LABORATORIO N° 5 Diseño de Fuente DC Regulada con Diodo Zener
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Luciana Chen 9-743-872
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Resumen En esta ocasión utilizamos el diodo zener como un regulador de voltaje. Con lo cual esta experiencia tiene como objetivo principal estudiar la interacción del diodo zener y una carga. Se utilizará un transformador para ir de un voltaje de 120 V a 24 V con lo cual se usara un puente rectificador de diodo para transformar esa señal de forma continua. De tal manera que el capacitor nos permitirá mantener el voltaje fijo a una corriente directa, y al usar un diodo zener en paralelo con una carga y ver su funcionamiento. Descriptores: Zener, regulación de voltaje, Fuente.
Introducción El diodo zener en esta aplicación tiene como objetivo principal regular el voltaje que se establece a través de los terminales los cuales se ven en el circuito propuesto. De tal manera que la aplicación de este elemento dentro de los circuitos es de suma importancia motivo por el cual se verá en funcionamiento en las páginas posteriores.
Materiales
Osciloscopio Multímetro 1 Puente de diodos Plantilla de prueba Cables de conexión 1 capacitor de 25uF, 25 V 1 transformador 120V/24V, 60Hz 1ª Resistencia de 200 Ω
Para el diseño
1C 1 Diodo Zener 1 Resistencia
Circuito del proyecto
I Parte. Fuente de voltaje regulada a) Arme la red a la izquierda de los puntos a y b. b) Conecte la sonda del osciloscopio entre a y b mida el voltaje de cresta Vop. V: 35.50 V c) Conecte un capacitor de 25uf y V=25v a la derecha de los puntos a y b y observe la forma de onda en el osciloscopio. Mida el voltaje entre a y b con con un voltímetro DC y con el osciloscopio.
II Parte. Fuente de voltaje regulada con Zéner a)
Diseñar el circuito mostrado a la derecha de los puntos entre a y b para una carga de 200Ω (excluya el Zéner, la resistencia limitadora R1 y el capacitor de 25uf).
b) Calcular la potencia que disipa la resistencia de carga. PR1= V2 /R1 PR1=(23.53)2/200 PR1=2.77 W c)
Diseñar C para un voltaje de rizo Vr ≤ 1 volt. Vp(rectificado) = Vp(sec) - 1.4 V = 24.0 V - 1.4 V = 22.6 V Vr(pp)=(1/ fR1C)VP(Rectificado) C= VP(Rectificado)/fR1 Vr(pp) C= 22.6V/ (120Hz)(200Ω)(1V) C= 942 uF
d) Una vez terminado su diseño preséntelo al instructor de laboratorio para su aprobación y luego arme su circuito en una plantilla de prueba. e)
Mida con osciloscopio los parámetros más importantes del circuito
III. Parte. Fuente de voltaje regulada con Zéner y resistencia limitadora a) Diseñar el circuito a la derecha de los puntos entre a y b esta vez, incluyendo la resistencia limitadora R1 el diodo Zéner. b) Escoge Iz máx. de operación para el diseño igual al 80% de la corriente máxima del Zéner especificada por el fabricante. Se utilizó un diodo zener 1N4739A el cual tiene un Iz máx de 109.9mA Al 80% de este valor obtenemos: 87.92mA El diodo zener al estar en paralelo con la carga entonces deducimos el valor de la corriente:
IR2= VR2/R2=9.1/200= 45.5mA
c) Diseñe R1. Itotal: 133.43 mA Vcapacitor: 31.727V
Vzener:9.1 V
R1=(31.727-9.1)/133.43ma
R1=169.5Ω =170Ω
d) Escoge el valor comercial para C1 y R1, una vez obtenido los valores de diseño. R1: 170 Ω
C1: 941uF
Importante: Una vez que usted haya completado su diseño proceda a armar el circuito en la plantilla de prueba previa aprobación del instructor del laboratorio. 1. Realiza las siguientes mediciones sin conectar el Zéner y R1. a. Mide Vo con lo carga nominal y en vacío. Vo con carga: 31.727 V b. Mide Vr con el osciloscopio Vr: 1.873 V
Vo en vacío: 33.6 V
2. Conecta al circuito el Diodo Zéner y R1. a. Haga una estimación de a qué valor de corriente de carga el Zéner deja de regular. Si las especificaciones del fabricante no se cumple el diodo entrara en ruptura, por ende al rebasar el valor máximo de corriente en que este dispositivo funcione, el mismo actuará de manera incorrecta. O sea por encima de 109.9mA. b. Mida Vo con la carga nominal y en vacío. En Vacío: 9.14 V Con Carga: 9.13V Varíe la resistencia de carga y complete la siguiente tabla. RL= 170Ω RL(Ω) V0
0.5RL 22.198
0.8RL 22.561
RL 22.691
2RL 22.984
3RL 23.174
Conclusiones
A través de esta experiencia vemos la importancia del zener, por ende podemos concluir que puede ser utilizado como un regulador de voltaje. Se demostró el efecto que hay al variar la resistencia de carga ante las condiciones nominales. Estas estimaciones se hicieron con el uso de un voltaje de rizo inicia menor a 1
Bibliografía
SEDRA, ADEL S. & SMITH, KENNETH C. 1999. “Circuitos Microelectrónicos” Cuarta Edición. McGraw & Hill. Pág. 174-184.
