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• Fabricio Alexander Arequipa Chuquilla

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UNIDAD DE GESTIÓN DE TECNOLOGÍAS TEMA: filtrado y rizado ASIGNATURA: LABORATORIO 2 ALUMNO: AREQUIPA FABRICIO Ortega Doris Chicaiza Cristian DOCENTE: ing. Lucia guerrero FECHA: LATACUNGA, martes 17 de enero del 2017 CALIFICACIÓN: OBJETIVOS

 Con esta práctica se pretende amplíar el conocimiento de las características y el funcionamiento del diodo. Para ello se realizará una fuente de alimentación en sus distintas etapas: puente rectificador, filtro de condensador y finalmente la estabilización. MARCO TEORICO Un filtro de condensador es un circuito eléctrico formado por la asociación de diodo y condensador destinado a filtrar o aplanar el rizado, dando como resultado una señal eléctrica de corriente continua cuya tensión no varía prácticamente en el tiempo. El circuito es el mismo que el empleado en la rectificación añadiendo un condensador, por lo que al igual que existen rectificadores de media onda y de onda completa existen filtros de condensador de media y onda completa.



Filtro con condensador a la entrada:

Este es el filtro más común y seguro que lo conocerás, basta con añadir un condensador en paralelo con la carga (RL), de esta forma:

Todo lo que digamos en este apartado será aplicable también en el caso de usar el filtro en un rectificador en puente. Cuando el diodo conduce el condensador se carga a la tensión de pico Vmax. Una vez rebasado el pico positivo el condensador se abre. ¿Por qué? debido a que el condensador tiene una tensión Vmax entre sus extremos, como la tensión en el secundario del transformador es un poco menor que Vmax el cátodo del diodo está a más tensión que el ánodo. Con el diodo ahora abierto el condensador se descarga a través de la carga. Durante este tiempo que el diodo no conduce el condensador tiene que "mantener el tipo" y hacer que la tensión en la carga no baje de Vmax. Esto es prácticamente imposible ya que al descargarse un condensador se reduce la tensión en sus extremos. Cuando la tensión de la fuente alcanza de nuevo su pico el diodo conduce brevemente recargando el condensador a la tensión de pico. En otras palabras, la tensión del condensador es aproximadamente igual a la tensión de pico del secundario del transformador (hay que tener en cuenta la caída en el diodo). La tensión Vo quedará de la siguiente forma:

La tensión en la carga es ahora casi una tensión ideal. Solo nos queda un pequeño rizado originado por la carga y descarga del condensador. Para reducir este rizado podemos optar por construir un rectificador en puente: el condensador se cargaría el doble de veces en el mismo intervalo teniendo así menos tiempo para descargarse, en consecuencia el rizado es menor y la tensión de salida es más cercana a Vmax. Otra forma de reducir el rizado es poner un condensador mayor, pero siempre tenemos que tener cuidado en no pasarnos ya que un condensador demasiado grande origina problemas de conducción de corriente por el diodo y, por lo tanto, en el secundario del transformador (la corriente que conduce el diodo es la misma que conduce el transformador). 

Efecto del condensador en la conducción del diodo:

Como venimos diciendo hasta ahora, el diodo solo conduce cuando el condensador se carga. Cuando el condensador se carga aumenta la tensión en la salida, y cuando se descarga disminuye, por ello podemos distinguir perfectamente en el gráfico cuando el diodo conduce y cuando no. En la siguiente figura se ha representado la corriente que circula por el diodo, que es la misma que circula por el transformador:

La corriente por el diodo es a pulsos, aquí mostrados como rectángulos para simplificar. Los pulsos tienen que aportar suficiente carga al condensador para que pueda mantener la corriente de salida constante durante la no conducción del diodo. Esto quiere decir que el diodo tiene que conducir "de vez" todo lo que no puede conducir durante el resto del ciclo. Es muy normal, entonces, que tengamos una fuente de 1 Amperio y esos pulsos lleguen hasta 10 Amperios o más.

Y esto no solo afecta al diodo, al transformador también, ya que a medida que los pulsos de corriente se hacen más estrechos (y más altos a su vez) la corriente eficaz aumenta. Si nos pasamos con el condensador podríamos encontrarnos con que tenemos un transformador de 0,5 A y no podemos suministrar más de 0,2 A a la carga (por poner un ejemplo).

MATERIALES:      

Multímetro Protoboard Fuente de corriente alterna Resistencia 1KΩ Diodos 1N40077 Condensadores 1uF/25V, 100uF/25V, 1000uF/25V

PROCEDIMIENTO Arme el circuito indicado en la figura 1. Tenga cuidado con la polaridad del condensador electrolitico. Elterminal negativo debe conectarse con respecto a tierra.

FIGURA 1. FILTRO DE CONDENSADOR a) Medir el valor pico, VP, y el periodo T, de la señal desalida (en RL) con el osciloscopio. Valor pico 6.8V

Period o 8.32ms

b) Dibuje la señal que aparece en el osciloscopio indicando el numero de divisiones tanto en el eje X como en el Y.

c) Medir y visualizar a la salida la tension del rizado, Vr(p-p), asi como el tiempo de carga del condensador. Para ello seleccionar el modo AC en el osciloscopio.

Tensión de risado (Vr) 16.40V

Tiempo de carga (t0) 2.40ms

d) Medir la tensión VDC, que circula por RL (Utilice el multimetro en corriente continua). Tensión VDC (RL) 10.45V e) Calcular la tensión Vcd, Vr (p-p)

Vdc=

2(16.40 V ) 2 Vomax Vdc= Vdc=10.44 V π π

Vrp=

Vdc 10.44 V Vrp= Vrp=4.37 V 4 fCRL 4∗60∗1∗10−6∗1000

NOTA: Al ser un condensador demasiado pequeño no podemos aplicar la formula del riso, por ende debemos calcular el Vdc dependiendo del circuito rectificador que estemos utilizando en la práctica. f) Comprobar los resultados medidos con los valores calculados Vdc Medido 10.45V

Vdc Calculado 10.44V

Eror Relativo (%) 9.43%

%F=

VALOR CALCULADO−VALOR MEDIDO 10.44−10.45 ∗100 F = ∗100 VALOR CALCULADO 10.44 V %F=9.43

g) Calcule el r% Vr ( RMS )=

r=



Vrp 4.37 V Vr ( RMS ) = Vr ( RMS )=2.52V √3 √3

Vr ( RMS ) 2.52 V ∗100 r = ∗100 r =0.24 Vcd 10.44 V

CONDENSADOR DE 100uF

Arme el circuito indicado en la figura 2. Tenga cuidado con la polaridad del condensador electrolitico. Elterminal negativo debe conectarse con respecto a tierra.

FIGURA 2. FILTRO DE CONDENSADOR a) Medir el valor pico, VP, y el periodo T, de la señal desalida (en RL) con el osciloscopio. Valor pico 1.20V

Period o 8.33ms

b) Dibuje la señal que aparece en el osciloscopio indicando el numero de divisiones tanto en el eje X como en el Y.

c) Medir y visualizar a la salida la tension del rizado, Vr(p-p), asi como el tiempo de carga del condensador. Para ello seleccionar el modo AC en el osciloscopio.

Tensión de Tiempo de risado (Vr) carga (t0) 1.14V 1.1ms Vdc 15.81 V Vrp= Vrp= Vrp=65.87 mV −6 4 fCRL 4∗60∗100∗10 ∗1000

Vp−Vr ( p ) ) Vp 7.35 V −0.30V ( ) 7.35 V π −sin −1 ¿ 2 ¿ π 8.3∗10−3 −1 −sin ¿ t 0= ¿ 2 π T t 0= ¿ π (

(0.95) π −sin−1 ¿ 2 ¿ 0.95 π −sin−1 ¿ 2 8.3∗10−3 t 0= ¿ π t 0=1.15 ms

d) Medir la tensión VDC, que circula por RL (Utilice el multimetro en corriente continua). Tensión VDC (RL) 15.81mV e) Calcular la tensión Vcd, Vr (p-p) Vdc=

Vrp=

Vomax 568 mV Vdc= Vdc=35.5 mV 1 1 1+ 1+ −6 4 fCRL 4∗60∗100∗10 ∗1000

Vdc 35.5 mV Vrp= Vrp=0.14 mV 4 fCRL 4∗60∗100∗10−6∗1000

f) Comprobar los resultados medidos con los valores calculados Vdc Medido 15.81mV %E=

Vdc Calculado 35.5mV

Eror Relativo (%) 0.55%

VALOR CALCULADO−VALOR MEDIDO 7.48 V −7.35V ∗100 %E= ∗100 VALOR CALCULADO 7.48 V %F=0.55

g) Calcule el r% Vr ( RMS )=

r=

Vrp 0.14 mV Vr ( RMS ) = Vr ( RMS )=0.080 mV √3 √3

Vr ( RMS ) 0.080 mV ∗100 r = ∗100r =0.00225 Vcd 35.5 mV



CONDENSADOR DE 10uF

Arme el circuito indicado en la figura 3. Tenga cuidado con la polaridad del condensador electrolitico. Elterminal negativo debe conectarse con respecto a tierra.

FIGURA 3. FILTRO DE CONDENSADOR a) Medir el valor pico, VP, y el periodo T, de la señal desalida (en RL) con el osciloscopio. Valor pico 6.92V

Period o 8.3ms

b) Dibuje la señal que aparece en el osciloscopio indicando el numero de divisiones tanto en el eje X como en el Y.

c) Medir y visualizar a la salida la tension del rizado, Vr(p-p), asi como el tiempo de carga del condensador. Para ello seleccionar el modo AC en el osciloscopio.

Tensión de Tiempo de risado (Vr) carga (t0) 7.12V 1.70ms Vdc 7.12 V Vrp= Vrp= Vrp=0.29V −6 4 fCRL 4∗60∗10∗10 ∗1000

Vp−Vr ( p ) ) Vp 7.12 V −0.29 V ( ) 7.12V π −sin −1 ¿ 2 ¿ π 8.3∗10−3 −1 −sin ¿ t 0= ¿ 2 π T t 0= ¿ π (

(0.95) π −sin−1 ¿ 2 ¿ 0.95 π −sin−1 ¿ 2 8.3∗10−3 t 0= ¿ π t 0=1.70 ms

d) Medir la tensión VDC, que circula por RL (Utilice el multimetro en corriente continua). Tensión VDC (RL) 13.60 e) Calcular la tensión Vcd, Vr (p-p) Vdc=

Vomax 7.12 V Vdc= Vdc=7.5 6V 1 1 1+ 1+ 4 fCRL 4∗60∗1000∗10−6∗1000

Vrp=

Vdc 7.76 V Vrp= Vrp=0.29V 4 fCRL 4∗60∗1000∗10−6∗1000

f) Comprobar los resultados medidos con los valores calculados Vdc Medido 7.12 %E=

Vdc Calculado 7.56V

Eror Relativo (%) 3.73%

VALOR CALCULADO−VALOR MEDIDO 7.56 V −7.12V ∗100 %E= ∗100 VALOR CALCULADO 7.5 6 V %E=6.61V

g) Calcule el r% V r ( RMS )=

r=

Vrp 0.29V Vr ( RMS )= Vr ( RMS ) =0.16 V √3 √3

Vr ( RMS ) 0.16 V ∗100 r = ∗100r =0.021 Vcd 7.5 6V

h) Compare el r% para cada caso y establezca sus concluciones

CONCLUCIONES  Cuando se escoge un capacitor este debe ser mayor al capacitor calculado para un óptimo factor de rizado, pero si sobrepasarse el límite de capacitancia ya que esta puede inducir corrientes grandes en el circuito.  El factor de rizado es un elemento muy importante para el funcionamiento adecuado del circuito. Mientras menos rizo tengamos la vida útil de nuestros equipos se puede prolongar ya que el rizo tiene impacto en los capacitores de todo artefacto electrónico.

RECOMENDACIONES  Verificar que las ondas medidas con el osciloscopio sean las ondas que se muestran en las hojas guía, caso contrario, armar nuevamente en circuito. BIBLIOGRAFIA http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/3000/3079/html/44_filtro _por_condensador.html http://olmo.pntic.mec.es/jmarti50/analogica/practica8.html