1. Caracterización de un diodo en Pspice
Parte 1 En AC pondremos el valor de 1,
que indica que esta activa la fuente de AC
Objetivo: Observar las armónicas en el (0 indicaría desactivada la opción para
espectro de Fourier de distintos diodos simular en AC). VOFF es el nivel de
con la aplicación Probe del simulador offset, le pondremos 0 volts para esta
Pspice de MicroSim. aplicación.
En VAMPL se pondrá el valor
Procedimiento experimental que se requiera de amplitud. En FREQ se
Para obtener las armónicas de una pone el valor de la frecuencia en hertz.
señal con un diodo, se propone el
siguiente circuito: Cabe mencionar que en spice se
pueden utilizar ciertas letras para indicar
potencias, las letras son: f, p, n, u, m, k,
meg, g para representar los prefijos
femto- (-15), pico- (-12), nano- (-9),
micro- (-6), mili- (-3), kilo- (3), mega-
(6), y giga- (9) respectivamente.
Ahora explicaremos la función de
los demás componentes del circuito.
Fig. 1. Circuito para generar armónicas
En el podemos observar el R1: Es la resistencia interna equivalente
generador de señales o fuente de voltaje serie de la fuente (generalmente de 50
de AC ajustado a la frecuencia ohms).
fundamental (V2 en la fig. 1). Los
parámetros de esta fuente se ajustan en la C1: Es el capacitor de acoplamiento, para
siguiente ventana: no mover el nivel de DC, su valor
depende de la frecuencia que se aplique y
debe tomarse en cuenta su efecto.
D1: Es el diodo a utilizar, para esta tarea
trabajaremos con tres distintos (1N4002,
1N914, MBD101, 1N4148).
R2: Es la resistencia para limitar la
corriente de DC, y para polarizar, es decir
establecer el punto de operación (Q).
Fig 2. Ventana de parámetros de VSIN
V1: Es la fuente de DC, utilizada para
Los valores de interés son DC, en
polarizar.
el cual pondremos un valor de 0 , debido
a que queremos solo señal de AC.
1

2. Para poder observar las armónicas Center Frequency: En esta casilla se
de la señal con ayuda del simulador indica el valor de la frecuencia
necesitamos simular el transitorio del fundamental, debe ser, de preferencia, el
circuito y saber cuales son los valores valor de la frecuencia de la fuente
correctos para llenar la siguiente ventana: aplicada.
Number of harmonics: Es el número de
armónicas de las cuales queremos que
aparezcan los cálculos en el archivo de
salida.
Output Vars: Es la variable del circuito de
la cual queremos obtener información
acerca de sus armónicas.
Para polarizar el diodo se propusieron los
siguientes valores:
Fig. 3. Ventana para parámetros de simulación en estado
transitorio.
Los datos que contiene la ventana de
análisis transitorio contiene lo siguiente:
Print Step: En este espacio se escribe el
Fig. 4. Circuito para la polarización y niveles de DC.
valor (en unidades de tiempo) en el cual
se va a realizar el cálculo, es decir que
Con esto obtenemos aproximadamente 5
marca la resolución, entre más chico,
mA de corriente de DC en el diodo.
mejor se hará la gráfica, es decir, tendrá
mas puntos a graficar. Este valor no
Resultados
puede ser mayor que el de “Final Time”,
A continuación se presentarán los
ni menor al 1% de este.
distintos circuitos para los distintos
diodos utilizados y los resultados
Final Time: El valor es el tiempo final del
obtenidos.
análisis transitorio, que empieza en cero.
Se recomienda el valor a equivalente de
Diodo 1N4002
un periodo y que no sea mayor a diez, ya
que puede producir datos erróneos.
Como sabemos que este diodo
trabaja a bajas frecuencias, empezaremos
Enable Fourier: Esta opción habilita la
tratando de obtener armónicas de mas
escritura en el archivo de salida de los
baja frecuencia
cálculos de magnitud y fase de las
Para poder observar las armónicas
armónicas, el programa calcula 9 de ellas
a 1KHz se propuso el siguiente circuito:
por default, aunque se puede indicar otro.
2

3. V2 (VSIN)
VAMPL = 2V
FREQ = 1K
PHASE = 0
Los valores para el análisis
Fig. 5. Circuito para observar armónicas diodo D1N4002 a transitorio son los
1KHz siguientes:
Parámetros utilizados Transient Analysis
C1: Print Step = .1n
VALUE = 50u Final Time = 10m
Este valor es apropiado, ya Center Frequency = 1k
que a esta frecuencia Number of harmonics = 6
representa una impedancia
baja, aproximadamente de Y los resultados obtenidos son:
3.18 ohms.
FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(Vo)
DC COMPONENT = -2.353855E-01
HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED
NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)
1 1.000E+03 1.337E+00 1.000E+00 2.527E+00 0.000E+00
2 2.000E+03 3.277E-01 2.450E-01 9.309E+01 9.056E+01
3 3.000E+03 1.042E-01 7.789E-02 1.035E+01 7.820E+00
4 4.000E+03 5.432E-02 4.062E-02 8.329E+01 8.076E+01
5 5.000E+03 4.810E-02 3.596E-02 2.753E+01 2.500E+01
6 6.000E+03 4.417E-03 3.303E-03 8.237E+01 7.984E+01
Fig. 6. Armónicas del diodo D1N4002 a 1KHz
En la tabla aparecen los valores de armónicas, y sus fases respectivas, esto
la magnitud para cada una de las nos permite observar la forma en que van
3

4. decayendo los valores de la magnitud de Fig. 7. Circuito para observar armónicas para el diodo
D1N4002 a 100KHz
cada una de estas, como nos lo indica la
serie de Taylor. Parámetros utilizados
La figura 6 nos muestra la gráfica C1
de las armónicas de la señal de entrada VALUE = 500n
generadas por el diodo.
Se puede observar que las V2 (VSIN)
primeras armónicas se podrían utilizar sin VAMPL = 2V
ningun problema, aunque no tendría FREQ = 100K
mucho sentido, es muy baja frecuencia. PHASE = 0
Ahora veremos como se comporta Los resultados obtenidos son los
este diodo pero a mayor frecuencia, siguientes:
digamos dos ordenes mas de magnitud.
Transient Analysis
Para poder observar las armónicas Print Step = 100p
a 100KHz se propuso el circuito de la Final Time = 90u
figura 7, en el que se cambia el valor de la Center Frequency = 100k
frecuencia y del capacitor, así como los Number of harmonics = 6
valores para el análisis transitorio.
FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(Vo)
DC COMPONENT = 2.393573E-01
HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED
NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)
1 1.000E+05 7.893E-01 1.000E+00 -2.559E+01 0.000E+00
2 2.000E+05 5.157E-01 6.533E-01 4.678E+01 7.238E+01
3 3.000E+05 2.847E-01 3.607E-01 1.269E+02 1.525E+02
4 4.000E+05 1.431E-01 1.814E-01 -1.321E+02 -1.065E+02
5 5.000E+05 1.134E-01 1.437E-01 -1.910E+01 6.494E+00
6 6.000E+05 1.061E-01 1.344E-01 7.179E+01 9.739E+01
TOTAL HARMONIC DISTORTION = 7.928084E+01 PERCENT
4

5. Fig. 8. Armónicas del diodo D1N4002 a 100 KHz
En la figura 8 se puede observar Parámetros utilizados:
como las amplitudes de las armónicas
ahora son menores, además de estar un C1
poco distorsionada la gráfica. VALUE = 5n
Para poder observar las armónicas V2 (VSIN)
a 10MHz se propuso el siguiente circuito. VAMPL = 2V
FREQ = 10MEG
PHASE = 0
Transient Analysis
Print Step = 1n
Final Time = 9u
Center Frequency = 10MEG
Number of harmonics = 6
Fig. 9. Circuito para observar armónicas diodo D1N4002 a
10MHz Los resultados obtenidos
son:
FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(Vo)
HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED
NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)
1 1.000E+07 1.799E-03 1.000E+00 -4.063E+01 0.000E+00
2 2.000E+07 2.033E-05 1.130E-02 -7.634E+01 -3.571E+01
3 3.000E+07 1.271E-05 7.066E-03 -7.175E+01 -3.112E+01
4 4.000E+07 1.141E-05 6.341E-03 -6.791E+01 -2.728E+01
5 5.000E+07 1.008E-05 5.605E-03 -6.700E+01 -2.637E+01
6 6.000E+07 8.001E-06 4.447E-03 -6.931E+01 -2.867E+01
TOTAL HARMONIC DISTORTION = 1.640117E+00 PERCENT
5

6. Fig. 10. Armónicas del diodo D1N4002 a 100 KHz
Lo que nos deja ver que el este
diodo no sirve para la generación de Parámetros utilizados:
armónicos, al menos en esta frecuencia.
C1
Diodo 1N914 VALUE = 5n
Ahora podemos observar el Este valor es adecuado para la frecuencia
comportamiento del circuito con un diodo de trabajo de 10 MHz.
que puede trabajar a una mayor
frecuencia, debido a tener menor V2 (VSIN)
capacitancia de juntura (información en el VAMPL = 2V
datasheet). FREQ = 10MEG
PHASE = 0
Para este circuito empezaremos
desde 10 Megahertz, pues esperamos que Ahora se muestran los valores utilizados
trabaje bien a esta frecuencia. para el análisis transitorio:
Para poder observar las armónicas Transient Analysis
a 10MHz se propuso el siguiente circuito: Print Step = 1n
Final Time = 9u
Center Frequency = 10MEG
Number of harmonics = 6
En los cuales se observa la frecuencia
fundamental y el tiempo final, igual a 9
periodos de la onda correspondiente.
Los resultados obtenidos son los
Fig.11. Circuito para observar armónicas diodo D1N914 a
10MHz siguientes:
6

7. FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(Vo)
DC COMPONENT = -8.223938E-03
HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED
NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)
1 1.000E+07 1.406E+00 1.000E+00 -2.991E+00 0.000E+00
2 2.000E+07 4.002E-01 2.847E-01 9.761E+01 1.006E+02
3 3.000E+07 1.549E-01 1.102E-01 -3.798E+01 -3.499E+01
4 4.000E+07 1.181E-01 8.399E-02 9.746E+01 1.004E+02
5 5.000E+07 1.017E-01 7.232E-02 -7.007E+01 -6.708E+01
6 6.000E+07 9.459E-02 6.729E-02 7.194E+01 7.493E+01
TOTAL HARMONIC DISTORTION = 3.316232E+01 PERCENT
Fig.12. Armónicas del diodo D1N914 a 10MHz
En la figura 12 se observan 6 de diodo MBD101 a 10MHz se propuso el
las armónicas generadas por el diodo y siguiente circuito:
sus respectivas amplitudes.
No hay tanta atenuación como con
el diodo 1N4002, por lo que se puede
usar desde la segunda y quizá hasta la
sexta armónica, para tener señales de
mayor frecuencia.
Entonces este circuito sirve mejor Fig. 13. Circuito para observar armónicas diodo MBD101 a
para la generación de armónicas. 10MHz
Diodo MBD101 Parámetros utilizados
Para poder observar las armónicas C1
generadas por el circuito utilizando el VALUE = 5n
7

8. V2 (VSIN) Transient Analysis
VAMPL = 2V Print Step = .01n
FREQ = 10MEG Final Time = 1u
PHASE = 0 Center Frequency = 10MEG
Number of harmonics = 6
FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(Vo)
DC COMPONENT = -4.429514E-01
HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED
NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)
1 1.000E+07 1.298E+00 1.000E+00 2.019E+00 0.000E+00
2 2.000E+07 3.477E-01 2.678E-01 8.867E+01 8.665E+01
3 3.000E+07 8.547E-02 6.584E-02 1.282E+01 1.081E+01
4 4.000E+07 5.048E-02 3.889E-02 7.356E+01 7.154E+01
5 5.000E+07 5.016E-02 3.864E-02 7.758E+00 5.739E+00
6 6.000E+07 2.432E-02 1.873E-02 6.082E+01 5.880E+01
TOTAL HARMONIC DISTORTION = 2.818043E+01 PERCENT
Fig.14. Armónicas del diodo MBD101 a 10MHz
Con este circuito obtuvimos una
buena respuesta, pero no tan buena como El que no sirvió para generarlos, al menos
la del diodo anterior, ya que encontramos en esta frecuencia, fue el dido 1N4002,
mas atenuadas las amplitudes de las que era lo que esperábamos.
armónicas (figura 14), aunque si se
puede utilizar al menos la segunda
armónica.
Otra cosa interesante es ver la
forma de la gráfica, no pudimos obtener
una gráfica tan buena como la anterior, lo
que nos habla de un diodo con menos
características para esta función.
8

9. Parte 2 una resistencia en paralelo (Rp). (Esto
debido a que el diodo es una unión de dos
Objetivo: Obtener la impedancia de tres materiales semiconductores).
distintos diodos por medio de la
simulación y la teoría de circuitos Lo primero que encontraremos es
resonantes. la parte capacitiva, esto lo obtenemos de
la fórmula de resonancia de un circuito
Procedimiento experimental: LC:
Para medir la impedancia del diodo se 1
propone el siguiente circuito: f0 =
2π LC
Nosotros conocemos el valor del
inductor y al simular podemos obtener el
valor de fo (frecuencia de resonancia),
entonces podemos despejar C, que en este
caso es Cp:
1
Cp =
(2πf 0 ) 2 L
De esta ecuación obtenemos Cp. Ahora,
Fig. 15. Circuito para medición de impedancia del diodo.
para obtener la resistencia equivalente en
paralelo utilizamos las siguientes
Este es igual al circuito de la parte 1, que ecuaciones:
nos sirvió para polarizar y obtener los
armónicos de una señal. Pero además f0 Rp
Q= =
contiene un inductor que nos servirá para BPW X
tener un circuito resonante y con este
obtener la información necesaria para Esta es una figura de mérito o
calcular la impedancia del diodo. factor de calidad, que relaciona la
frecuencia central con el ancho de banda
de pasa banda del circuito resonante y es
función de la elemento disipativo (Rp) y
Para obtener la impedancia del diodo la reactancia de cualquiera de los
MDB101 se propuso el siguiente circuito. elementos reactivos involucrados en el
circuito resonante (L o C) que en la
Esto se hace de la siguiente resonancia tienen el mismo valor.
manera, el análisis se hará en AC, nos
basaremos en diagramas de BODE y en Ahora, esta Rp obtenida a su vez
los datos conocidos del circuito. es función de R2 y Rd, y se relacionan
por la siguiente ecuación:
Podemos suponer que el circuito
tiene una impedancia equivalente en R1Rd
Rp =
paralelo formada por un capacitor (Cp) y R1 + Rd
9

10. De lo cual obtenemos:
RdR1 1
Q=
Rd + R1 2πf 0 L
De donde despejamos Rd:
R1Rp
Rd =
R1 − Rp
Fig. 16. Circuito para medición de impedancia del dido
MBD101
Para obtener la impedancia del diodo
1N914 se propuso el circuito de la figura
Se simuló y se obtuvieron los siguientes
16.
datos:
Fig. 17. Frecuencia central de la impedancia del diodo MDB101
En la figura 17 observamos la frecuencia
central, o de resonancia que es de: Q = 1.75
Fo = 168.963 MHz X = 1061.6
Lo que nos da una capacitancia de: Rp = 1857.84
Cp = .887 pF Con lo que:
De la figura 18 obtenemos el valor de Q, Rd = 10033.8
ya que:
Con esto terminamos el equivalente de la
BPW = 96.2 MHz impedancia de este diodo.
10

11. Fig. 18. Ancho de banda
Para obtener la impedancia del diodo Lo que nos da una capacitancia de:
1N914 se propuso el siguiente circuito.
Cp = 4.37 pF
De la figura 21 obtenemos el valor de Q,
ya que:
BPW = 16.9 MHz
Q = 4.5
X = 477.9
Fig. 19.Circuito para medir Z del dido 1N914 Rp = 2150.54
Con lo que:
En la figura 20 observamos la frecuencia Rd = 37.876 K
central, o de resonancia que es de:
Con esto terminamos el equivalente de la
Fo = 76.06 MHz impedancia de este diodo.
11

12. Fig.20. Frecuencia central de la impedancia del diodo 1N914
Fig.21. Ancho de banda para circuito con diodo 1N914
Para obtener la impedancia del diodo Y se obtuvo lo siguiente:
1N4002 se propuso el siguiente circuito.
En la figura 23 observamos la frecuencia
central, o de resonancia que es de:
Fo = 21.22 MHz
Lo que nos da una capacitancia de:
Cp = 56.3 pF
De la figura 24 obtenemos el valor de Q,
ya que:
Fig. 22.Circuito para medir Z del dido 1N4002
BPW = 1.4 MHz
12

13. Con lo que:
Q = 15.15
Rd = 17.77K
X = 133.329
Rp = 2019.93 Con esto terminamos el equivalente de la
impedancia de este diodo.
Fig. 24. Frecuencia central de la impedancia del diodo 1N4002
Fig. 25 Ancho de Banda de la impedancia del diodo 1N4002
El diodo 1N4002 es el que tiene mayor
capacitancia, por lo que es lógico que no
soporte mayores frecuencias.
13