Práctica #1, Polarización y circuitos básicos

Resumen—En este artículo se explorará la introducción, el desarrollo de la realización de la práctica 1 en donde se explorara los diferentes comandos y aplicaciones que tiene el software a utilizar de LTspice, además se desarrollaran los conocimientos básicos de la computadora y la utilización de las ramas de la electrónica, así como aplicaciones de circuitos y aplicaciones de las matemáticas para resolver los cálculos matemáticos y obtener las distintas gráficas de polarización de los diodos simuladas y también calculadas manualmente por pasos tanto circuitos serie-paralelo de ambas formas.

 

    Palabras clave—LTspicel, Práctica 1, software, diodos, circuitos, Electrónica.

 

I.     INTRODUCCIÓN

u circuito es una interconexión de componentes eléctricos (como baterías, resistores, inductores, condensadores, interruptores, transistores, entre otros) que transporta corriente eléctrica a través de por lo menos una trayectoria cerrada. Un circuito lineal, que consta de fuentes, componentes lineales (resistencias, condensadores, inductores) y elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables), tiene la propiedad de la superposición lineal. Además, son más fáciles de analizar, usando métodos en el dominio de la frecuencia, para determinar su respuesta en corriente directa, en corriente alterna y transitoria.

 

Un circuito resistivo es un circuito que contiene solo resistencias, fuentes de voltaje y corriente. El análisis de circuitos resistivos es menos complicado que el análisis de circuitos que contienen capacitores e inductores. Si las fuentes son de corriente directa (corriente continua), se denomina circuito de corriente directa (o continua).

 

Un circuito que tiene componentes electrónicos se denomina circuito electrónico. Generalmente, estas redes son no lineales y requieren diseños y herramientas de análisis mucho más complejos [1]:

 

SPICE es un estándar internacional cuyo objetivo es simular circuitos electrónicos analógicos compuestos por resistencias, condensadores, diodos, transistores, etc. Para ello hay que describir los componentes, describir el circuito

 

y luego elegir el tipo de simulación (temporal, en frecuencia, en continua, paramétrico, Montecarlo, etc.) [2].

 

Un diodo es un dispositivo semiconductor que actúa esencialmente como un interruptor unidireccional para la corriente. Permite que la corriente fluya en una dirección, pero no permite a la corriente fluir en la dirección opuesta. Los diodos también se conocen como rectificadores porque cambian corriente alterna (CA) a corriente continua (CC) pulsante. Los diodos se clasifican según su tipo, voltaje y capacidad de corriente. Los diodos tienen una polaridad determinada por un ánodo (terminal positivo) y un cátodo (terminal negativo). La mayoría de los diodos permiten que la corriente fluya solo cuando se aplica tensión al ánodo positivo; Como se muestra en la Fig. 1 en este gráfico se muestran varias configuraciones de los diodos [3].

Fig. 1. Distintos tipos de Diodos que se usan

.

II.     DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 1

 

Para el desarrollo de la práctica se necesitan varias cosas; las principales son: la descripción de la práctica, es decir, en que consiste la práctica, los materiales a usar y finalmente el desarrollo de dicha práctica.

 

1.2.1 OBJETIVO DE LA PRÁCTICA

 

Al final de esta práctica el alumno será capaz de reproducir la gráfica de polarización del Diodo utilizando tanto herramientas de simulación como de laboratorio y saber resolver de manera analítica circuitos serie-paralelo con la configuración del diodo ideal y práctico, reforzando así los conocimientos previamente adquiridos.

1.2.2 MATERIALES A USAR

 

·         Computadora

·         Software (LTspice)

·         Libro

 

 

1.2.3 REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA

 

PARTE I

Empezamos primero con la parte 1 de esta práctica, siendo la parte donde empezamos a usar el software LTspice para obtener las distintas gráficas de los diodos dados en la práctica; como primera parte armaremos un circuito sencillo, como se muestra en la Fig. 2 para empezar a medir la polarización directa del primer diodo que es 1N914.

 

Fig. 2. Circuito eléctrico para la medición del diodo 1N914

 

Para la medición de la polarización se siguen algunos pasos sencillos en el software para mostrar las gráficas ya sea de la corriente o voltaje del elemento a medir. Por lo cual la polaridad del diodo 1N914 anteriormente visto, como se muestra en la Fig. 3, tiene una gráfica de polaridad directa y además un voltaje distintos ya sea por lo valores dados al momento de referencial el tiempo inicial, final y un intervalo de tiempo para su distinta visualización.

 

Fig. 3. Gráfica de la polarización directa del diodo 1N914.

 

Una vez calculado la polarización del diodo, procedemos a realizar el mismo procedimiento pero con los diodos 1N4148 y MMSD4148.

Igualmente usamos el mismo circuito eléctrico pero el único cambio es el diodo que usaremos ahora el diodo 1N4148 para su distinta polarización directa del diodo, como se muestra en la Fig. 4.

 

Fig. 4. Circuito eléctrico para la medición del diodo 1N4148

 

Obtenemos la gráfica de la corriente del diodo, como se muestra en la Fig. 5, para observar desde donde puede partir la gráfica.

 

Fig. 5. Gráfica de la corriente del diodo

 

Ahora hay que obtener la gráfica del voltaje igualmente del mismo diodo pero ahora junto con la corriente para observar la diferencia de cada grafica respectivamente, como se observa en la Fig. 6.

 

Fig. 6. Gráfica mostrando la corriente y voltaje del diodo 1N4148.

 

Igualmente hacemos el mismo procedimiento con el diodo MMSD4148 cambiando el circuito y obteniendo las gráficas correspondientes; Principalmente cambiamos el circuito eléctrico, como se muestra en la Fig. 7.

Fig. 7. Circuito eléctrico usando el diodo MMSD4148

 

Nuevamente obtenemos las gráficas de la corriente y voltaje del diodo para observar la diferencia, como se observa en la Fig. 8.

 

Fig. 8. Voltaje y corriente obtenidas del diodo MMSD4148

 

Una vez obteniendo las gráficas correspondientes de cada diodo en polarización directa, se obtendrán las gráficas de los mismos diodos pero ahora en polarización inversa, lo que significa las distintivas graficas cambiaran de forma. Primero hay que obtener la gráfica del primer diodo 1N914, como se observa en la Fig. 9.

 

Fig. 9. Gráfica de la corriente y voltaje del diodo 1N914 con polarización inversa.

 

Igualmente obtenemos la gráfica mostrando la corriente y voltaje pero ahora con el diodo 1N4148, como se muestra en la Fig. 10.

 

Fig. 10. Corriente y voltaje del diodo 1N4148 con polarización inversa.

 

Igualmente obtenemos la corriente y voltaje del diodo MMSD4148 con polarización inversa, como se observa en la Fig. 11.

 

Fig. 11. Corriente y voltaje del diodo MMSD4148 en polarización inversa.

 

Una vez ya obtenidas las distintas graficas de cada diodo en polarización directa y polarización inversa, podemos in contestando lo siguiente e ir obteniendo valores y resultados obtenidos de las distintas graficas obtenidas de los diodos.

Podemos obtener gráficamente los puntos de inflexión de la polarización directa de cada diodo, que a pesar de que sean las mismas graficas podemos decir que el voltaje del punto de inflexión seria el mismo para cada una, como se muestra en la Ec. 1.

(1)

 

Igualmente el valor de la corriente de saturación inversa (Is) de las curvas obtenidas para la polarización inversa la podemos deducir como se muestra en la Ec. 2 por las distintas gráficas obtenidas.

(2)

 

 

Una vez ya obtenidos los valores en las curvas de polarización directa, podemos deducir que es cada material de cada diodo calculado anteriormente:

Diodo 1N914: es de material Silicio

Diodo 1N4148: es de material Silicio

Diodo MMSD4148: Silicio

 

 

PARTE II

En este caso usaremos un software muy utilizado en las ingenierías llamado Matlab, con el fin de obtener vista de las gráficas de las distintas corrientes del diodo usando la Ec. 3, con distintos valores para Is.

(3)

 

 

Entonces primero obtenemos la gráfica de la corriente de , usando como valor Is=5pA; para ello usaremos Matlab sabiendo ya programar en el software, como se muestra en la Fig. 12, el programa hecho en Matlab para obtener las distintas gráficas de las corrientes.

Fig. 12. Programa hecho en Matlab para obtener graficas de las corrientes de los diodos.

 

Y una vez terminando el programa pasamos a simular dicho programa para observar la gráfica, con un valor de Is=5Pa; y además los valores dados que igualmente nos dan, como se observa en la Fig. 13.

Fig. 13. Curva del diodo con un valor Is igual a 5pA.

 

Ahora obtener la gráfica del diodo pero esta vez con otro valor distinto de Is; Is=10pA, como se muestra en la Fig. 14, usando el mismo programa en Matlab pero solo cambiando el valor Is.

Fig. 14. Curva del diodo con un valor Is igual a 10pA.

 

 

Igualmente obtener la gráfica del diodo pero esta vez con otro valor distinto de Is; Is=10uA, como se muestra en la Fig. 15, usando el mismo programa en Matlab pero solo cambiando el valor Is

Fig. 15. Curva del diodo con un valor Is igual a 10uA

 

Ahora bien, Recordar que: k es la constante de Boltzmann = 1,38x10−23 J/K. La temperatura absoluta T en Kelvin = 273 +◦ C. La temperatura en grados centígrados es 21◦C. La carga del electrón q = 1,6x10−19C. Entonces viendo lo anterior, Describimos que pasaría si la temperatura del dispositivo aumenta; Pues el voltaje del tiempo, (Vt) va en aumento, si la temperatura aumenta el voltaje del tiempo también aumenta, pero si disminuye igual disminuye el tiempo.

 

PARTE IV

Una vez viendo las primeras partes debemos de hacer cálculos analíticos de dos circuitos, como se muestra en la Fig. 16, y los agregamos a este Artículo; los datos obtenidos, resultados y procedimientos de dichos circuitos están hasta el final de este Artículo.

Fig. 16. Circuitos a calcular de forma analítica los valores de los diodos y algunos elementos más.

 

 

III.     CONCLUSIONES

En esta práctica Comprendimos el uso principal del software del LTspice para la realización de esta práctica que se usó principalmente para medir los voltajes y las corrientes de los tres tipos de diodos dados en la práctica, y además se pudo obtener las distintas graficas de los diodos, ya sea su grafica de voltaje y su grafica de corriente así como la polarización directa e inversa de cada diodo dado; además se usó el software Matlab para graficar la ecuación del diodo para observar mejor la curva del diodo en el plano y como va cambiando en cada curva medida con los valores dados de Is; también obtuvimos los valores resueltos analíticamente de los dos circuitos eléctricos dados en la Fig. 16 para su obtención de cada diodo y además de distintos elementos seleccionados.

 

 

REFERENCIAS

 

[1].    Wikipedia. “Qué es un circuito eléctrico”. Internet:  https://es.wikipedia.org/wiki/Circuito Jul, 28 2017 [Octubre. 13, 2020].

 

[2].    NeoTeo.  “LTspice IV: Simulador de circuitos de alta performance”. Internet: https://www.neoteo.com/ltspice-iv-simulador-de-circuitos-de-alta-15470/   Junio, 01 2013 [Octubre 13, 2020].

 

[3].    Fluke.  “Fundamentos de la electrónica”. Internet:  https://www.fluke.com/es-mx/informacion/mejores-practicas/aspectos-basicos-de-las-mediciones/electricidad   Ene, 25 2016 [Octubre 13, 2020].