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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

“CIRCUITOS DE ONDA COMPLETA TIPO PUENTE” II. INFORME PREVIO DE LABORATORIO

Astratto-La rettificazione full-wave è il tema principale di questa relazione di laboratorio. In particolare, questo rapporto presenta i risultati di come sia possibile che quattro diodi in configurazione a ponte convertire una corrente alternata (AC) ad una corrente con una polarità (DC). Allo stesso modo, questa serie di risultati è confrontata con la simulazione controlla la teoria su questo raddrizzatore.

1.-Haga los cálculos empleando el simulador ORCAD / Pspice o similar. Ajuste las frecuencias del generador a los valores de la experiencia.

Resumen-La rectificación de onda completa es el tema principal de este informe de laboratorio. En particular, este informe presenta resultados acerca de cómo es posible que cuatro diodos en una configuración de puente convertir una corriente alterna (AC) a una corriente con una polaridad (DC). Del mismo modo, esta serie de resultados se compara con la simulación para comprobar la teoría de este rectificador.

2.-Simule el circuito rectificador de onda completa y anote las tensiones continuas y forma de onda en la carga.

I. INTRODUCCIÓN

En la simulación se usó la herramienta “punta de prueba (probe 1)” esta muestra los valores de corriente, voltaje en la carga

Hoy en día, la mayoría de equipos electrónicos funcionan con corriente continua; por lo que es necesario una fuente que convierta la alimentación de la pared (corriente alterna) en corriente continua.Así, el funcionamiento de una fuente “convencional” de alimentación se puede describir raudamente con el siguiente esquema:

Para este informe previo se utiliza el software Multisim como programa simulador.

Simulación del circuito rectificador de onda completa

La

rectificación con diodos puede ser del tipo de onda completa o media onda. Asimismo, la de onda completa puede ser con el uso de dos diodos y otra con cuatro diodos. Cualquiera pensaría que un rectificador con dos diodos resultaría la más idónea pues emplea menos diodos; no obstante, la elección de este implica que los diodos soporten mayor tensión inversa (PIV) y además es necesario un terminal intermedio en el secundario del transformador. Por otro lado, el puente de Graetz (o más conocido como tipo puente) usa cuatro diodos pero soportan menos tensión inversa que el anterior y ya no es necesario un “terminal intermedio”, pero disminuye (aunque poco) la tensión entrante debido a que ahora dos diodos se polarizan. Estas características del rectificador tipo puente serán confrontadas con la experimentación en el siguiente informe previo.

(R1).

I.

Fig.1. Simulación del circuito rectificador de onda completa. Nótese que se ha considerado directamente la tensión alterna ya transformada, así se ha despreciado la resistencia de los

Como siguiente paso de la simulación se utilizó un osciloscopio virtual para captar la onda de tensión en el resistor R1. A continuación mostramos el resultado. Laboratorio de Electrónica I - EE441M

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Primero medimos en el diodo D2que rectifica la parte negativa de la onda entregada por el transformador.

Fig.4. Onda de tensión en D2. Nótese que en un periodo, la primera parte tiene un pico negativo, esto es porque el diodo está polarizado en inversa; la otra parte es casi cero, pues el diodo se polariza en directa conduciendo.

Valor DC en R1 Valor pico-pico en R1 Valor RMS en R1

12.9 V 20.9V 14.6V

3.-

Muestre mediante la simulación la forma de onda de los diodos y compárelas con la que entrega el transformador.

Valor DC en D2 20.9V Valor pico-pico en D2 Valor RMS en R1 14.6V Valor RMS D2 Valor pico-pico en R1

-6.46 V 22.2 V 10.7V

Mostramos primero, la onda de tensión que entrega el transformador. II.

Fig.2. Onda de voltaje en R1 (simulación).Se nota que la onda tiene solo una polaridad y por lo tanto un nivel DC distinto de cero, asimismo la parte negativa y positiva ha sido rectificada.

Fig.3. Onda de tensión alterna transformada.Esta es una onda senoidal “limpia” es decir sin armónicos; Ahora utilizamos osciloscopio virtual que colocaremos el obviamente, esto esun ideal, pues el transformador terminal positivo delpor osciloscopio en el ánodo diodo y el introduce armónicos la propia característica no del lineal terminal negativo en el cátodo del diodo. de su núcleo ferromagnético.

A hora medimos en el diodo D4 que rectifica la parte positiva de la onda entregada por el transformador.

Valor DC en D4 Valor pico-pico en D4

-6.46 V 22.2 V

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Valor RMS D4

10.7V 1.-Haga una tabla comparando los valores teóricos con los valores experimentales.

Comparación entra la onda entrante y la onda de tensión en los diodos. -La onda entregada por el transformador es una senoidal con partes negativas y positivas (doble polaridad); en cambio, la onda en los diodos posee una parte negativa mucho más pronunciada que la parte positiva que es casi cero, por lo que se puede considerar de una sola polaridad.

Nota: Durante la experimentación se utilizaron dos medidores: el osciloscopio D1 y el multímetro. D3 V1

III.

15.7 Vrms 60 Hz 0°

RL 2.17kΩ D2

-El pico de la parte negativa de la onda de tensión en los diodos es igual a la amplitud de la onda entregada por el transformador. Es decir:

D4

V m =15.7 √2=22.2V ( onda de transformador ) PIV =22.2 V ( onda de diodo ) → PIV =V m 4.- Invierta los diodos y vuelva a realizar la simulación del rectificador.

IV.

NOTA: esta prueba no se realizó.

Fig.6. Circuito rectificador de onda completa. No se ha incluido al transformador, solo se indica la tensión que entrega el transformador por el lado secundario.

TABLA DE VALORES DEL OSCILOSCOPIO Y SIMULACIÓN DEL CIRCUITO DE FIGURA 6 VALORES ELEMENTO DEL CIRCUITO

RL

D2

D4 III.INFORME FINAL DE LABORATORIO

MAGNITUD

Experimental (Osciloscopio)

VDC VPP VRMS VDC VPP VRMS VDC VPP VRMS

12.8 20.4 14.5 -6.41 22.4 10.7 -6.39 22 10.7

TABLA DE VALORES DEL MULTÍMETRO Y

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TABLAS DE ERRORES RELACIONADOS AL CIRCUITO DE LA FIGURA 6

VDC (RL) VPP (RL) VRMS (RL) VDC (D2) VPP (D2) VRMS (D2) VDC (D4) VPP (D4) VRMS (D4)

Experimental Teórico Relativo (Osciloscopio (Simulación Absoluto (%) ) )

12.8 20.4 14.5 -6.41 22.4 10.7 -6.39 22 10.7

12.9 20.9 14.6 -6.46 22.2 10.7 -6.46 22.2 10.7

0.1 0.5 0.1 0.05 0.2 0 0.07 0.2 0

0.78 2.39 0.68 0.77 0.9 0 1.08 0.9 0

VALORES Error Teórico MAGNITUD Experimenta Relativo l (Simulación Absoluto (%) (Multímetro) )

VDC (RL) VDC (D2) VDC (D4)

12.7 -6.37 -6.32

Los instrumentos para la medición utilizados introducen un error debido a que estos poseen una resistencia interna que modifica ligeramente las corrientes estos son los llamados errores sistemáticos.



La salida del circuito rectificador no estaba regulada, es decir, que las variaciones de tensión de la alimentación de pared influían en la tensión que se medía en la carga; no obstante, la variación no era considerable, apenas de 1V o 2V máximo se registró en el laboratorio.



Cuando se anotó los valores que arrojaban los medidores, estos valores fluctuaban levemente (debido a la razón expuesta en el anterior guion), por lo que el valor más estable era el indicado; empero, estos errores accidentales introducían también un error a pesar que se trataba de elegir el que menos variaba.

Error

VALORES MAGNITU D



12.9 -6.46 -6.46

0.2 0.09 0.14

1.55 1.39 2.17

3.- Dibuje la forma de onda de la carga Para una mejor comprensión y visualización de la experiencia no solo se mostrará la forma de onda de la carga, sino la forma de onda de todos los elementos que intervinieron en el circuito rectificador de onda completa con toma central.

Voltaje de la fuente de alimentación Descripción de la gráfica. Se trabajó (en todos los circuitos) con una fuente de voltaje alterno de la red, la cual fue reducida mediante un transformador. Debido a que el transformador no deforma considerablemente el voltaje de la alimentación inicial, hemos considerado que el voltaje de entrada al circuito fue sinusoidal.

OSERVACIONES Y COMENTARIOS Se puede notar que existe una tendencia tal que los valores experimentales son menores que los valores teóricos de la simulación. Esta diferencia se puede explicar con los siguientes puntos: 

Los devanados del transformador usado en el laboratorio poseen una resistencia propia lo cual introduce una caída de tensión cuando pasa corriente a través de ellos. En la simulación esta “pequeña” caída de voltaje debida a esta resistencia de las bobinas no fue considerada (transformador ideal) por lo que los voltajes de la simulación no son afectadas por tales resistencias así las tensiones en la simulación resultan mayores que las experimentales. Fig.7. Gráfica de la onda de voltaje ya reducida Laboratorio de Electrónica I - EE441M por el transformador.

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Valores de la tensión de entrada(osciloscopio):

V rms =15.7 V V p . p =44.0 V f =(60 ±1) Hz

Voltaje de salida (RL) en el circuito rectificador Descripción de la gráfica. Al encontrarnos frente a un rectificador de onda completa ya podemos predecir los resultados que tendremos al realizar las mediciones, el voltaje eficaz debería presentar un valor de 15.55V, el voltaje medio aproximadamente 13.99V y el voltaje pico-pico 22.0V.

Fig.9. Gráfica de la onda de voltaje en el diodo (D2) del circuito rectificador.

Valores de la tensión el diodo D2 (osciloscopio):

V rms =10.7 V V p . p =22.4 V V cd =−6.41 V

Voltaje en el Diodo (D4) en el circuito rectificador Descripción de la gráfica. Anteriormente analizamos la parte positiva de la onda de entrada, ahora si realizamos en análisis para la parte negativa de la onda podemos apreciar que D1 y D4 no conducen. Lo que nos hace notar que ambos diodos realizan un filtrado de la onda con un desfase de 180º. Valores del voltaje en la salida del circuito rectificador:

V rms =14.5 V VFig.8. GráficaVde la onda de voltaje en la salida p . p =20.4 Vdelcd circuito =12.8rectificador. V

Voltaje en el diodo (D2) en el circuito rectificador Descripción de la gráfica. Analizando el circuito podemos apreciar que cuando se produce la comba positiva de la onda D2 ni D3 conducen. También sabemos por lo estudiado que en un rectificador de onda completa tipo puente el voltaje pico-pico que soportan los diodos es igual al voltaje de entrada, el cual teóricamente debe ser 22.0V.

Fig.10. Gráfica de la onda en el diodo D4 del circuito rectificador.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA 7.- ¿Qué relación hay entre la corriente promedio en un diodo y la corriente promedio en la carga? Valores del voltaje en el diodo D4:

V rms =10.7 V V p . p =22.0 V V cd =−6.39 V

La relación es de uno a dos ya que como podemos observar en las gráficas siguientes la corriente en un diodo se muestra como media onda y por otro lado la corriente en la carga como una onda completa.

Los gráficos que se muestran a continuación muestran la experiencia anterior, pero esta vez se invirtió la posición de los 4 diodos. NOTA: el circuito con diodos invertidos no se realizo en la presente experiencia 4.- ¿Cuánto es la máxima tensión inversa que soportan los diodos? Teóricamente la máxima tensión inversa que soportan los diodos es el voltaje de entrada, aproximadamente 22.0V, como vemos en la experiencia tenemos una tensión inversa de 22.4V para el primer caso y 20.0V para el segundo caso, estas variaciones pueden darse debido a que la onda de entrada no tiene un valor eficaz de 220V todo el tiempo, sino que como sabemos, este valor sufre ligeras variaciones en el tiempo propias de la red eléctrica. 5.-¿Porqué al medir la tensión continua en el diodo resulta negativa? Como explicamos anteriormente, si realizamos en análisis notaremos que en ambos casos los diodos logran “filtrar” laparte negativa y positiva de la onda de la misma forma que se realiza cuando no se invierten los diodos, la razón por la que el voltaje de salida tiene un valor medio negativo es que cuando el diodo filtra la parte positiva la onda tiene un sentido de desplazamiento de “cátodo a ánodo”, sin embargo, para nuestro análisis nosotros estamos considerando el sentido de polarización convencional de “ánodo a cátodo”, es por eso que el voltaje medio siempre es negativo.

8.- ¿Por qué en este circuito no se debe invertir sólo uno de los diodos? Porque ocasionaríamos un cortocircuito, los diodos no soportarían la gran cantidad de corriente y se terminarían quemando. 9.- Analice una fuente DC, simétrica con doble polaridad. Para las fuentes de doble polaridad tendremos que usar solamente dos diodos como se ve en la figura 10 que se muestra una posible estructuración en la que el devanado secundario es con derivación central para obtener dos voltajes Vs, en paralelo con las dos mitades del devanado secundario con las polaridades indicadas.

6. ¿Qué sucede cuando se invierten los diodos? Nota: está prueba de invertir lo diodos no se realizó, pero teóricamente sabemos que cuando se invierten los diodos cambia el sentido de polarización de la resistencia de carga (salida del circuito).

Fig.13. Voltaje de salida en la carga cuando los diodos están invertidos.

Cuando el voltaje de línea de entrada (que alimenta al primario) es positivo, las señales vs serán positivas; el D1 conduce y D2 esta polarizado inversamente, la corriente que pasa por D1 circulara por R y regresara a la derivación central del secundario. El circuito se comporta entonces como rectificador de media onda, y la salida durante los semiciclos positivos será idéntica a la producida por el rectificador de media onda.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Durante el semiciclo negativo del voltaje de CA de la línea, los dos voltajes marcados como Vs serán negativos; el diodo D1 estará en corte yD2 conduce, la corriente conducida por D2 circulara por R y regresa a la derivación central. Por lo tanto durante los semiciclos negativos también el circuito se comporta como rectificador de media onda, excepto que ahora D2 es el que conduce. Es importante decir que la corriente que circula por R siempre circulara en la misma dirección y por lo tanto Vo será unipolar, como lo muestra la figura a.1 Fig. a.1



Las tensiones (valor eficaz, valor promedio, valor picopico) de la experimentación son menores que las tensiones obtenidas por la simulación, esto es porque en la simulación no se consideró la resistencia de los devanados. Por lo que se recomienda, que en el laboratorio se mida la resistencia de tales devanados y se introduzcan en el circuito de la simulación así el error disminuirá.



Antes de alimentar al circuito rectificador, es necesario verificar el estado de los diodos mediante un multímetro apropiado para ello; de esta manera se aseguraría una rectificación esperada.



Cuando se invierten los diodos para la rectificación, es necesario invertir todos lo diodos, pues de lo contrario se podría producir un cortocircuito si es que uno no es invertido.



Es aconsejable medir constantemente la tensión que entrega el transformador, pues si hubiera una variación repentina considerable los valores medidos en el circuito podrían ser inaceptables con respecto a los valores iniciales.



Para una correcta medición con el osciloscopio es necesaria su calibración; esta es la razón, de por qué los valores que arroja el osciloscopio no difieren mucho de los teóricos.

10.- Analice su circuito puente, si la carga es R-L (inductivo) Si la carga fuera del tipo inductivo, recordaremos que en las cargas inductivas la corriente se atrasa respecto a la tensión aplicada a sus bordes un Angulo ɵ, esto indicara un desfasaje respecto a la tensión de salida, por todo lo demás el análisis es lo mismo, solo teniendo mucho cuidado en graficar la corriente de salida como lo vemos en el gráfico:

CONCLUSIONES DE LA EXPERIENCIA

11.-Indique y explique sus observaciones, recomendaciones y conclusiones acerca de la experiencia.



Es posible la rectificación de onda completa de corriente alterna con una configuración de cuatro diodos; incluso si deseamos que la tensión tenga una polaridad negativa con respecto a la masa del circuito será necesario invertir todos los diodos.



El nivel de tensión DC (así como el valor eficaz) en la carga son afectados por resistencias de distintos elementos de los circuitos como los devanados cuando por ellos pasa corriente; incluso si consideramos que en la polarización directa los diodos ofrecen una resistencia entonces éstas también influirían.

OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES Laboratorio de Electrónica I - EE441M

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Podemos concluir de lo anterior, que el nivel de tensión cuando se conecta una carga disminuye con respecto a la tensión en vacío debido a resistencias internas, así podemos verificar lo que se conoce como efecto de carga.

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