Download ejercicios diodos - IES Pare Arques de Cocentaina

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REGULADOR DE TENSIÓN CON LIMITACIÓN A 0,2A
La mayoría de los polímetros digitales baratos tienen una escala de corriente continua de 200mA,
bastante adecuada para muchas de las medidas que se pueden hacer en clase sobre circuitos electrónicos
sencillos. El aparato lleva un fusible de 200mA que se funde con mucha facilidad ante una conexión incorrecta
sobre el circuito a probar.
Para evitarlo he diseñado un pequeño regulador que me permita trabajar con una pila de petaca de 4,5V
o un portapilas de 6V (4R6) sin el riesgo de fundir el fusible del polímetro. Lógicamente se busca la menor caída
de tensión interna posible y unos componentes muy baratos y corrientes aunque la estabilización de la tensión de
salida no sea excesiva (en cualquier caso es mejor que la de la propia pila).
El circuito proporciona una tensión estabilizada de 3,2V aproximadamente, a partir de un diodo LED
rojo que actúa como referencia de tensión y también como indicador luminoso de encendido. Probando con otros
LED tendremos tensiones de salida ligeramente distintas.
Se pueden alimentar circuitos electrónicos que funcionen a 3V o lamparitas de bajo consumo. Unas
lamparitas muy baratas se pueden obtener de los adornos de Navidad, concretamente de las tiras de 100
bombillas, que consumen unos 100mA
Si se coloca un transistor de germanio (T3) como sensor de la corriente de salida, tal como se ve en
esquema, el circuito funciona correctamente desde una tensión de entrada de unos 3,5V aproximadamente. Si no
se puede conseguir un transistor de germanio, se puede colocar un transistor de silicio (BC557 por ejemplo) pero
requiere una tensión base-emisor mayor y la tensión de entrada debe ser al menos de 4V.
Cuando se trabaja a 6V conviene colocar un pequeño radiador al transistor T4, que en caso de
cortocircuito disipa un poco más de 1W. Basta un pequeño trozo de aluminio en forma de U.
El circuito impreso se ha diseñado muy compacto para poder colocar el montaje en un pequeño trozo de
tubo de plástico o incluso dentro de un rotulador fluorescente gastado. Para realizarlo se ha usado
WinCircuit2002, un programa muy simple para realizar circuitos impresos que se puede descargar desde
http://www.kagi.com/alain.michel El archivo con extensión "CI" que se adjunta se puede abrir con él e imprimir
las pistas, la serigrafía o lo que se deseé.
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Se adjunta también el archivo correspondiente a la simulación con crocodile clips V3, aunque ese
programa presupone que todos los transistores son de silicio, por lo que R3 debe de ser de 3,3 ohmios para
mantener la limitación de corriente a 200mA (aprox.). La tensión de entrada mínima en ese caso debe de ser de
4V. La simulación no es idéntica pero sí razonablemente parecida al comportamiento real del prototipo
realizado.
¡Si la limitación de corriente no es justo a 200 ma, habrá que modificar experimentalmente el valor de r3!
EJERCICIOS RESUELTOS.
1.- Dados los siguientes circuitos, calcular la c.d.t. en cada componente, considerando a los diodos de silicio,
mediante la segunda aproximación.
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.- En el primer caso, el diodo D, estaría polarizado inversamente, con lo que la intensidad que circularía por el, y por
lo tanto por el circuito, seria cero, con lo que el voltaje en R valdría cero, siendo VD=Vcc=30v
.- En el segundo caso, los tres diodos D1, D2, y D3 están polarizados directamente, por lo que según el modelo de la
segunda aproximación se pueden sustituir por una c.d.t. de 0,7v (silicio).
Para calcular el voltaje en la resistencia:
V R = V - V D 1 - V D 2 - V D 3 = 30 - 0,7 - 0,7 - 0,7 = 27,9v
Para calcular la intensidad por el circuito tendremos:
IR=
V R 27,9
=
= 2,79A
R
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2.- Con ayuda de la siguiente gráfica de un diodo de silicio, determinar el punto Q y la c.d.t. en la resistencia
en el circuito:
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Gráfica de un diodo de silicio.
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Como se ve en el anterior circuito, el diodo esta polarizado directamente, y necesitamos para determinar el
punto Q, trazar la recta de carga, que viene determinada por el valor de los componentes del circuito, es decir R y
Vcc.
Los puntos de corte con los ejes serán:
Para el corte con el eje vertical, el voltaje es cero, y la intensidad:
I corte eje X =
4
V cc
=
= 1,2A
R 3,33
Para el corte con el eje horizontal, la intensidad es cero y el voltaje:
V corteeje Y = V cc = 4v
Una vez trazada la recta que une esos dos puntos, (recta de carga), el punto de intersección con la curva
característica, nos determina un punto (Q), de coordenadas:
IDQ = 1A
VDQ = 0,75V
La c.d.t. en la resistencia será:
VR = R I = 3,33 1 = 3,33V
3.- Si la radiación luminosa que incide sobre el fotodiodo de la figura, varia entre 100 y 100 Lux, calcular la
variación de la c.d.t. en la resistencia, sabiendo que la sensibilidad del fotodiodo es de 0,2 μA/Lux.
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En primer lugar, calculamos la intensidad cuando la radiación luminosa es mínima, multiplicando por esta
la sensibilidad:
I1 = 0,2 100 = 20 μA
Cuando sea máxima:
I2 = 0,2 1000 = 200 μA
Con lo que los voltajes mínimo y máximo en la resistencia serán:
VRmin = I1 R = 20 10-6 20 103 = 4 10-1 = 0,4 V
VRmax = I2 R = 200 10-6 20 103 = 4 V
4.- Calcular la resistencia necesaria para limitar la intensidad por un diodo L.E.D. a 20 mA, alimentándolo
con una batería de 12v, sabiendo que la c.d.t. en el diodo adecuada es de 2v.
Como en el diodo deben caer 2v, en la resistencia deberá caer el resto, y teniendo en cuenta que la
intensidad tiene que valer 20 mA, tendríamos:
R = VR/I = (V - VD)/I = (12 - 2)/20 = 10/20 = 0,5 KΩ = 500 Ω
EJERCICIOS PROPUESTOS.
1.- Con los datos del siguiente circuito, calcular el valor de la Intensidad I, así como la c.d.t. en la resistencia R,
y el voltaje del generador Vcc.
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2.- En un circuito serie formado por un generador de 5v, una resistencia y un diodo polarizado directamente,
calcular con ayuda de la curva característica del diodo de silicio, la c.d.t. en la resistencia y en el diodo, en los
siguientes casos:
a.- Siendo la intensidad por el diodo de 750 mA.
b.- Siendo el voltaje en el diodo de 1 V.
c.- Siendo el valor de la resistencia de 3Ω.
3.- Dado el siguiente circuito, con ayuda de la curva característica del diodo de silicio, calcular el voltaje en
cada diodo, si por el diodo D1, pasan 400 mA.
4.- Diseñar un circuito recortador con diodos de unión y zener, de manera que conectado a un generador
alterno de 40v eficaces, no permita que a la salida de este recortador, se obtengan voltajes fuera del margen [15,7v a +15,7v].
5.- Diseñar un circuito que me permita conectar un diodo L.E.D. a la red de 220v.