Este documento presenta los resultados de un laboratorio sobre características y aplicaciones del diodo. Se analizan circuitos rectificadores de media onda y onda completa, midiendo parámetros como tensión continua, tensión alterna y rendimiento. También se estudia el efecto de una carga inductiva, midiendo ángulos de fase y tiempo de conducción del diodo. Los resultados muestran que el rectificador de onda completa ofrece mayor tensión continua y mejor rendimiento, mientras que el de media onda tiene mayor tensión de pico en la carga.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLÓGICA DE LIMA SUR
UNTELS
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y
TELECOMUNICACIONES
LABORATORIO DE
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL
TEMA:
CARACTERÍSTICAS DEL DIODO. CIRCUITOS DE APLICACIÓN.
DOCENTE : Ing. Velásquez Cabanillas Héctor Felipe
CICLO : IX
LIMA, 17 DE MAYO DE 2017

2. Docente: Ing. Velásquez Cabanillas Héctor Página 1
1. Materiales
 05 Diodos 1N4004
 02 Resistores 2.2KΩ
 01 Resistor 100Ω
 01 Bobina 10mHr
 01 Bobina 4.7mHr
 01 Capacitor 470nF
2. Características dinámicas
Monte el circuito de la figura 1. Antes mida con el multímetro el valor exacto de la resistencia y
anótelo R1= 2.2KΩ. Ver figura a1.
Fig. a1. Valor de resistencia medido con el multímetro.
En el generador de señales fije una señal cuadrada de ± 10V y 10kHz. Ver figura a2.
Fig. 1. Circuito rectificador de media onda.

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Fig. a2. Señal de entrada: Vpk=9.6 V ; f=8.95kHz
Visualice la tensión en la carga y determine los siguientes parámetros:
Escala por división de tiempo: 25 useg.
Escala por división de voltios: 5 V.
Fig. a3. Señal de tensión en la carga.

El ta se debe al almacenamiento de cargas en la región de agotamiento de la unión, y representa el
tiempo desde el cruce con cero hasta el pico en sentido de corriente en sentido inverso Irr.
El tb es el tiempo entre el pico máximo de corriente en sentido inverso y la corriente en sentido
inverso cuando llega el 25% de su valor máximo (o pico), Irr.

4. Docente: Ing. Velásquez Cabanillas Héctor Página 3
Fig. a4. Curva de corriente vs tiempo en el diodo.
Como indica la figura a4, necesitamos los niveles de corriente en función del tiempo.
Sin embargo el osciloscopio nos brinda una señal de voltaje en función del tiempo, pero esto no es
problema debido a que tanto la tensión y la corriente en una resistencia se encuentran en fase.
Además aplicando la ley de ohm podemos determinar los niveles de corriente.
Siendo el nivel de tensión pico máximo negativo de -9.5V según la figura a3.
El nivel de corriente de Irr se halla aplicando la ley de ohm.
Se considera ahora el tiempo que la señal pasa por el cruce de cero hasta llegar al nivel de Irr.
Según la figura a4, este tiempo es de: Ta= 5 useg.
Para hallar el tb se debe tomar el tiempo entre el valor pico máximo negativo (Irr) hasta el nivel del
25% del Irr. Según la figura a3, este tiempo es de: Tb=1 useg.
Por lo tanto

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
La figura a5 muestra la señal de tensión en la resistencia. Para nosotros poder determinar el nivel de
tensión umbral a la que el diodo trabaja, simplemente aplicaríamos la segunda ley de Kirchhoff.
Para ello restaríamos el nivel de tensión entregada por el generador y la caída de tensión en el
resistor, resultando así, el nivel de tensión que habría sobre el diodo.
Fig. a5. Tensión en la resistencia.

Según la figura a3, el nivel de tensión pico máximo negativo es de -9.5V, por lo tanto el nivel de
corriente de Irr se halla aplicando la ley de ohm.

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Simulación del circuito
Usando el programa MULTISIM 11.0

Hallando el ta
El tiempo en que se da el pico máximo de corriente positiva (4.268 mA) es de 49.9478 uSeg el
tiempo en que se da el pico máximo de corriente negativa (-4.8219 mA) es de 50.1567 uSeg.
Con estos dos valores se puede determinar aproximadamente el tiempo de duración en la que la
corriente pasa del cruce de cero hasta la Irr.
( )
Por lo tanto:

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Hallando el tb
Sabemos que:
Por lo tanto el 25% de su valor será de:
Se debe buscar en que tiempo la corriente tiene el valor de -1.205 mA.
Como muestra la gráfica para un nivel de corriente de -1.26 mA (valor muy cercano a -1.205 mA)
el tiempo es de 56.2173 us.
Anteriormente se determinó que el tiempo en que se da el Irr es de 50.1567 us.
Con estos valores se puede hallar el valor de tb con una simple operación.
( )
Por lo tanto:
Obtenidos los valores de ta y tb solo falta determinar el valor de trr.

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
Considerando que la señal muestra distintos valores de tensión en el diodo se tomaran los 4 distintos
valores para luego obtener un valor promedio.
( )
El valor obtenido está dentro de los valores en los que se encuentra la tensión umbral de un diodo.
La tensión umbral es el valor de tensión en polarización directa a partir del cual un diodo
conduce. A partir de una tensión superior a la tensión umbral la intensidad que circula por el diodo
aumenta mucho con una ligera variación en el valor de la tensión de polarización. La Tensión
Umbral en polarización directa del diodo 1n4004 oscila entre 0.6 y 0.8 V.

Pico máximo de corriente en sentido inverso.

9. Docente: Ing. Velásquez Cabanillas Héctor Página 8
Los valores obtenidos en la simulación son muy cercanos a los obtenidos durante la
experimentación, lo que indica que hemos realizado las mediciones con el multímetro y el
osciloscopio de manera correcta.
¿Hasta qué valor de frecuencia máxima estima que se puede usar este diodo para rectificar?
Este diodo se utiliza para la frecuencia máxima de 1Khz.
¿Por qué?
El tiempo de recuperación del diodo (Trr) es el que determina la frecuencia a la que puede trabajar.
El Trr es el tiempo en el que el diodo tarda en conmutar del estado de corte al estado de conducción.
El Trr del diodo 1n4004 es de 25 us por lo tanto, entra en la categoría de Diodo de Uso General
(Diodo para Bajas Frecuencias), el cual se usa para frecuencias máximas de 1KHz.
2. Aplicaciones
2.1. Rectificador con carga R
Vamos a comparar un rectificador de media onda con un rectificador de onda completa. Monte el
circuito de la figura 2a y 2b. Programe el generador de señales con una sinusoidal de 10Vp y 1kHz.
Visualice las cargas de cada rectificador.
Rectificador de media onda
Fig. 2a. Rectificadores de media onda

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Fig.b1. Forma de onda en la carga.
Determine los siguientes valores:
 ( )
Medición obtenida con el multímetro calibrado en la escala de Voltios DC.
 ( )
Medición obtenida con el multímetro calibrado en la escala de Voltios AC.

Aplicando la fórmula
( )
( )
( )
( )

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Rectificador de onda completa
Fig. 2b. Rectificadores de onda completa.
Fig.b2. Forma de onda en la carga.
 ( )
Medición obtenida con el multímetro calibrado en la escala de Voltios DC.
 ( )
Medición obtenida con el multímetro calibrado en la escala de Voltios AC.

Aplicando la fórmula
( )
( )
( )
( )

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A la vista de los resultados
¿Cuál es la frecuencia fundamental de la tensión para el rectificador de onda completa?
La frecuencia del rectificador de onda completa es el doble de la frecuencia de la señal entrada. Esto
se da debido a que en la onda rectificada realiza un ciclo completo durante un medio ciclo de la
señal de entrada. Por lo tanto, el periodo de la señal rectificada es la mitad del periodo de la señal de
entrada, por consiguiente, la frecuencia de salida es el doble de la de entrada.
La frecuencia de la seña de entrada:

La frecuencia de onda rectificada:

Por lo que se demuestra que la frecuencia de salida es igual al doble de la frecuencia de entrada.
¿Qué rectificador ofrece más cantidad de continua?
El rectificador que ofrece más cantidad de continua es el Rectificador de Onda Completa.
Valores del Laboratorio:
 DC en el rectificador de Media Onda:
 DC en el rectificador de Onda Completa:
 Valores teóricos:
 DC en el rectificador de Media Onda:
El voltaje de salida obtenido en la resistencia de carga se mide con el multitester al que se
ha preparado para medir tensión continua, el tester dará ahora una medida de continua, a
este valor obtenido se le conoce como Valor promedio del voltaje de salida o Valor en
corriente directa de voltaje de salida del rectificador de onda media, matemáticamente su
valor es:

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 DC en el rectificador de Onda Completa:
Para esta forma de onda el valor medio de voltaje o el valor en voltaje de corriente directa,
es decir lo que se mide en la salida con un multitester cuando esté preparado para medir
corriente continua, se puede hallar matemáticamente de la siguiente forma:
( )
( )
¿Qué rectificador tiene mejor rendimiento de rectificación?
El rectificador de onda completa es el que ofrece un mejor rendimiento en potencia y permite
trabajar la señal alterna más fácil y rápida.
A diferencia de los otros rectificadores, este tiene la característica de entregar un tren de pulsos
continuamente, pero también eliminando la parte negativa de la onda sinodal.


¿Qué rectificador tiene mayor tensión de pico en la carga?
El rectificador que posee mayor tensión de pico en la carga es el Rectificador de Media Onda.
Tensión Pico en el rectificador de Media Onda:

Tensión Pico en el rectificador de Onda Completa:


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¿A qué cree que se debe la diferencia de tensión de pico en la carga?
 Tensión Pico en el rectificador de Media Onda:
En este caso se interpone un diodo en el camino de la tensión alterna, cuando el voltaje de
entrada se hace positivo y va aumentando en valor hasta llegar aproximadamente a 0,7V (ya
que para que el diodo se active, necesita que la tensión en el ánodo sea mayor en
aproximadamente 0.7V con respecto a la tensión del cátodo) el diodo conducirá la corriente
alterna, mientras la tensión alterna no se aproxime a los 0.7 V el diodo no conducirá, el
máximo valor que se mide en la salida, en este caso la tensión medida en la resistencia de
carga será (Vp-0.7)V, ya que del voltaje de entrada, el diodo consume 0.7 V para que
conduzca corriente una vez está polarizado en directa.
 Tensión Pico en el rectificador de Onda Completa:
Cuando la parte positiva de la tensión alterna ingresa al puente de diodos, D1 y D4 se
polarizarán en directa y cuando sobre cada uno de ellos caiga aproximadamente 0,7 V
ambos diodos se activarán y conducirán la corriente, mientras que para este caso D2 y D3
se polarizan en inversa por lo cual no se activan y no conducen corriente, entonces, la
tensión que caerá sobre la resistencia de carga será Vsalida=Vp-1,4, ya que sobre cada
diodo cae 0,7V.

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2.2. Rectificador de media onda con carga RL
Vamos a analizar el efecto de una carga altamente inductiva. Monte el circuito de la figura 3(a). El
generador de señales debe tener una sinusoidal de 10Vp y 2 kHz.
Conecte al canal uno del osciloscopio la tensión en la resistencia y al canal dos la tensión total en la
carga (R+L). Asegúrese de que las tierras de ambos canales están en la tierra común del circuito.
Fig. 3a. Efecto de una carga inductiva.
Fig.c1. Tensión en R+L y en R.
Según la figura c1, el canal uno del osciloscopio muestra la tensión en la resistencia (color amarillo)
y el canal dos muestra la tensión total en la carga R+L (color celeste).
Se aprecia que en la tensión de carga R+L existen picos de tensión negativa producidos por las
bobinas.

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A partir de las señales en el osciloscopio y mediciones con el multímetro determine los siguientes
parámetros:

Según la figura c1 podemos determinar que:
Ángulo de fase de R+L= VL 103.484°
Ángulo de fase de R= VR 41.913°
Ángulo de fase de la corriente en la carga = IL 41.9303°
Debemos recordar que en un resistor, el ángulo de fase entre voltaje y corriente son iguales.
Mientras que en una bobina el ángulo de desfase entre voltaje y corriente es de 90°.
Bajo estos criterios y los resultados obtenidos podemos concluir que:
El ángulo de desfase entre la tensión y la corriente en la carga R+L es de 61.57°.

El diodo entrara en conducción cuando alcance el nivel de tensión umbral. Anteriormente se halló
este valor, el cual es: . Para hallar el tiempo de conducción, simplemente
debemos observar el tiempo que dura el voltaje de encendido en el diodo. Tal como muestra la
figura c3.
Fig. c3. La señal de color rojo es la señal en el diodo (Vi-VL).

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El tiempo en que el diodo alcanza el voltaje necesario para la conducción es de: 35.7 uSeg
El tiempo en que el voltaje del diodo está por debajo del voltaje de ruptura es: 320 uSeg
Por lo tanto el tiempo en que el diodo permanece en conducción es de:
( )

Considerando los valores del tiempo de conducción podemos determinar el ángulo de conducción
del diodo.
Sabemos que la frecuencia es de 2kHz, por lo tanto el tiempo es de 500 uSeg.
Para el tiempo de 500 uSeg el ángulo respectivo será 360°.
Para el tiempo de 250 uSeg el ángulo respectivo será de 180°
Aplicando una simple regla de 3 simples podemos hallar el ángulo de conducción en base a los
valores anteriormente hallados.
Para un tiempo de 35.7 uSeg el ángulo es de 25.7°.
Para un tiempo de 320 uSeg el ángulo es de 230.4°.
Haciendo una resta entre 230.4° y 25.7° se obtiene 204.69°.
Este valor es el ángulo de conducción del diodo.






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2.3. Diodo de libre circulación
Se puede corregir el pico de tensión negativa que introduce la bobina mediante un diodo puesto en
antiparalelo con la carga. Añada un diodo de libre circulación como se indica en la figura 3(b).
Visualice la tensión en la carga en el canal uno del osciloscopio.
Para determinar la corriente (mida el valor exacto de la resistencia y aplique la ley de ohm) en el
canal dos.
Fig. 3b. Diodo de “libre circulación”.
Fig.c2. Tensión en R+L y en R.
Según la figura c2, el canal uno del osciloscopio muestra la tensión en la resistencia (color amarillo)
y el canal dos muestra la tensión total en la carga R+L (color celeste).
Se aprecia que en la tensión de carga R+L los picos de tensión negativa producidos por las bobinas
han desaparecido gracias al uso del diodo de libre circulación.

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A partir de las señales determine:





Compare los resultados con los obtenidos sin diodo de libre circulación. ¿En qué caso se tiene
mejor rectificación (compare los rendimientos)?
Se observa que con el diodo de Libre Circulación el circuito presenta un mayor rendimiento a
comparación del circuito sin el diodo.
Circuito sin diodo de libre circulación
Circuito con diodo de libre circulación
¿Por qué cree que la tensión de pico inversa en la carga tiene ahora ese valor?
Esto se da debido al uso del Diodo de Libre Circulación, el cual permite que la corriente en la carga
sea continua, y previniendo así que el voltaje en la carga sea negativo.

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CONCLUSIONES
 Se comprueba para el rectificador de media onda, que la mitad de la señal de entrada se
rectifica mediante el circuito construido.
 Se confirma también que para tensiones de entrada mucho mayores a la tensión directa del
diodo (0,7 V) el corrimiento se hace cada vez menos notorio. También se verifica que al
aumentar la capacitancia del capacitor, se logra una salida de corriente continua
 Se comprueba que para el rectificador de onda completa la señal de entrada se rectifica
totalmente mediante el circuito construido; se logra así una salida de corriente continua en
base a una entrada de corriente alterna.
RECOMENDACIONES
 El grupo de trabajo debe dividirse las tareas para realizar el laboratorio en el tiempo
determinado.
 Hacer uso correcto de los instrumentos de medición y materiales de trabajo sin dañarlos.
 Prestar atención durante la clase teórica brindada por el docente y realizar una consulta
cuando se presente una duda.
 Al momento de conectar los circuitos se debe de apagar las fuentes de alimentación.
BIBLIOGRAFÍA
 Robert L. Boylestad. Introducción al análisis de circuitos. Pearson Educación.
México.2004.
 BOYLESTAD, ROBERT L. y NASHELSKY, LOUIS. Electrónica: Teoría de Circuitos y
Dispositivos Electrónicos. Décima Edición. PEARSON EDUCACIÓN, México, 2009.
 joseferro_2014@hotmail.com