Electronica analogica

Multiplicador de voltaje.
Competencia 1. Semiconductores: diodos y Transistores
Integrantes:
Guerrero Medina Laura Jaqueline
Hernández Sandoval Axel Emanuel
Meza Hernández José Guadalupe
Vallejo Cervantes Moisés Joshua
Profesor: Alberto Martínez Rodríguez

Irapuato Guanajuato 18 de Septiembre del 2022.

INTRODUCCIÓN
En esta práctica armamos un circuito eléctrico, basándonos en el tema de la
materia electrónica analógica Multiplicadores de voltaje y para eso nuestro
equipo acudió al laboratorio de electrónica con distinto material de trabajo a
continuación daremos una breve explicación de nuestro tema.
Un circuito eléctrico es el conjunto de elementos eléctricos conectados entre sí
que permiten generar, transportar y utilizar la energía eléctrica con la finalidad
de transformarla en otro tipo de energía como, por ejemplo, energía calorífica
(estufa), energía lumínica (bombilla) o energía mecánica (motor). Los
elementos de un circuito eléctrico que se utilizan para conseguirlo son los
siguientes:
Generador: Parte del circuito donde se produce la electricidad, manteniendo
una diferencia de tensión entre sus extremos.
Conductor: Hilo por donde circulan los electrones impulsados por el generador.
Resistencia eléctrica: Son elementos del circuito que se oponen al paso de la
corriente eléctrica.
Interruptor: Elemento que permite abrir o cerrar el paso de la corriente
eléctrica. Si el interruptor está abierto no circulan los electrones y si está
cerrado permite su paso.

¿QUÉ ES UN MULTIPLICADOR DE
VOLTAJE?
Un circuito multiplicador de voltaje es un arreglo de capacitores y diodos
rectificadores que se utiliza con frecuencia para generar altos voltajes de
Corriente Directa. Este tipo de circuito se utiliza el principio de la carga en
paralelo de capacitores, a partir de la entrada de Corriente Alterna y añadiendo
voltaje a través de ellos en serie se obtiene voltajes de CD más alto que el
voltaje de la fuente.

Circuitos individuales de multiplicadores de Voltaje (a menudo llamados etapas)

se pueden conectar en serie para obtener aún más altos voltajes de salida.
Spellman ha sido pionero en el uso de circuitos de multiplicador de voltaje a
niveles extremos de voltaje y de potencia.
Los ingenieros de Spellman han sobrepasado varias veces los límites que
normalmente se asocian con este tipo de circuito, a medida que continúan
liderando el desarrollo de esta área de la tecnología de alta tensión.
MARCO TEORICO
1.1 Materiales semiconductores
En la naturaleza, existen materiales capaces de conducir la corriente eléctrica
mejor que otros. Generalizando, se dice que los materiales que presentan poca
resistencia al paso de la corriente eléctrica son conductores. Analógicamente, los
que ofrecen mucha resistencia al paso de esta, son llamados aislantes. No existe
el aislante perfecto y prácticamente tampoco el conductor perfecto. Existe un
tercer grupo de materiales denominados semiconductores que, como su nombre
lo indica, no es directamente un conductor de corriente, pero tampoco es un
aislante.
Lo que diferencia a cada grupo es su estructura atómica.
Los conductores son, generalmente metales, esto se debe a que poseen pocos
electrones en su última órbita (menos de 4) y, por lo tanto, tienen tendencia a
perderlos con facilidad.
Los aislantes, en cambio, están formados por átomos con muchos electrones en
su última órbita (cinco a ocho), por lo que no tienen tendencia a perderlos
fácilmente, evitando así establecer una corriente de electrones. De ahí su alta
resistencia.
Los semiconductores, por su parte, se caracterizan principalmente por conducir
la corriente sólo bajo determinadas circunstancias, y evitar el paso de ella en
otras. Es, precisamente, en este tipo de materiales en los que la electrónica de
estado sólida está basada.
Los cristales semiconductores de dividen en intrínsecos y extrínsecos.
Un cristal intrínseco es aquél que se encuentra puro (aunque no existe
prácticamente un cristal 100% puro); es decir, no contiene impurezas; mientras
que un cristal extrínseco es aquél al que se han
adicionado átomos de otra sustancia.
Al proceso de adición se le llama dopado, y se utiliza para
obtener electrones libres que sean capaces de
transportar la energía eléctrica a otros puntos del cristal.
Dentro de los materiales extrínsecos se encuentran el
tipo n y tipo p. El material tipo n surgen cuando a una red
cristalina de silicio (átomos de silicio enlazados entre sí), Tipo N
se sustituye uno de sus átomos por un átomo de otro
elemento que contenga cinco electrones en su capa exterior, resulta que cuatro de
esos electrones sirven para enlazarse con el resto de los átomos de la red y el
quinto queda libre, como lo muestra la Figura.

En esta situación hay mayor número de electrones que de huecos. Por ello a
estos últimos se les denomina "portadores minoritarios" y "portadores
mayoritarios" a los electrones. Las Impurezas tipo N más utilizadas en el proceso
de dopado son el arsénico, el antimonio y el fósforo.
Está claro que, si a un semiconductor dopado se le aplica tensión en sus bornes,
las posibilidades de que aparezca una corriente en el circuito son mayores a las
del caso de la aplicación de la misma tensión sobre un semiconductor
intrínseco o puro.
 El material tipo p surge cuando a una red cristalina de silicio (átomos de silicio
enlazados entre sí), se sustituye uno de sus átomos por un átomo de otro
elemento que contenga tres electrones en su capa exterior, resulta que estos tres
electrones llenarán los huecos que dejaron los electrones del átomo de silicio,
pero como son cuatro, quedará un hueco por ocupar, ahora la sustitución de un
átomo por otros provoca la aparición de huecos en el cristal de silicio. Por tanto,
ahora los "portadores mayoritarios" serán los huecos y los electrones los
portadores minoritarios.

1.2 Diodo ideal

El primer dispositivo electrónico que se presentará se denomina
diodo. Es el más sencillo de los dispositivos semiconductores, pero
desempeña un papel vital en los sistemas electrónicos, con sus
características que se asemejan en gran medida a las de un sencillo
interruptor. Se encontrará en una amplia gama de aplicaciones, que
se extienden desde las simples hasta las sumamente complejas.
Tipo P

El funcionamiento del diodo ideal es semejante a un interruptor, que solo permite la

conducción de corriente en una sola dirección, ésta
dirección se indica con el sentido de la flecha de su
símbolo. Para conducir el diodo, debe encontrarse
polarizado directamente, es decir, el ánodo debe
ser más positivo que el cátodo, cuando esto se
cumple el diodo se comporta como un circuito
cerrado en la región de conducción, permitiendo el
paso de la corriente y presentando una caída de
voltaje entre sus terminales igual a 0 V, debido a la
baja resistencia que ofrece.
Esto se puede observar en la siguiente, figura.
Cuando el diodo se encuentra polarizado
inversamente, es decir, el cátodo es más positivo
que el ánodo, el diodo se comporta como un
circuito abierto, no permitiendo el paso de la
corriente y almacenando entre sus terminales
voltaje, por presentar una resistencia alta.

1.3 Diodo semiconductor

El diodo semiconductor, se forma al unir un material tipo p y uno n, construidos a
partir de la misma base, sea de Silicio o Germanio. En el momento de la unión, los
electrones y huecos de esta región, se combinarán y como consecuencia se
originará una carencia de portadores en la región cercana a la unión, ésta región
 se denomina, región de agotamiento. Ahora conoceremos lo que ocurre en la
estructura interna del diodo, a partir de la aplicación de voltaje en sus terminales
(VD), para lo cual, se presentan tres casos: VD = 0V sin polarización, VD < 0V
polarización inversa, VD >0V polarización directa.
1.3.1 Diodo semiconductor sin polarización, VD = 0V
Se forma la región de agotamiento, los portadores minoritarios de cada tipo de
material se colocan cerca de la unión. En ausencia de un voltaje de polarización
aplicado, el flujo neto de carga en cualquier dirección para el diodo es cero.
1.3.2 Diodo semiconductor con polarización inversa, VD < 0V
Con el positivo conectado al material tipo n, los huecos (positivos) se

Unión p-n sin polarización externa

repelen y se van al lado de la unión y el negativo conectado al material tipo

p, los electrones se dirigen al polo opuesto, es decir, la unión, de esta
manera se fortalece la región de agotamiento.
Se presenta una corriente de saturación inversa, denominada Is, que es de
unos cuantos microamperios, ésta fluye en sentido inverso a la flecha y es
provocada por el movimiento de los portadores minoritarios.

Unión p-n bajo polarización inversa

1.3.3 Diodo semiconductor en polarización directa, VD >

Un diodo esta polarizado directamente cuando se establece una asociación
tipo p con positivo y tipo n con negativo. La aplicación de un potencial con
polarización directa VD, presionará a los electrones del material tipo n y a
los huecos del material tipo p para que se recombinen con los iones
cercanos a la frontera y para reducir el ancho de la región de agotamiento
como se muestra en la Figura.
 El flujo resultante de portadores minoritarios del material tipo p hacia el tipo
n, no varió en magnitud; sin embargo, la reducción en el ancho de la región

Características del diodo semiconductor de Si y Ge

de agotamiento provoca un flujo de portadores mayoritarios sobre la unión.

Observe que para polarización directa, el eje vertical de la corriente se

expresa en miliamperios (aunque existen algunos diodos semiconductores
que poseen ejes verticales expresados en Amperios) y el voltaje en
polarización directa del diodo, será normalmente menor que 1. Observe
también la rapidez con que aumenta la corriente una vez que se pasa el
punto de inflexión de la curva, que será de 0.3V para un diodo de Ge y
0.7V para el de Si.

Observe que, para polarización inversa, el eje vertical de la corriente se

expresa en microamperios o quizás nanoamperios, que corresponde al
valor de Is = corriente de saturación inversa y el voltaje en polarización
inversa del diodo, será normalmente decenas de Voltios. Es entonces
cuando podemos hablar de Vz, es decir, voltaje de ruptura en inversa PIV,
que podemos definir como el máximo potencial de polarización inversa que
puede aplicarse antes de ingresar a la región Zener.

1.10 Rectificación de media onda y onda completa

El rectificador de media onda que muestra, está conformado por un diodo
ideal, un transformador y una resistencia de carga conectada en serie. En
el semiciclo positivo el diodo queda directamente polarizado (corto circuito),
permitiendo el paso de la corriente a través de él y entregando todo el
voltaje a la resistencia de carga RL. Ver Figura
 Rectificador de media onda y su funcionamiento en el semiciclo positivo

Sin embargo, durante el semiciclo negativo el arrollamiento secundario

presenta una onda sinusoidal negativa. Por tanto, el diodo se encuentra
polarizado de manera inversa, provocando que este se comporte como un
circuito abierto, no dejando pasar el flujo de corriente y acumulando entre
sus terminales todo el voltaje de la fuente.

Rectificador de media onda semiciclo negativo

La onda que más interesa es VL, que es la que alimenta a RL. Esta tensión
no tiene partes negativas y utiliza solo el
semiciclo positivo de la fuente de alimentación.
Cuando el diodo conduce, el capacitor se carga al
valor pico del voltaje de entrada. En el siguiente
semiciclo, cuando el diodo está polarizado en
inversa y no hay flujo de corriente hacia la carga,
es el condensador el que entrega corriente a la
carga, es decir, este se descarga a través de la
resistencia de carga.

1.12 Diodo Zener

El efecto Zener se basa en la aplicación de tensiones inversas que originan,
debido a la característica constitución de los mismos,
fuertes campos eléctricos que causan la rotura de los
enlaces entre los átomos dejando así electrones libres
capaces de establecer la conducción.
Su característica es tal que una vez alcanzado el valor
de su tensión inversa nominal y superando la corriente a
su través un determinado valor mínimo, la tensión en las

Símbolo Zener
terminales del diodo se mantiene constante e independiente de la corriente que
circula por él.
Y su polarización para las diversas aplicaciones es casi siempre en inversa debido
a que polarizado directamente se comporta como un diodo normal, tal como lo
muestra en su curva característica en donde se indica su zona de trabajo.

Curva característica Zener

Tres son las características que diferencian a los diversos diodos Zener entre sí:
o Tensiones de polarización inversa, conocida como tensión Zener. - Es
la tensión que el Zener va a mantener constante.
o Corriente mínima de funcionamiento: Si la corriente a través del Zener
es menor, no hay seguridad en que el Zener mantenga constante la
tensión en sus terminales.
o Potencia máxima de disipación. Puesto que la tensión es constante, nos
indica el máximo valor de la corriente que puede soportar el Zener.

Por las características mencionadas

anteriormente se aplica principalmente en
reguladores de voltaje o en fuentes.

Circuito aplicación del diodo Zener

1.13 Multiplicadores de tensión
El circuito multiplicador de voltaje es un circuito que permite tener un nivel de
voltaje continuo igual a un factor entero del valor pico de una señal de entrada. El
principio de operación de estos circuitos
es la carga sucesiva de condensadores
debido a la conducción de diodos
conectados en cascada. Este tipo de
circuitos se utilizan para mantener el
voltaje pico de un transformador
relativamente bajo, ya que elevan el
voltaje de salida de pico a dos, tres,
cuatro o más veces el voltaje pico Diagrama de bloques del concepto de un multiplicador de voltaje
rectificado.
A continuación, se muestra en diagrama
de un multiplicador de tensión de onda
completa, como su nombre lo indica
aprovecha los dos semiciclos de la señal
de entrada.
En el primer semiciclo el diodo D1 es
polarizado directamente, es decir que el
diodo está conduciendo, semejando corto
Diagrama de un multiplicador de tensión de onda completa
circuito, cargando al capacitor C1 con un
voltaje máximo de entrada (Vmax),
mientras que D2 está inversamente
polarizado, como se puede observar
claramente en el esquema a
continuación.
En el segundo semiciclo, el diodo D1
queda polarizado inversamente, mientras
que D2 esta directamente polarizado, D1 polarizado directamente cargado a C1
cargando a C2 con el voltaje máximo
(Vmax), como se muestra a continuación:
Si la carga no consume corriente del
circuito, el voltaje a través de C1 y C2 es
de 2Vm.
Bajo este mismo principio se pueden
realizar triplicadores, cuadriplicadotes,
etc aumentando el número de diodos y
capacitores para cada aplicación. En este
caso se utilizó para el duplicador 2 capacitores y dos diodos, para el triplicador se
utilizarían tres capacitores y tres diodos y así sucesivamente.
PROYECTO
Material utilizado:
 1 placa protoboard.
 1 transformador.
 4 diodos 1N4001.
 4 capacitores.
 1 multímetro digital.

Procedimiento de la práctica.
1. Conectamos nuestro transformador al enchufe de nuestra mesa de trabajo
(a partir de donde obtendremos la corriente alterna que hará funcionar
nuestro circuito).
2. Con ayuda del multímetro medimos el voltaje de salida que nos
proporcionaba nuestro transformador.
3. Siguiendo el diagrama armamos nuestro circuito.
4. Conectamos los cables de salida de nuestro transformador a la placa
protoboard para así alimentar nuestro circuito.
5. Realizamos las 4 mediciones de voltaje tomando en cuenta la colocación
correcta de las terminales de nuestro multímetro para poder obtener los
valores correctos.

Ilustración 1. Diagrama del circuito

Tabla de resultados de mediciones.

Voltaje en corriente directa (CD)
Voltaje de salida 5.11 V (*3.65 V AC)
Voltaje doble 10. 2 V
Voltaje triplicado 14.96 V
Voltaje cuadriplicado 20.07 V
Tabla . Tabla con valores de mediciones practica 1.
EVIDENCIAS:
CONCLUSIÓN.
Finalmente, gracias a la realización de esta práctica se pudo conocer y aprender
cómo es que se realiza un circuito multiplicador de voltaje, así como comprobar por
medio de mediciones apoyados por un multímetro si realmente cumple con su
función o no, es decir, si el voltaje de salida proporcionado por el transformador en
primera instancia va aumentando sus valores conforme se avanza en las
mediciones dentro del circuito.
Durante el desarrollo de la práctica se reforzaron ciertos conocimientos teóricos
revisados durante las sesiones en el salón de clase, tales como; recordar que al
momento de medir el voltaje de salida en el transformador el modo de medida en el
multímetro debe estar en corriente alterna, caso contrario a cuando medimos el
voltaje en los componentes que conforman el circuito, ya que, en ese caso la lectura
debe estar en corriente directa. De igual manera, el valor que obtenemos como
voltaje de salida en el transformador (que está en corriente alterna) se puede
multiplicar por raíz de dos (√2) para obtener su equivalente en corriente directa y de
esta manera poder comprender mejor los resultados obtenidos.