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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL ESCUELA DE FORMACIÓN DE TECNÓLOGOS TECNOLOGÍA EN ELECTROMECÁNICA

Laboratorio de Electrónica General TRABAJO PREPARATORIO Práctica No: 5 . Tema: Rectificación de Onda Completa, Filtrado y Regulación .

Realizado por: Estudiante: Alexander Salazar

Grupo:

CPR2

Nelson Jácome Luis Banchón

(Espacio Reservado) Fecha de entrega: 2019 / 06 / 05 Año

mes

f. _________________________

día

Recibido por:

Sanción: ____________________________________________________

PERÍODO 2019 – A

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

ESFOT

TEM315L - LABORATORIO DE ELECTRÓNICA GENERAL

PREPARATORIO - PRÁCTICA 4 1. Objetivos:  Conocer el comportamiento de la rectificación mediante el uso de diodos, identificar las características y formas de onda involucradas en la rectificación de onda completa, filtrado y regulación de un voltaje sinusoidal.  Implementar un circuito rectificador de onda completa y observar el voltaje que entrega a la salida.  Adicionar un capacitor al circuito anterior y observar la forma de onda de voltaje a la salida.  Agregar un regulador de voltaje al circuito rectificador y evaluar la forma de onda obtenida.  Realizar una comparación entre los voltajes antes del rectificado, después del rectificado, después del filtrado y después de la regulación.

2. Desarrollo 2.1 Cuestionario Consultar las configuraciones para la rectificación de media onda y onda completa Rectificadores de media onda “En la ilustración 1 se representa esquemáticamente un rectificador de media onda en el cual un diodo se interpone entre la fuente y la carga. Cuando la tensión Vs de la fuente es positiva, el sentido de la corriente es favorable y se produce la circulación, por lo cual suponiendo el diodo ideal (y por lo tanto sin caída de tensión), será VL = Vs. Cuando, en cambio, Vs < 0, el diodo no conduce y entonces VL = 0. Esto se ilustra en la figura 2 para una típica señal senoidal. Se ha indicado tanto la tensión en la carga como la corriente que circula por ella y por la fuente (la tensión y las corrientes en este caso difieren únicamente en un factor de escala). Invirtiendo el diodo se logra una tensión negativa.” [1]

Ilustración 1: Rectificador de media onda

Ilustración 2: Ondas de Vin y Vo del rectificador de media onda

“La tensión de la carga es unidireccional. Esta forma de onda no es la deseable para alimentar dispositivos electrónicos, que generalmente requieren una alimentación constante. Este problema se solucionará más adelante con el empleo de filtros.” [1] Rectificadores de onda completa Su ventaja es la sencillez, pero como desventajas tenemos dos:  No permite utilizar toda la energía disponible, porque los semiciclos negativos son desaprovechados.

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 Si la fuente es de un trasformador se produce magnetización del núcleo debido a que el campo magnético es unidireccional, y se traduce en que la saturación magnética, produciendo deformaciones en la onda.

Ilustración 3: Onda de Vin y Vo del rectificador de onda completa

Estos inconvenientes se resuelven con los rectificadores de onda completa. Tenemos 2 tipos de rectificadores: Tipo puente y Toma central o punto medio.  Tipo Puente “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 estos 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. Las formas de onda de la entrada y la salida se muestran en la ilustración 3.” [1]

Ilustración 4: Rectificador de onda completa tipo puente

 Tipo punto medio o Toma central “Cuando Vs > 0, el diodo D1 conduce y D2 no, por lo tanto la tensión Vs se aplica directamente a la carga a través de D1 y VL = Vs > 0. Cuando Vs < 0, conduce D2, por lo cual se aplica -Vs a la carga, resultando VL = -Vs > 0. En este caso, por cada mitad del arrollamiento secundario circula corriente sólo en una mitad del ciclo, pero lo hace en sentidos opuestos, y como ambos arrollamientos rodean a un mismo núcleo y son simétricos, el núcleo recibe un campo magnético alternativo que no produce magnetización neta permanente. El punto medio del secundario puede utilizarse como masa circuital común entre el secundario y la carga.” [1]

Ilustración 5: Rectificador de onda completa con punto medio

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Un inconveniente de los rectificadores tipo puente es que no existe una referencia común de tensión (masa circuital) entre la fuente y la carga, resultando ambas flotantes entre sí. Una manera de resolver esto es utilizar dos fuentes en contrafase en lugar de una sola, y colocar en cada una de ellas un rectificador de media onda. Las fuentes en contrafase se logran con un transformador cuyo secundario está dividido en dos mitades, tomándose el punto medio como masa común, como se muestra en la ilustración 5.

Calcule el voltaje DC y RMS para una onda de entrada de voltaje sinusoidal 10 Vpp que se ha rectificado con un rectificador de onda completa. Datos:  Voltaje pico-pico=10V  Voltaje pico=5V  Rectificador de onda completa  𝑉𝐷𝐶 =?  𝑉𝑅𝑀𝑆 =? 𝑉𝑀 = 𝑉𝑃 − 2𝑉𝛶 𝑉𝑀 = 5 − 2(0.6) 𝑉𝑀 = 3.8𝑉 2𝑉𝑀 𝜋

𝑉𝑅𝑀𝑆 =

2𝑥3.8𝑉 𝜋

𝑉𝑅𝑀𝑆 =

𝑉𝐷𝐶 = 𝑉𝐷𝐶 =

𝑉𝐷𝐶 = 2.419𝑉

𝑉𝑀 √2 3.8𝑉 √2

𝑉𝑅𝑀𝑆 = 2,687𝑉

Consultar como calcular el factor de rizado de un rectificador de onda completa. FACTOR DE RIZADO DE UN RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA. Es el pequeño componente de alterna que queda tras rectificarse una señal a corriente continua. Para un factor de rizado de media onda y onda completa se tiene la siguiente formula: 2

𝑉𝑅𝑀𝑆,𝐿 𝛶 = √[ ] −1 𝑉𝐷𝐶,𝐿 Teniendo en cuenta un rectificador de media onda se tiene lo siguiente:

𝑉𝐷𝐶 =

2𝑉𝑀 𝜋

𝑦

𝑉𝑅𝑀𝑆 =

𝑉𝑀 √2

𝑉𝑀 2 𝜋 2 ∴ 𝛶 = √[ √2 ] − 1 = √[ ] − 1 ≈ 0.48 2𝑉𝑀 2√2 𝜋

𝛶 ≈ 48% Laboratorio de Electrónica General

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Calcular el capacitor de filtro para el circuito de la Figura 2, para obtener un rizado de 5%, considere un voltaje de entrada sinusoidal de 10 voltios pico, frecuencia de 60 HZ y 1 KΩ de carga. Datos:  Rizado= 5%=0.05  Voltaje sinusoidal  Voltaje pico=10V  Frecuencia=60 Hz  RL=1 KΩ  Rectificador de onda completa  Tipo Puente  𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑜𝑟 =?

𝛶=

Ilustración 6: Realizada en proteus, cálculo del capacitor (Figura 2)

1 4√3 ∙ 𝑅𝐿 ∙ 𝐶 ∙ 𝑓

0.05 =

𝐶=

1 4√3 ∙ 1𝐾Ω ∙ 𝐶 ∙ 60𝐻𝑧 1

4√3 ∙ 1𝐾Ω ∙ 0.05 ∙ 60𝐻𝑧

𝐶 = 48.1125[𝜇𝐹] Valor comercial = 50[𝜇𝐹]

Simular los circuitos y presentar las formas de onda de los circuitos representados en la Figura 1, Figura 2 y Figura 3.

2.2 Diseño A. Figura 1 con una frecuencia de 60 Hz, tomar las formas de onda de voltaje en la fuente y en la resistencia R1.  Vin=10 Vp  Configuración: Tipo puente  Diodo 1N4007 o puente de Diodos  RL=1 KΩ B. Agregar el capacitor (Filtro) calculado en la Figura 2. Tomar las formas de onda de voltaje en la fuente y en la resistencia R1.  Vin=10 Vp  Configuración: Tipo puente  Diodo 1N4007 o puente de Diodos  Capacitor=50[𝜇𝐹]  RL=1 KΩ C. Incluir el diodo Zéner (Regulador de Voltaje) y tomar las formas de onda de voltaje en la fuente y en la resistencia R1.  Vin=10 Vp  Configuración: Tipo puente  Diodo 1N4007 o puente de Diodos  Capacitor=50[𝜇𝐹]  Rs=270 Ω  Diodo Zéner=5,1 V (Zéner 1N4733A )  RL=1 KΩ Laboratorio de Electrónica General

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2.2.1 Diagrama esquemático A.

Ilustración 7: Rectificador de onda completa tipo puente (Figura 1)

B.

Ilustración 8: Rectificador de onda completa tipo puente con filtrado capacitivo (Figura 2)

C.

Ilustración 9: Rectificador de onda completa tipo puente con filtrado capacitivo y Regulador zener (figura 3)

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2.2.2 Análisis de resultados esperados  Canal A del osciloscopio conectado al voltaje de entrada.(Curva amarilla)  Canal B del osciloscopio conectado al voltaje de salida.(Curva azul)

A. Se puede observar que la onda azul es el resultado de la rectificación de onda completa tipo puente. Con voltaje pico de la onda con el cual se procede a obtener los voltajes DC y RMS. 𝑉𝑀 = 𝑉𝑃 − 2𝑉𝛶 𝑉𝑀 = 10 − 2(0.6) 𝑉𝑀 = 8.8𝑉 𝑉𝐷𝐶 =

2𝑉𝑀 𝜋

𝑉𝑅𝑀𝑆 =

𝑉𝐷𝐶 =

2𝑥8.8𝑉 𝜋

𝑉𝑅𝑀𝑆 =

𝑉𝑀

Ilustración 10: Formas de onda obtenidos en Proteus

√2 8.8𝑉 √2

𝑉𝐷𝐶 = 5.6022𝑉

𝑉𝑅𝑀𝑆 = 6.2225𝑉

B. Se puede observar que la onda azul es el resultado de la rectificación de onda completa tipo puente pero con ya un rizado, esto se debe al filtro capacitivo. Con el valor de la capacitancia de 50[𝜇𝐹], se procede a calcular el valor del rizado.

𝛶=

𝛶=

1 4√3 ∙ 𝑅𝐿 ∙ 𝐶 ∙ 𝑓 1 4√3 ∙ 1𝑘Ω ∙ 50[𝜇𝐹] ∙ 60𝐻𝑧

Ilustración 11: Formas de onda obtenidos en Proteus

𝛶 = 0.048 𝛶 = 4.11%

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C. Se puede observar que la onda azul es el resultado de la rectificación de onda completa tipo puente pero con rizado y una regulación de voltaje, El rizado se produjo por filtro capacitivo de 50 50[𝜇𝐹] mientras que la regulación es por el diodo Zener, el voltaje requerido ha regular es de 5,1 V por lo que se ha revisado los datasheet y se ha escogido el Zener 1N4733A Ilustración 12: Formas de onda obtenidos en Proteus

3. Bibliografía/Referencias [1] [2]

O. Rodriguez y R. Guedez, «SlideShare,» 18 Junio 2016. [En línea]. Available: https://www.slideshare.net/orlando6211/practica2completa. [Último acceso: 12 Noviembre 2018]. F. Miyara, «Universidad Nacional de Rosario,» 31 Julio 2002. [En línea]. Available: http://www.softdata.com/utn/DownLoads/rectificadores.pdf. [Último acceso: 12 Noviembre 2018].

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