• Author / Uploaded
• Ilse Mariel Rodríguez Sandoval

Citation preview

PRACTICA 1 RECTIFICACIÓN DE MEDIA ONDA NO CONTROLADA CON FILTRO y CARGA RESISTIVA OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Analizar el comportamiento de las señales de voltaje y corriente resultante en un rectificador de media onda con filtro. INTRODUCCIÓN: La principal función de un rectificador es convertir corriente alterna en corriente continua, es decir, convertir una señal alterna cuyo valor medio es cero, en una señal continua con valor medio no cero. El rectificador de media onda lo podemos encontrar en la práctica realizando funciones de baja potencia, pudiéndose afirmar que, en la práctica, el empleo de este tipo de circuitos es un poco utilizado, pero su estudio y análisis ofrece al estudiante una base de compresión de los circuitos electrónicos, que le facilitará la de otros circuitos más complejos. A la hora de llevar a cabo la rectificación, se han de utilizar componentes electrónicos analógicos que permitan el paso de la corriente en un solo sentido, permaneciendo bloqueado cuando se le aplique un voltaje de polaridad contraria, para ello, el componente más adecuado y utilizado es el diodo semiconductor de silicio PN, siendo este dispositivo el fundamental de los rectificadores monofásicos no controlados. RELACIÓN DE LA PRÁCTICA CON EL TEMA O SUBTEMA DEL TEMARIO: Rectificador de media onda no controlada MATERIAL Y EQUIPO: Es el adecuado para la practica Cantidad 1 1 1 1 1 1 Juego 1 par

1 mt 1

Descripción Transformador 117 Vac a 24 Vac 2 A Diodo Silicio entre 1N4001 al 1N4007 Resistencia 1KΩ ½ W Capacitor de 2200µF a 65v, 4400µF a 65v Protoboard Base socket con foco 75 o 100 watts Pinzas de punta y corte. Cable de conexión terminales caimán – caimán Alambre Calibre 22 P/conexión Bolsa de caimanes

Equipo VOM Osciloscopio

Software de Simulación: warbench, multisim, Proteus, otros),

PROCEDIMIENTO O DESARROLLO METODOLÓGICO: A) INVESTIGACIÓN (OBLIGATORIO) (Máximo 2 cuartillas incluido dibujos). ANEXAR HOJA I) ANÁLISIS TEÓRICO: * Dibujar la señal de Corriente alterna y parámetros eléctricos. * Dibujar, Analizar y describir el funcionamiento de cada etapa de la rectificación, con señal alterna de entrada * Graficar la señal resultante de la rectificación que se obtiene en la carga con sus parámetros eléctricos. * Dibujar el símbolo y físicamente de los componentes del circuito rectificador y la función de cada uno de ellos. * Utilizando la hoja de datos característicos del diodo (manual) llene la tabla 1. (Vdc) (V) Máximo 50 v

(Idc) mA

Vd (V)

1

Irms (mA)

Vrms(V)

Rin K(Ω)

Vpi (V)

35v

Pdc (W)

Rin Ω

30

TABLA 1. Paramentos eléctricos del diodo 1N4001 ANÁLISIS TEÓRICO 1. Señal de corriente alterna con sus parámetros eléctricos

2. Etapas de la Rectificación

Señal de entrada Señal de salida

El rectificador de media onda tiene como propósito convertir la señal AC en DC, para esto realiza lo siguiente: Como la fuente de tensión es alterna, la mitad del tiempo emitirá corriente en el circuito en un sentido y la otra mitad de tiempo en el otro sentido, cuando coincida que la corriente que intenta entrar al diodo lo hace por el borne positivo, esa corriente llegará a la salida exactamente igual que era en la entrada; pero en los momentos en que la corriente intente entrar por el borne negativo, el diodo no dejará pasar la corriente y la salida se quedará a 0. El resultado de todo esto es una señal en corriente continua.

Vp

Vrms Vdc

3. Señal rectificada con parámetros

4. Componentes del circuito rectificador Componente

Símbolo

Función

Transformador

Un transformador eléctrico es una máquina estática de corriente alterna que permite variar alguna función de la corriente como el voltaje o la intensidad, manteniendo la frecuencia y la potencia, en el caso de un transformador ideal.

Diodo

Un diodo es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. La resistencia es un componente electrónico diseñado para causar una caída de tensión al flujo de electricidad en un punto dado, es decir. En otras palabras, se opone al paso de la corriente en un circuito electrónico, su magnitud de resistencia depende de su cantidad de ohmio [Ω].

Resistencia

II) ANALITICA. (Máximo 2 cuartillas, incluido dibujos). 2) Rectificador de media onda (caso figura 1) a) Utilizando los parámetros eléctricos, Vca = 117Vca a 24Vca y RL = 1KΩ, Realizar el análisis para determinar b) los valores Indicados en la tabla 2, y la señal resultante en la carga con dichos valores, para la rectificación:

 Figura 1, 1/2 Onda

Figura 1 Circuito rectificador de media onda básico.  Figura 2, Primero con Capacitor de 2200uF y después con 4400uF

Figura 2 Circuito rectificador de media onda con Capacitor * PARAMETROS A DETERMINAR Input 24VAC S/Capacitor C = 2200μF C = 4400μF

Vm (V)

Im (mA)

Idc (mA)

Vdc (V)

Irmsdc Vrmsdc (mA) (V)

Vpi (V)

Pdc (W) Frecuencia Hz

33.94 33.94

10.8

10.78

0.02

16.97

33.94 0.11620

60

33.94

33.94 0.1312

10.8

0.02

16.97

33.94

1.3727

60

33.94

33.94 0.2624

10.8

0.02

16.97

33.94

1.3727

60

TABLA 2 valores calculados del rectificador de media onda

CÁLCULOS DE PARÁMETROS

Sin capacitor Vm=24 √ 2=33.94 V Vdc= ℑ=

Vm 33.94 = =10.80 V π π

Vm 33.94 = =33.9 mA R 1000

Idc=0.318 ( 0.0339 ) =10.78 mA VRMS=

Vm 33.94 = =23.99V √2 √2 2

2

Pdc=R× ( Idc ) =( 1000 ) ( 10.78mA ) =0.1162 W IRMS=

ℑ 0.0339 = =0.024 mA √2 √2

Vpico=VRMS × √ 2=( 23.99 ) ( √ 2 )=33.92 V

Con capacitor 2200µF Vm=24 √ 2=33.94 V Vdc=Ventrada× √2=( 24 v ) ( √ 2 )=33.2 v ℑ=

Vm 33.94 = =33.9 mA R 1000

Idc=

Vr ( p− p)× C ( 46.28)( 2200 µF) = =0.1312 A T 0.7758

VRMS=

Vm 33.94 = =23.99V √2 √2

Pdc=R× ( Idc )2=( 1000 ) ( 10.78mA )2=0.1162 W IRMS=

ℑ 0.0339 = =0.024 mA √2 √2

Vpico=VRMS × √ 2=( 23.99 ) ( √ 2 )=33.92 V

Con capacitor 4400µF Vm=24 √ 2=33.94 V Vdc=Ventrada× √2=( 24 v ) ( √ 2 )=33.2 v ℑ=

Vm 33.94 = =33.9 mA R 1000

Idc=

Vr ( p− p)× C ( 46.28)(4400 µF ) = =0.1312 A T 0.7758

VRMS=

Vm 33.94 = =23.99V √2 √2 2

2

Pdc=R× ( Idc ) =( 1000 ) ( 10.78mA ) =0.1162 W IRMS=

ℑ 0.0339 = =0.024 mA √2 √2

Vpico=VRMS × √ 2=( 23.99 ) ( √ 2 )=33.92 V

Vdc

wt

Vd c

wt

Grafica 1 (Figura 1)

Grafica 2 (Figura 2) C = 2200µF Vdc

w tt

Grafica 3 (Figura 2) C =4400µF II) SIMULACIÓN (OBLIGATORIO) IMPRIMIR, ANEXAR Y JUSTIFICAR 3) Realice la simulación correspondiente al los circuitos (Figura 1) y (Figura 2) y obtenga los parámetros indicados en laTabla 3 y la señal resultante en los aparatos de medición con sus valores respectivos. * PARÁMETROS A DETERMINAR Parámetro 24VAC Input Simulación S/Capacitor C=

Vm (V)

Im (mA)

Idc (mA)

Vdc (V)

Irmsdc Vrmsdc (mA) (V)

Vpi (V)

Pdc (W) Frecuencia Hz

33.1

33.94

10.8

10.6

22.93

23.99

33.55 0.11620

60

33.94 33.94

0.131 2

32.87 5

23.99

16.97

33.94

60

1.3727

2200μF C= 4400μF

33.94

33.94

0.262 5

32.89 8

23.99

16.97

33.93

1.3727

60

Tabla 3 Valores obtenidos en la simulación del circuito rectificador de media onda

SIMULACIÓN EN MULTISIM

SIN CAPACITOR

CON CAPACITOR

CON CAPACITOR 4400µF

SEÑALES OSCILOSCOPIO (SIMULACIÓN)

SIN CAPACITOR

CON CAPACITOR DE 2200µF

CON CAPACITOR DE 4400µF

a3) Señales resultantes Vdc

wt

Vd c

wt

Grafica 4 (Figura 1) S(C

Grafica 5 (Figura 2) C = 2200µF

Vdc

w t

Grafica 6 (Figura 2) C =4400µF

III) PRACTICA DE LABORATORIO (OBLIGATORIO) 3A) Antes de armar cada circuito, primero verifique el valor y estado de cada uno de los componentes a utilizar (Transformador, Resistencia Capacitores). 3a1) * Arme el circuito (Figura 1) y posteriormente la (figura 2)., con C = 2200µF, y después C = 4400µF.

3a2) * Conecte los aparatos de medición (VOM y Osciloscopio) y mida los valores indicados en la Tabla 4 3a3) * Graficar la señal resultante en la carga con sus valores. * PARÁMETROS A MEDIR Parámetro 24VAC Input

Vm (V)

Im (mA)

Idc (mA)

Vdc (V)

Irmsdc Vrmsdc (mA) (V)

Vpi (V)

Pdc (W) Frecuencia Hz

33.96

33.6

10.8

10.92

23.99

23.99

33.96

0.16620

60

33.96

33.3

33.3

32.75

23.99

16.98

33.96

1.3727

60

33.94

32.3

33.32

32.86

23.99

16.98

33.94

13727

60

S/Capacitor C = 2200μF C = 4400μF TABLA 4 Valores resultantes medidos del circuito rectificador de ½ ond

3a4) Señales resultantes.

Grafica 7 (Figura 1) S/C

Grafica 8 (Figura 2) C = 2200µF

Vdc

wt

Grafica 9 (Figura 2) C =4400µF

3a5)¿Demuestre que se cumple el proceso de rectificación de media onda (Figura 1), esto es superponga las señales de salida sobre la entrada y con valores. Vdc Vm=33.94V Vrms=16.94V

Vdc=10.8V

w t

Grafica 10 Superposición Señal de entrada vs Salida Figura 1 Justifique si se cumple el proceso de rectificación de media onda, en base a las señales “Grafica” Se puede observar que el proceso de rectificación se cumple puesto se observa la señal de salida se eliminó un semiciclo sin embargo esta señal sigue siendo una señal pulsante puesto que tiene variaciones de voltaje en un tiempo (t).

IV) ANALISIS DE RESULTADOS, (OBLIGATORIO) (máximo 2 cuartillas y anexarla). * Agrupe los resultados obtenidos en la tabla 5 y realice el análisis e interpretación de los datos y señales resultantes del rectificador de media onda calculado y con capacitor de 2200μF y 4400µF, PARAMETRO

24 VCA Vm

Im (mA) Entrada

Irms(mA) Entrada

Idc (mA) Salida

Vdc(V)

Vrms (V) Salida

Vpi (V) Salida

Pdc (W) salida

Calculo simple Calculado 2200µF Calculado 4400µF Simulación Simple Simulación 2200µF Simulación 4400µF Medición Practica Práctico 2200µF Practico 4400µF

33.94

33.94

22.93

10.8

10.8

23.99

33.94

0.11620

33.94

33.94

23.99

0.1312

33.94

16.97

33.94

1.3727

33.94

33.94

23.99

0.2624

33.94

16.97

33.94

1.3727

33.94

33.9

23.99

10.8

10.437

23.99

33.94

0.1121

33.94

33.9

23.99

0.1311

32.89

16.97

33.94

1.426

33.94

33.2

23.99

0.3

32.87

16.95

33.94

1.431

33.94

33.6

23.99

0.1923

10.92

23.99

33.94

1.1369

33.94

33.3

23.99

33.3

32.52

16.98

33.94

1.426

33.94

32.3

23.99

32.3

32.50

16.98

33.94

1.322

Tabla 5 Resumen de parámetros del rectificador de media onda C/capacitor

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS Y SEÑALES RESULTANTES Para el circuito de media onda sin capacitor se procedió a armar el circuito en la protoboard, basado en el esquema del circuito dado. Se energizó el circuito para cerciorarse el correcto funcionamiento de los componentes, y al verificar que todo estuviera correcto (Fig.1), se procedió medir con el VOM los parámetros solicitados, Una vez concluidas las mediciones, se procedió a conectar el osciloscopio para observar la forma de onda del circuito. El canal A se conectó antes del diodo para observar la señal de entrada y el canal B se conectó en la carga para poder apreciar la señal rectificada. Una vez obtenidas ambas señales y comprobando que el proceso de rectificación sí se cumplía, se procedió a tomar las medidas que el osciloscopio nos proporcionaba y se comparaban con los datos obtenidos de manera analítica y los datos que se obtuvieron en la medición con el VOM.

Fig. 1

Fig.

Armado

del

circuito

Señal de entrada

En el circuito rectificador de media onda con un capacitor de 2200µF, primero se armó el circuito basado en el diagrama proporcionado, y se energizó para estar seguros de su correcto funcionamiento, sin embargo, se presentó el caso de que la resistencia de 1k -Ω ½ watt no aguantaba la potencia del circuito, por lo que se optó por usar una resistencia de 1kΩ -5watt. Se volvió a energizar el circuito y una vez visto que todo funcionaba bien y ya no había calentamiento por parte de la resistencia, se tomaron los valores con ayuda del VOM. Después se procedió a conectar el osciloscopio, repitiéndose la conexión del canal A antes del diodo, esto para observar la señal de entrada al circuito, y el canal B en la carga, para apreciar la onda rectificada además de

observar el rizado, efecto que se da gracias al filtro capacitivo que se añadió al circuito, con el fin de obtener una señal DC más continua.

En el tercer y último circuito rectificador de media onda con un capacitor de 4400µF, se realizó lo mismo que en el circuito anterior, observando la señal de entrada en el osciloscopio y la de salida, comprobando que la rectificación se cumplía en este caso también.

SUGERENCIAS DIDACTICAS REPORTE DEL ALUMNO (DISCUSIÓN DE RESULTADOS) Una vez armados los tres circuitos, medidos sus parámetros con el VOM, y observado sus señales, se llegó a los siguientes resultados: Para el rectificador de media onda sin filtro, se observó la onda sinusoidal de entrada en el osciloscopio junto con su onda de salida, donde se apreció el proceso de la rectificación puesto que la segunda onda solo se observa una mitad del ciclo, dando a entender que el diodo solo conduce la mitad de la corriente alterna. Con el rectificador de media onda con filtro capacitivo, se cumplió con el objetivo de rectificar la señal, sin embargo, también se apreció el efecto que produce el filtro sobre la onda. En la señal de salida obtenida, se aprecia que el filtro disminuye el rizado de la señal, todo esto para obtener una señal más constante y estable. CONCLUSIONES Podemos observar que la importancia de los diodos rectificadores es muy grande, pues permite tanto transformar una señal de corriente alterna en una de corriente directa, como duplicar, triplicar, cuadriplicar, etc. voltajes y poder sujetar señales a un cierto valor de CD requerido. También es conveniente resaltar la importancia del conocimiento de las funciones de transferencia para este tipo de dispositivos, pues permite reafirmar el conocimiento del comportamiento del voltaje con respecto del tiempo en estos componentes. La función del circuito de media onda es eliminar uno de los dos semiperiodos de una señal alterna senoidal, proveniente del secundario del transformador. El componente electrónico que se usa para este fin es el diodo, que tiene la propiedad de conducir en un solo sentido.

BIBLIOGRAFIA   

Boylestad- Nashelsky. Electrónica teoría de circuitos Ed. Prentice-Hall. Sedra-Smith. Circuitos microelectrónicas. Ed. McGraw-Hill. Muhammad H. Rashid. Electrónica de potencia (Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones

CUESTIONARIO 1.- ¿Cuáles son los parámetros principales del diodo 1N4007?      

Tensión inversa de pico máximo: 1KV (VRRM)max Tensión máxima en un circuito rectificador de madia onda con carga capacitiva: 500 V (Vef) Rango de temperatura: - 65 ºC a +125 ºC Caída de tensión: 1,1 V (VF) max Corriente en sentido directo: 1 A (If) Corriente máxima de pico: 30 A (Ifsm) max

2.- ¿Cuál de todos esos parámetros son los más importantes? (Enumere 5)     

Tensión inversa de pico no repetitiva (VRSM) Intensidad de pico repetitivo (IFRM) Intensidad directa (IF) Tensión de ruptura (VBR) Intensidad media nominal (IF(AV))

3.- ¿Por qué no se utilizan diodos de Germanio en la rectificación? Los diodos de germanio se utilizan mejor en circuitos eléctricos de baja potencia. Las polarizaciones de voltaje más bajas resultan en pérdidas de potencia más pequeñas, lo que permite que el circuito sea más eficiente eléctricamente. Los diodos de germanio también son apropiados para circuitos de precisión, en donde las fluctuaciones de tensión deben mantenerse a un mínimo. Sin embargo, los diodos de germanio se dañan más fácilmente que los diodos de silicio.

4.- ¿Cuáles son las ventajas y desventajas del circuito rectificador de media onda? Ventajas 

Tiene un costo menor de construcción en comparación con los rectificadores de onda completa debido a que utiliza un solo diodo  El transformador no requiere de derivación Central Desventajas  

Tiene una eficiencia pobre pues trabaja únicamente con la mitad del ciclo de la señal Produce mayor ondulación que uno de onda completa, lo que determina un filtraje mayor

5.- ¿Qué función realiza el capacitor con valor de 2200μF, y 4400μF? Todos los rectificadores necesitan un capacitor para quitar el ruido eléctrico, aunque el menor ruido en el diseño de media onda mejora la eficiencia general. Debido a que menos ruido significa que utiliza capacitores más pequeños, esto ahorra espacio y dinero.

Se utilizan para eliminar la componente de tensión alterna que proviene de la etapa de rectificación. Los capacitores se cargan al valor máximo de voltaje entregado por el rectificador y se descargan lentamente cuando la señal pulsante desaparece. Permitiendo lograr un nivel de tensión lo más continua posible.

6.- Mencione 5 aplicaciones específicas donde se utiliza este circuito. En comparación con el rectificador de onda completa, no utilizaremos rectificador de media onda mucho, pero para algún propósito especial los usamos:   

Para fines de rectificación. Para fines de demodulación de señal. Para detección de picos de señal

7.- Cuales son las ventajas y desventajas del circuito rectificador de media onda C/capacitor Ventajas  Hay menos ruido en la señal del rectificador  La señal DC es más constante Desventajas 

Que el rectificador de media onda no es tan eficiente como el rectificador de onda completa

8.- Describa el funcionamiento del transformador. El funcionamiento de un transformador se basa en el principio de inducción electromagnética. El transformador se compone de dos bobinas, con distintas cantidades de vueltas. Ambas bobinas están unidas por un material ferromagnético para disminuir las pérdidas del transformador. Se aplica un voltaje de corriente alterna al devanado primario, lo que genera en este un campo magnético, que se traslada a través del material ferromagnético al devanado secundario. Al ser un campo magnético variable (debido a la corriente alterna) genera en el devanado secundario una fem (fuerza electromotriz). Este voltaje va a depender de 3 factores:  La cantidad de vueltas que tiene el devanado primario (N1)  La cantidad de vueltas que tiene el devanado secundario (N2)  El voltaje aplicado en el devanado primario 9.- Dibuje la señal de CA con todos sus parámetros.

10.- Determine el valor RMS de Voltaje y corriente del circuito rectificador de media onda Vm 33.94 VRMS= = =23.99V √2 √2 11.- Distinguir entre los valores RMS, el valor pico y el valor promedio de la señal dada. Valor RMS: es el valor del voltaje o corriente en C.A. que produce el mismo efecto de disipación de calor que su equivalente de voltaje o corriente directa. Valor Pico: El voltaje pico a pico, VPP, es una forma de onda de voltaje que se mide desde la parte superior de la forma de onda, llamada cresta, hasta el fondo de la forma de onda. Valor promedio: El valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es cero (0).

V

Vrms=16.94V Vprom=10.8V Vpico=33.94V

t

12.- Investigue donde tendría una aplicación importante que sea de utilidad. Se puede encontrar la utilidad del rectificador de media onda en los radiadores, los cuales se componen también de un termostato que es un contacto abierto o cerrado en función de la temperatura que se regule en el mando giratorio y dos selectores que dependiendo de cual posición tengan se empleará la señal completa o simplemente la mitad.

13.- De una breve explicación del porqué no es muy empleada este circuito prácticamente. Los rectificadores de media onda no son muy eficientes porque sólo convierten la mitad de la corriente alterna (bien la positiva, bien la negativa) en corriente directa. Por lo tanto, los rectificadores de media onda son mucho menos complicados, siendo así que con tan solo un diodo basta para su funcionamiento.

14.-Determinar analíticamente los parámetros de rendimiento del rectificador de media onda s/filtro. Vm=Vac √ 2 Vdc= ℑ=

Vm π

Vm R

Idc=0.318 ( ℑ ) VRMS=

Vm √2

Pdc=R× ( Idc )2 IRMS=

ℑ √2

Vpico=VRMS × √ 2

15.- Definir la rectificación e indique las etapas que lo integran El rectificador es el que se encarga de convertir la tensión alterna que sale del transformador en tensión continua. Para ello se utilizan diodos. Un diodo conduce cuando la tensión de su ánodo es mayor que la de su cátodo. Es como un interruptor que se abre y se cierra según la tensión de sus terminales

El rectificador se conecta después del transformador, por lo tanto, le entra tensión alterna y tendrá que sacar tensión continua, es decir, un polo positivo y otro negativo.