• Author / Uploaded
• joselin

Citation preview

INFORME DE LABORATORIO N°1 1. Información General: 1.1. 1.2.

1.3. 1.4. 1.5. 1.6.

Docente: Ing. Daniel Álvarez Alumnos: Pilamunga Cristian Salas Esthefanny Tiaguaro Paúl Nivel: Quinto Paralelo: ”A” Fecha de realización de la práctica: 30 de Octubre del 2017 Fecha de entrega del informe: 3 de Noviembre del 2017

2. Tema: Rectificadores de Onda

3. Objetivos: 3.1.

Objetivo General: Demostrar el funcionamiento de un Rectificador de media onda y onda completa utilizando diodos.

3.2.

Objetivos Específicos:    

Hacer uso del osciloscopio para observar el comportamiento de ondas (media onda, onda completa). Obtener lecturas para realizar el cálculo del factor de rizado. Analizar la importancia de cada componente (diodo, resistencia, capacitor) y el papel que desempeña en el circuito. Comparar resultados prácticos con resultados teóricos y valores de la simulación.

4. Materiales y Equipos:  

Osciloscopio Puntas de osciloscopio

    

Resistencias de 1 kohm, 2.2 kohm y 10 Kohm 4 Diodos 1N914, 1N4007 o similar Protoboard Multímetro Transformador 110V a 15V

5. Marco teórico. 5.1.

Diodos

Un diodo rectificador es uno de los dispositivos de la familia de los diodos más sencillos. El nombre diodo rectificador” procede de su aplicación, la cual consiste en separar los ciclos positivos de una señal de corriente alterna. Si se aplica al diodo una tensión de corriente alterna durante los medios ciclos positivos, se polariza en forma directa; de esta manera, permite el paso de la corriente eléctrica. Pero durante los medios ciclos negativos, el diodo se polariza de manera inversa; con ello, evita el paso de la corriente en tal sentido. Durante la fabricación de los diodos rectificadores, se consideran tres factores: la frecuencia máxima en que realizan correctamente su función, la corriente máxima en que pueden conducir en sentido directo y las tensiones directa e inversa máximas que soportarán. Una de las aplicaciones clásicas de los diodos rectificadores, es en las fuentes de alimentación; aquí, convierten una señal de corriente alterna en otra de corriente directa.

Fig. 1.- Diodo

5.2.

Rectificador de media onda

Para comprender mejor la forma en que funciona un semiconductor diodo, es necesario recordar primero que la corriente alterna (C.A.) circula por el circuito eléctrico formando una sinusoide, en la que medio ciclo posee polaridad positiva mientras y el otro medio ciclo posee polaridad negativa. Es decir, cuando una corriente alterna circula por un circuito eléctrico cerrado su polaridad cambia constantemente tantas veces como ciclos o hertz por segundo de frecuencia posea. En el caso de la corriente alterna que llega a nuestros hogares la frecuencia puede ser de 50 o de 60 ciclos en dependencia del sistema que haya adoptado cada país en cuestión. En Europa la frecuencia adoptada es de 50 ciclos y de 60 ciclos en la mayor parte de los países de América (Ver tabla de frecuencia de la corriente por países y los respectivos voltajes).

Fig. 2.- Rectificador de media onda En la imagen se puede apreciar que en el proceso de rectificación de la corriente alterna (C.A.) utilizando un solo diodo, durante un primer medio ciclo negativo los electrones circularán por el circuito atravesando primero el diodo y a continuación el consumidor o carga eléctrica, representado por una resistencia (R). En ese instante, en los extremos de la resistencia se podrá detectar una corriente directa "pulsante" que responde a ese medio ciclo. En el medio ciclo siguiente (esta vez positivo), los electrones cambiarán su sentido de circulación y no podrán atravesar ni la resistencia, ni el semiconductor diodo, porque en ese instante el camino estará bloqueado por el terminal positivo del diodo y no habrá circulación de corriente por el circuito. A continuación y durante el medio ciclo siguiente negativo, de nuevo el diodo vuelve a permitir el paso de los electrones, para bloquearlo nuevamente al cambiar la corriente el sentido de circulación y así sucesivamente mientras se continúe suministrándole corriente al diodo. Por tanto, durante cada medio ciclo negativo de una fuente de corriente alterna (C.A.) conectada a un diodo se registra una polaridad fija en los extremos de un consumidor conectado al circuito de salida del propio diodo, mientras que durante el

siguiente medio ciclo positivo no aparecerá polaridad alguna debido al bloqueo que ofrece el propio diodo al paso de los electrones en sentido inverso. De esa forma, a través del consumidor circulará una corriente pulsante, pues en este caso el diodo actúa como un rectificador de corriente alterna de media onda. 5.3.

Rectificador de onda completa

Cuando un circuito eléctrico o electrónico requiere de una corriente directa que no sea pulsante, sino mucho más lineal que la que permite un simple rectificador de media onda, es posible combinar de dos a cuatro diodos rectificadores de forma tal que la resultante sea una corriente directa (C.D.) con menos oscilaciones residuales.

La estructura más usual para obtener un puente rectificador de "onda completa" es la compuesta por cuatro diodos conectados de forma conveniente. Sin embargo, en algunos casos se obtiene un efecto similar conectando solamente dos diodos, empleando como fuente de suministro de corriente alterna (C.A.) un transformador con una derivación en el centro del enrollado secundario. Esa derivación central permite alimentar por igual a cada uno de los diodos gracias a su simetría en contrafase que hace posible que el punto medio del enrollado sea siempre el polo negativo mientras el polo positivo cambia en sus extremos cada medio ciclo de frecuencia alterna de la corriente aplicada al circuito. Sin embargo, a la salida del circuito rectificador se obtiene una corriente directa (C.D.) de onda completa.

Fig. 3.- Rectificador de onda completa

Un puente rectificador de cuatro diodos funciona de la siguiente forma: como se puede observar en la parte (A) de la ilustración, durante el primer medio ciclo negativo (–)de la corriente que proporciona la fuente de suministro alterna (C.A.)

conectada al puente rectificador, los electrones atraviesan primero el diodo (1), seguidamente el consumidor (R) y después el diodo (2) para completar así la circulación de la corriente de electrones por una mitad del circuito correspondiente al puente rectificador.

6. Desarrollo de la Práctica 6.1.- Diseño

Fig.4.- Circuito rectificador de media onda

Fig.5.- Circuito rectificador de onda completa

6.2. Simulación

Simulación 1.- Rectificador de media onda

Simulación 2.- Rectificador de media onda con el diodo en polarización inversa

Simulación 3.- Rectificador de onda completa

Simulación 4.- Rectificador de onda completa con capacitor

6.3. Implementación 6.3.1. Implementar del circuito de la fig. 4 con una señal de voltaje Vs de 15 Vac a 60 HZ y una resistencia de 1kohm.

Fig. 6. Circuito Media Onda 6.3.2. Obtener la forma de onda del Voltaje VL con un osciloscopio.

Fig. 7. Circuito Media Onda en el Osciloscopio

6.3.3. Realizar el mismo procedimiento del paso 1 al 2 pero invirtiendo la polaridad del diodo.

Fig. 8. Circuito Media Onda en el Osciloscopio con polaridad de diodo inversa

6.3.4. Anotar las observaciones de las formas de onda

Un rectificador simple de media onda de este tipo no es una buena aproximación a una cc constante en forma de onda; contiene componentes de frecuencia de ca a 6OHz y todos sus armónicos. Un rectificador de media onda tiene un factor de rizado r = 121%, lo que significa que tiene más componentes de voltaje de ca en su salida que componentes de voltaje de cc. Obviamente, el rectificador de media onda no es, en consecuencia, una forma muy buena de producir voltaje de cc a partir de una fuente de ca. Durante el intervalo t=0 -> T/2, la polaridad del voltaje aplicado Vrms es igual a la que contiene el diodo cuando sé esta polarizado directamente, por lo que conduce el diodo y permite el pico positivo, y , en los extremos de la resistencia se podrá detectar una corriente directa "pulsante" que responde a ese medio ciclo pero cuando T/2 -> T, la polarización de la entrada se invierte y el diodo no conduce directamente si no inversamente por lo cual permite el pico negativo. El circuito rectificador de media onda tiene como ventaja su sencillez, pero adolece del defecto de no permitir utilizar toda la energía disponible, ya que los semiciclos negativos son desaprovechados;

6.3.5. Implementar del circuito de la fig. 5 con una señal de voltaje Vs de 15 Vac a 60 HZ y una resistencia de 1kohm.

Fig. 9. Circuito Onda Completa

6.3.6. Obtener la forma de onda del Voltaje VL con un osciloscopio.

Fig. 10. Circuito Onda Completa en el Osciloscopio

6.3.7. Anotar las observaciones de las formas de onda

Cuando Vs > 0, los diodos D1 y D2 están polarizados en forma directa y por lo tanto conducen, en tanto que D3 y D4 no conducen. Despreciando las caídas en los diodos por ser éstos ideales, resulta VL = Vs > 0. Cuando la fase de la entrada se invierte, pasando a ser Vs < 0, serán D3 y D4 quienes estarán en condiciones de conducir, en tanto que D1 y D2 se cortarán. El resultado es que la fuente se encuentra ahora aplicada a la carga en forma opuesta, de manera que VL = −Vs > 0. Puede verificarse que ahora se aprovecha la totalidad de la onda de entrada, y, además, la corriente por la fuente ya no es unidireccional como la que circula por la carga, evitando la magnetización del núcleo del transformador.

6.3.8. Colocar un capacitor de (100 o 1000 uF) en paralelo con la resistencia y tomar las formas de onda de la salida del puente y de la resistencia.

Fig. 11. Forma de Onda de un Circuito de Onda completa con Capacitor

6.4. Cálculos

6.4.1. Calcular el valor de factor de rizado observado en las curvas Factor de Rizado

√ √

(

)

6.4.2. Con el valor de factor de rizado calcule el valor de la capacitancia para comprobación

Capacitancia

C= C=104

6.5. Comparación. Con las formas de onda obtenidas de la simulación y del osciloscopio, se puede observar claramente, cuando el voltaje es igual a cero en el osciloscopio no es una línea colineal con respecto al eje del tiempo (t), en cambio en la simulación si lo es; esto es debido a que, en la práctica los elementos consumen energía y generan calor por lo cual se nota esa diferencia.

Fig. 11. Comparación de ondas Osciloscopio-Simulación

7. Conclusiones: 

Los resultados de la práctica fueron comprobados mediante el software Multisim, vale recalcar que el programa nos mostró un valor del voltaje eficaz y el multímetro una medida del Vrms.



El rectificador de onda completa nos permite obtener un mejor Vrms y además con puente de diodos se logra tomar 2 rangos de voltaje; gracias a la arquitectura del transformador.



Los valores observados en la práctica, simulación y cálculo son muy semejante pero no los mismos, es decir que el factor de rizado varía con 0.05, 0.06 y 0,12 respectivamente.

8. Recomendaciones: 

Antes de realizar mediciones con el multímetro primero se debe verificar que tipo de corriente se va a medir (AC o DC), puesto que un error en el uso del equipo lo podría dañar permanentemente.



No se debe utilizar cualquier resistencia o capacitor, primero se debe analizar el circuito requerido y posteriormente a esto se deberá calcular los componentes a utilizar.



Se debe realizar una investigación previa sobre el funcionamiento de los equipos o materiales a utilizar, debido que un mal uso de estos puede causar errores de medición o afectar al quipo gravemente.



Manejar con el debido cuidado el transformador, este puede causar heridas graves.

9. Bibliografía: Ladelec. (s.f.). Ladelec. Recuperado el 29 de Octubre de 2017, de Ladelec: http://www.ladelec.com/teoria/informacion-tecnica/353-diodos-rectificadores Unicrom, E. (2016). Electronica Unicrom. Recuperado el 23 de Oct de 2017, de Electronica Unicrom: https://unicrom.com/triac-scr-control-de-potencia-en-ac/ WikiLibros. (12 de Dic de 2016). WikiLibros. Recuperado el 23 de Oct de 2017, de WikiLibros: https://es.wikibooks.org/wiki/Electr%C3%B3nica_de_Potencia/IGBT/Par%C3%A1 metros_caracter%C3%ADsticos_de_funcionamiento

10. Anexos

Fotografías de la práctica

Datasheet