUTO PEDAGOGICO DE BARQUISIMETO

LUIS BELTRAN PRIETO FIGUEROA

PROGRAMA DE ELECTRNICA INDUSTRIAL

Prctica No. 3: Rectificacinde Onda Completa.

Diseada Por: Ing. Juan Quintana

Objetivo: Verificar el funcionamiento del rectificador de Ondacompleta con puente de diodos, y comprobar los valores tericosVs los Valores Simulados.

Documentacin Terica

Puente Rectificador de doble onda

En este caso se emplean cuatro diodos con la disposicin de la

figura. Al igual que antes, slo son posibles dos estados deconduccin, o bien los diodos 1 y 3 estn en directa y conducen(tensin positiva) o por el contrario son los diodos 2 y 4 los quese encuentran en inversa y conducen (tensin negativa).

A diferencia del caso anterior, ahora la tensin mxima de salidaes la del secundario del transformador (el doble de la del casoanterior), la misma que han de soportar los diodos en inversa, aligual que en el rectificador con dos diodos. Esta es laconfiguracin usualmente empleada para la obtencin de onda

continua.
http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Puente_de_diodos.png


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Tensin rectificada.

Vo = Vi = Vs/2 en el rectificador con dos diodos.Vo = Vi = Vs en el rectificador con puente de Graetz.

Si consideramos la cada de tensin tpica en los diodos enconduccin, aproximadamente 0,6V; tendremos que para el casodel rectificador de doble onda la Vo = Vi - 1,2V.

Figura 1.

D41N4007

D3

1N4007

60 Hz

V1-10/10V

D21N4007

D11N4007

R11k
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/37/Tensi%C3%B3n_rectificada_onda_completa.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Curva_transferencia_rectificador_onda_completa.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Tensi%C3%B3n_sinusoidal.pnghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/37/Tensi%C3%B3n_rectificada_onda_completa.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Curva_transferencia_rectificador_onda_completa.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Tensi%C3%B3n_sinusoidal.pnghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/37/Tensi%C3%B3n_rectificada_onda_completa.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Curva_transferencia_rectificador_onda_completa.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Tensi%C3%B3n_sinusoidal.pnghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/37/Tensi%C3%B3n_rectificada_onda_completa.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Curva_transferencia_rectificador_onda_completa.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Tensi%C3%B3n_sinusoidal.png


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Actividad de Laboratorio:

1. Realice el montaje como lo indica la figura 1, para un voltaje Vp-p= 15V, f=100Hz.

2. Monitorear por el Canal 1 del Osciloscopio la Seal alterna deentrada V1 y por el canal 2, la seal VR1.

3. Realizar los clculos tericos y comparar con los Medidos en laPrctica.

4.

Calcular el Valor de la Corriente ID1 para el momento en que eldiodo entra en conduccin.

5. Con ayuda del simulador CircuitMaker, realizar las graficas de Vi,

VR1 e ID1.Responda segn la experiencia del laboratorio las siguientesinterrogantes:

1.- Defina que entiende por Rectificador de Onda Completa?

2.- Cual es la principal aplicacin de un Rectificador de Ondacompleta?

3.- concluya en funcin a los resultados obtenidos y compare el

mismo con los de la hoja de especificaciones.4.- Realice un informe que contenga, portada, reglas monogrficasUPEL, Clculos tericos, Simulados y las graficas de Vi, VR1 e ID1para el rectificador de Media Onda positiva y Negativa,Introduccin, conclusiones.


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Datashep del Diodo 1N4007

Y

Manual de Circuitmaker


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CIRCUITMAKER 2000

Manual Bsico

V 1.0

Autor: Juan Quintana

sta es una gua bsica para los usuarios que no tienen ningn conocimiento sobre la

utilizacin del software CircuitMaker 2000.

Despus de haber instalado el CircuitMaker 2000, se recomienda seguir los siguientes

pasos para la implementacin (dibujar el esquemtico) y simulacin de un circuito

cualquiera. Como ejemplo vamos a implementar un circuito que nos simule la carga y

descarga de un condensador.

1. Hacemos clic en el icono . Debe aparecer la siguiente pantalla.Figura 1.

Figura 1.

rea de Traba o


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En la parte izquierda de la figura 1, hacemos clic en y luego en ,

por ltimo hacemos clic en , nos debe aparecer la siguiente pantalla. Figura 2.

Figura 2.

2. Hacemos clic en , nos desplazamos con el Mouse a la derecha al rea detrabajo y damos clic izquierdo. Debe aparecer la siguiente pantalla. Figura 3.

Figura 3.


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3. Para ingresar un segundo elemento, vamos a la parte izquierda de la figura, hacemosclic en y luego en . Luego hacemos clic en y nosdesplazamos con el Mouse a la derecha al rea de trabajo, antes de dar clic parapegar el elemento, debemos rotar el elemento 90 grados, esto lo hacemos con

Ctrl+Ry ahora si damos clic izquierdo en el Mouse en la posicin donde queremosque quede ubicado el elemento, en este caso el capacitor. Debe aparecer lasiguiente pantalla. Figura 4.

Figura 4.

4. Para ingresar un nuevo elemento, nos ubicamos de nuevo en la parte izquierda de la

figura, hacemos clic en y luego en . Nuevamentehacemos clic en y nos desplazamos con el Mouse a la derecha al rea detrabajo y damos clic izquierdo en el Mouse en la posicin donde queremos quequede ubicado el elemento, en este caso el generador. Debe aparecer la siguientepantalla. Figura 5.


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Figura 5.

5. Luego ingresamos un nuevo elemento, nos ubicamos en la parte izquierda de lafigura y hacemos clic en y luego en . Nuevamente hacemos clicen , nos desplazamos con el Mouse a la derecha al rea de trabajo y damosclic izquierdo en el Mouse en la posicin donde queremos que quede ubicado elelemento, en este caso el smbolo de tierra. Debe aparecer la siguiente pantalla.Figura 6.


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Figura 6.

6. En este punto del circuito ya tenemos todos los elementos, lo que sigue es unirlos(alambrarlos). Esto lo haremos de la siguiente forma.

Vamos a la parte superior de la figura y damos clic en el icono , el

smbolo del Mouse cambia a una cruz (+), en este momento podemos empezar a

unir todos los elementos del circuito, esto lo hacemos dando clic en la terminal de

cada elemento y desplazndonos a la terminal del elemento que queremos unirdando clic nuevamente, como se muestra en la figura 7.


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Figura 7.

7. Ya hemos terminado lo relacionado con el circuito (esquemtico), lo que sigue esasignar los parmetros y los valores a los elementos que lo requieran para susimulacin.

8. La resistencia R1 y el condensador C1 los dejamos con los valores por defecto 1K y

1uF respectivamente, al generador V1 le modificamos los parmetros como sigue,vamos a la parte superior de la figura 1 y damos clic en el icono

, luego nos paramos encima del generador V1 y damos doble clic, debeaparecer una pantalla como se muestra en la figura 8.


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Figura 8.

9. Damos clic en el icono y aparece la siguiente pantalla. Figura 9.


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Figura 9.

10. Damos clic en el icono y aparece la siguiente pantalla. Figura 10.


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Figura 10.

11.En ste paso es donde asignamos los valores requeridos a los elementos del circuito.

Por ejemplo a -Initial Amplitude:- le asignamos 0v, a Pulse Amplitude:- le

asignamos 10v, a Period(=1/freq):- le asignamos 10ms, a Pulse Widh:- le

asignamos 5ms, aRise Time:-,Fall Time:-y los dems parmetros les dejamos los

valores por defecto, por ltimo damos clic en y debe aparecer una pantallacomo la figura 11.


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Figura 11.

12.En este punto hemos terminado todo lo relacionado con el diseo del circuito comoes; dar valores a los diferentes elementos (R1=1k, C1=1uF) y dar los parmetrosnecesarios al generador (V1), lo que sigue es ajustar los parmetros de simulacindel CircuitMaker, esto lo hacemos de la siguiente forma.

13.En la parte superior de la figura 1, damos clic en el icono y nosaseguramos que se encuentre habilitada la casilla Analog Mode, luego damos clic eny nos debe aparecer la siguiente pantalla. Figura 12.


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Figura 12.

14.Deshabilitamos la casilla Always set defaults for transient and OP analicesy damosclic en el icono , se despliega la siguiente pantalla. Figura 13.


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Figura 13.

15. En el men -Transient and Fourier Analyses Setup- en la casilla Stop Time- leasignamos 20ms que es el doble del tiempo asignado a la fuente (V1) del circuito queestamos analizando, la razn es que queremos visualizar por lo menos dos perodoscompletos de la seal, a las dems casillas les dejamos los datos por defecto. Esimportante anotar que el tiempo asignado en la casilla Stop Time-no debe ser inferioral tiempo asignado a la fuente (V1) en la casilla -Period(=1/freq):-del menEdit Pulse

Data-. Ahora tenemos todo listo para empezar la simulacin, solo falta indicarle alsimulador los puntos donde queremos ver las grficas, esto lo hacemos de la siguiente

forma: Vamos a la parte superior de la figura 1 y en el icono damosclic, nos posicionamos en el punto(s) donde queremos ver la simulacin y damos clic,

aparece el siguiente smbolo , si queremos ver otra u otras simulaciones en lamisma pantalla, basta con posicionarnos en el punto donde queremos ver las grficas y

damos Shift+clic izquierdo, aparecen los siguientes smbolos , , etc.,.Damos clic en el icono y clic en el icono o pulsamos la tecla F10y

debe aparecer la siguiente pantalla. Figura 14.


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Figura 14.

manual de lectronica básica definitivo juan quintana

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