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Práctica 1– Grupo 02 – 10 de Septiembre de 2013 – periodo 2013/02.
Informe de la Práctica 1: Diodo Zener y BJT
Informe: 4.8 (60%)
Práctica: 4.0 (40%)
Nota: 4.5
Edy Catalina Sánchez López.
Laboratorio Electrónica Análoga II, Escuela de Mecatrónica, Facultad de Minas
Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín
Resumen – Con ésta práctica se pretende realizar un análisis de las características de los diodos de unión
bipolar (BJT), utilizando el diseño teórico para realizar las simulaciones en Pspice y luego validando estos
datos con el montaje del mismo circuito en el laboratorio, también se implementará una fuente DC regulada
(por medio de un diodo Zener) a partir de la rectificación de una señal AC. También se pretende analizar las
curvas de salida de un transistor y su zona de funcionamiento.
Palabras Clave – Diodo, Rectificación, Regulación, Transistor, Unión Bipolar, Zener.
Abstract –With this practice, it is looking for an analysis of
the characteristics of bipolar junction diodes (BJT), using the
theoretical design for Pspice simulations and then validating
those data with same circuit assembly in laboratory, also was
implemented a regulated DC source (with a Zener diode) from
rectification of an AC signal. It further analyzes the output
curves of a transistor and its operation area.
Index Terms – Bipolar
Regulation, Transistor, Zener.
Union,
Diode,
Rectification,
I. INTRODUCIÓN
Un diodo es un componente electrónico de dos terminales
que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de
él en un solo sentido. De forma simplificada, la curva
característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por
debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un
circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un
circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña.
Debido
a
este
comportamiento,
se
les
suele
denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de
suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso
inicial para convertir una corriente alterna en corriente
continua.
El análisis de una unión p-n o n-p en un diodo se utiliza
también para analizar el transistor bipolar, ya que en este hay
uniones pnp o npn. Se puede hacer un análisis exacto con la
ecuación de shockely. Un análisis con modelos lineales
asumiendo estados de los diodos, o un análisis por la recta de
carga, a veces la da el fabricante, pero se puede obtener por
toma de datos en el laboratorio. En este laboratorio se
encontraran las curvas características de la salida de un
circuito con transistor bipolar.
El diodo Zener es la parte esencial de los reguladores de
tensión casi constantes con independencia de que se presenten
grandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de
carga y temperatura
Si a un diodo Zener se le aplica una corriente
eléctrica del ánodo al cátodo (polarización directa) toma las
características de undiodo rectificador básico, pero si se le
suministra corriente eléctrica de cátodo a ánodo (polarización
inversa), el diodo solo dejara pasar una tensión constante.
II. DESARROLLO
A. ProcedimientoTeórico
Inicialmente en la práctica se solicitó realizar las curvas de
salida características para un transistor, el escogido fue el
2N2222. Su gráfico en el simulador Pspice para validar las
curvas es como la figura 1.
Gráfica 1. Circuito para simular las curvas del 2N2222
Con este gráfico se procede a realizar la simulación en el
aplicativo realizando una manipulación de los datos en el
setup analysis.
En la segunda parte de la práctica se requiere realizar el
diseño de una fuente regulada por diodo Zener, para este
análisis se tienen los circuitos:
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(9)
(10)
Se obtienen entonces los siguientes valores:
Rs
71,03Ω
IZmax
73,5mA
VZO
6,670V
VSmax
12,02
VSmin
11,42
ILmax
65,87mA
RL
95,64Ω
C
3494,512uF
IPd
3,4A
Gráfica 2. Fuente DC regulada por Zener.
Tabla 2: valores de los dispositivos, corrientes y voltajes.
Gráfica 3. Fuente DC no regulada.
Realizando los cálculos teóricos de los valores se obtiene:
Se asume voltaje pico de la salida del transformador de:
(1)
√
Para escoger el Zener se suman los 2 últimos dígitos de la
cédula (061 = 7)
Zener con un valor de 6,3V, pero este valor se aproximó al
Zener de 6,8V el cual es el 1N4736:
VZ
IZT
ZZT
IZK
6,8V
37mA
3,5Ω
1mA
B. Simulación
Para realizar la simulación de las curvas del transistor de la
gráfica 1 se escogen en Pspice los siguientes atributos:
En analysis setup se seleccionan:
DC Sweep
Voltage source =
Name: Vbe
Linear
=
Star value:
0
End Value:
20
Increment:
20m
Parametric
Current source =
Name:
Ib
Linear
=
Star value:
0
End Value:
100u
Increment:
10u
Tabla 1: valores del Zener
El diodo a utilizar fue el 1N4007 cuya caída de voltaje es
0,7V.
El voltaje de rizado solicitado es del 5% del Vp con una
Imin = 0mA y P = 0,5 W.
Las siguientes ecuaciones son para obtener los valores de
los componentes:
Al momento de realizar la simulación del circuito anterior
se encontró lo siguiente:
1.
Curvas del transistor 2N2222:
(2)
(3)
(4)
Gráfica 4. Curvas en Pspice del 2N2222
(5)
(6)
(7)
(8)
Gráfica 5. Zonas de funcionamiento del 2N2222
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Para realizar la simulación de la fuente regulada por diodo
Zener y la que no es regulada se encuentra que el diodo Zener
no se encuentra en el programa, por lo tanto es necesario
realizar el diseño utilizando netlist:
*Descripción del Circuito
v1 1 0 sin 0 12.72 60
d1 1 2 D1n4007
c1 2 0 3494.512u
rs 2 3 71.03
d2 0 3 D1n4736
Rl 3 0 95.6
*Descripción de los modelos
.MODEL D1n4007 d
+IS=7.02767e-09 RS=0.0341512 N=1.80803 EG=1.05743
+XTI=5 BV=1000 IBV=5e-08 CJO=1e-11
+VJ=0.7 M=0.5 FC=0.5 TT=1e-07
+KF=0 AF=1
*Modelo D Zener
* 1N4736 6.8 Volt ñ5% 1W Zener diode
.model D1N4736 D(Is=1.327f Rs=1.306 Ikf=0 N=1 Xti=3
Eg=1.11 Cjo=125p M=.3144
+
Vj=.75 Fc=.5 Isr=2.575n Nr=2 Bv=6.8 Ibv=15
Nbv=.31009
+
Ibvl=149.2u Nbvl=.31028 Tbv1=485.29u)
*Descripcion tipo de analisis
.probe
.tran 16u 160m
.end
trazador de curvas LTC-905 el cual permite alterar la forma de
ver estas curvas utilizando sus botones Base Current/Gate
Current (mejor visualización en 20uA) y el Collector/Sweep
Voltaje (mejor visualización en 50V) con esto se pueden ver 7
curvas, ver gráfica 8. (se debe tener en cuenta que se
invirtieron los ejes en el osciloscopio para una mejor
visualización). En el eje X encontramos el VCE y en Y la VB,
este Voltaje del Y debemos transformarlo según la tabla, cada
curva tiene una separación de 20uA entre ellas.
III. RESULTADOS EXPERIMENTALES
Curvas del transistor:
Gráfica 8. Curvas del transistor vistas en el osciloscopio utilizando el trazador
de curvas
Las gráficas en el osciloscopio de la fuente regulada y sin
regular son:
Los gráficos obtenidos fueron:
1. Fuente con rectificacion Zener:
Gráfica 6. Fuente con rectificación Zener
2.
Fuente sin rectificacion Zener:
Gráfica 9. Rizado sin rectificación Zener y en CA de acoplamiento.
Gráfica 7. Fuente sin rectificación Zener
C. Montaje.
Al momento de realizar el montaje se debe tener en cuenta
que el osciloscopio no realiza las mediciones de corriente,
para visualizar las curvas del transistor se procede a utilizar el
Gráfica 10. Rizado sin rectificación Zener y en CC de acoplamiento.
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IV. COMPARACIÓN DE RESULTADOS Y ANÁLISIS DE ERROR
Para el transistor:
Si se quiere hallar un β para las curvas se debe tener en
cuenta que el trazador de curvas posee en su manual una
ecuación en su página 7:
(11)
La IC se encuentra de 0.1V/cm se transforma a corriente
1mA/cm, para el montaje son 2,2V/cm siendo 2,2mA/cm
IC = 2,2mA, IB = 20uA, HFE = 110
Este resultado muestra que se encuentra entre los rangos
según su hoja de especificaciones (de 100 a 150).
Para la fuente regulada y sin regular con Zener:
Al momento del montaje Rs tomo el valor de 68Ω debido a
que 71 no es comercial, RL de 100Ω y C de 3420uF
Se evidencia que sin Zener el voltaje de rizo esta en los 12
y 13V, lo cual es muy cercano a su simulación en Pspice
Para la simulación y montaje con Zener se puede observar
que la rectificación fija el voltaje, en el osciloscopio se ve un
valor de rectificado equivalente al 5% de rizado que se fijó
inicialmente.
V. CONCLUSIONES
 Se observa que para realizar las curvas del transistor es
necesario conocer el funcionamiento del trazador de
curvas e identificar cuantas curvas queremos graficar.
 Se analiza que cuando se realizan las trazas de curvas entre
más curvas se puedan visualizar mejor será el resultado al
momento de calcular el β = hFE y esto se logra cambiando
las escalas de los botones Base Current y Collector.
 Se concluye que cuando se realizan las simulaciones es
muy útil utilizar la opción texto identificando nodos y
dispositivos de forma correcta para que pueda funcionar
adecuadamente.
 Se encuentra que cuando se realiza el diseño del circuito se
debe calcular la potencia disipada por cada elemento con
el fin de no dañarlos y evitar inconvenientes en el
laboratorio.
 Se observa que aunque el osciloscopio no permite la
medición de corrientes, podemos adecuarlo a nuestras
necesidades conociendo diferentes formas de medición
para obtener los datos.
 Se concluye que se pueden presentar errores en las
mediciones debido a que los valores teóricos de los
elementos pueden no coincidir con los reales (se hace
necesario aproximarlos a un valor superior o inferior).
GRAFICOS, TABLAS Y ECUACIONES
A.








Gráficas.
Gráfica 1. Circuito para simular las curvas del 2N2222.
Gráfica 2. Fuente DC regulada por Zener.
Gráfica 3. Fuente DC no regulada.
Gráfica 4. Curvas en Pspice del 2N2222
Gráfica 5. Zonas de funcionamiento del 2N2222
Gráfica 6. Fuente con rectificación Zener
Gráfica 7. Fuente sin rectificación Zener
Gráfica 8. Curvas del transistor vistas en el osciloscopio
utilizando el trazador de curvas
 Gráfica 9. Rizado sin rectificación Zener y en CA de
acoplamiento.
 Gráfica 10. Rizado sin rectificación Zener y en CC de
acoplamiento
B. Tablas
 Tabla 1: valores del Zener
 Tabla 2: valores de los dispositivos, corrientes y
voltajes.
C. Ecuaciones.
(1)
Ecuación de Vp
(2)
Ecuación de Rs.
(3)
Ecuación de Potencia.
(4)
Ecuación de VZO.
(5)
Ecuación de Vsmax.
(6)
Ecuación de Vsmin.
(7)
Ecuación de ILmax.
(8)
Ecuación de RL.
(9)
Ecuación de C
(10)
Ecuación de IPd.
(11)
Ecuación de hFE
REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
[4]
Motorola. 2N2222 Datasheet, Transistor.
URL: http://alltransistors.com/es/transistor.php?transistor=1773
General Semiconductors. 1N4736 Datasheet, Zener Diodes.
URL:
http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/1/N/4/7/1N4736.shtml
Electrónica Fácil.
URL: http://www.electronicafacil.net/tutoriales/El-transistor.php
Ltc-905-Instruction-Manual. Leader Instruments Corporation
URL: http://es.scribd.com/doc/61743951/Ltc-905-Instruction-Manual
Edy Catalina Sánchez López: 43272061, grupo 2, Ingeniería
de control.