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Laboratorio de electrónica I

PREINFORME # 2 PUENTE RECTIFICADOR DE DIODOS Elaborado por: Elizabeth Restrepo Mesa

OBJETIVO GENERAL  Conocer, implementar y evaluar el diodo en su aplicación como rectificador. OBJETIVOS ESPECIFICOS:

   

Analizar el transformador como elemento reductor de voltaje, verificar su relación de transformación, comparar las señales de entrada y salida de tensión. Conocer las características del diodo y su comportamiento en un circuito. Montar y analizar circuitos para rectificación de media onda, de onda completa. Comparar y analizar los datos teóricos, de simulación y experimentales.

EQUIPO Y ELEMENTOS NECESARIOS Osciloscopio Proto board 1 Transformador 508 4 Diodos rectificadores Resistencia 9.8 k Alambre de teléfono.

MARCO TEORICO: EL TRANSFORMADOR. Características básicas del transformador: El transformador es un conjunto de chapas de hierro muy juntas que tienen dos arrollamientos, uno a cada lado de las chapas de hierro. El transformador es reductor cuando el arrollamiento secundario tiene menos vueltas que el arrollamiento primario, provocando así que se induzca una tensión menor en el secundario comparada con la del primario. El transformador se utiliza para cambiar la magnitud del voltaje y la corriente en un circuito AC. Este cambio es directamente proporcional entre el número de espiras de la bobina secundaria N s y el número de vueltas en la bobina primaria Np, el voltaje generado en el circuito secundario es Vs y el voltaje suministrado en el circuito primario es Vp . La ley del transformador matemáticamente se representa de la siguiente manera.

Vs N s  Vp N p

[1]

Transformador 506 y 509. Los transformador 506, 509 son transformadores cuyas salidas tienen un valor ya preestablecido, donde la señal no sufre ningún tipo de desfase, esto se puede apreciar con la ayuda del osciloscopio.

TRANSFORMADOR 506

VOLTAJE DE ENTRADA: 115-150V VOLTAJE DE SALIDA: 6-0-6, 9-0-9 CORRIENTE: 600mA

TRANSFORMADOR 509

VOLTAJE DE ENTRADA: 115-150V VOLTAJE DE SALIDA: 6-0-6, 9-0-9 VAC CORRIENTE: 2A

Fuente: http://suconel.com/t_suconel/

EL DIODO. Símbolo

Funcionamiento del diodo rectificador: Dispositivo electrónico que permite el flujo de corriente en una sola dirección que es de ánodo (+) a cátodo (-). Modelo ideal del diodo:

Grafica tomada de la exposición de la profesora Julima Anato ciruitos rectificadores Este tipo de diodos (normalmente de silicio que es un material semiconductor), soportan elevadas temperaturas (hasta 200 grados en la unión), siendo su resistencia muy baja y la corriente en tensión inversa muy pequeña. Por ejemplo el diodo rectificador 4004 es muy común en los montajes electrónicos, sus características principales son:

Diodo rectificador de propósito general Material: silicio Corriente: 1A Voltaje: 400V.

RECTIFICACIÖN La generación y la transmisión de energía eléctrica se realizan de una manera más simple y eficiente en corriente alterna. La gran mayoría de los equipos con alimentación eléctrica funcionan con corriente continua. Se plantea entonces la necesidad de convertir la corriente alterna en continua, lo cual se logra por medio de la rectificación. La rectificación se lleva a cabo por medio de uno o más diodos. La característica principal de este es permitir el paso de la corriente en un solo sentido y lo bloquea en caso contrario. Existen varios tipos de circuitos rectificadores, como lo son: el rectificador de media onda y el de onda completa. Rectificadores de media onda En la figura 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.

Figura 1

Figura 2 “Es interesante destacar que la tensión en la carga es unidireccional (positiva) pero no continua (constante). 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”. [2]

Rectificación de onda completa: El circuito rectificador de media onda tiene como ventaja su sencillez, pero adolece de dos defectos: 1) No permite utilizar toda la energía disponible, ya que los semiciclos negativos son desaprovechados; 2) En el caso típico en el que la fuente es el secundario de un transformador tiende a producirse una magnetización del núcleo debido a que el campo magnético es unidireccional. Esta magnetización se traduce en que la saturación magnética se alcanza con valores menores de corriente, produciéndose deformaciones en la onda. Estos inconvenientes se resuelven con los rectificadores de onda completa. Rectificador de onda completa tipo puente:

Figura 3 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 resistencia en forma opuesta, de manera que vL = vS > 0. Las formas de onda de la entrada y la salida se muestran en la figura 4.

Figura 4 Por ejemplo:

Figura tomada de www.unicrom.com

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. [2]

Rectificadores de onda completa con punto medio Un inconveniente de los rectificadores de 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 figura 5.

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. Por ejemplo:

DISEÑO DE EXPERIMENTO: Elementos que se necesitan para el montaje: Transformador 508 (6-0-6) Resistencia 9.8 KΏ (1 W)

4 Diodos 1N4002. Alambres para hacer los puentes. Protoboard. Osciloscopio. Dos puntas para osciloscopio. 

Primero se propone verificar la relación de transformación y el desfase (si lo hay) entre el primario y el secundario del transformador. Equipos usados:  Luego se propone realizar el siguiente montaje: Rectificador de media onda En la figura 1 se muestra el primer montaje, los nodos se marcan tal como se tomarán en la simulación; la idea es visualizar la señal de entrada (Ventr) y la señal de salida en la resistencia y el diodo. Invertir el diodo y observar la salida Vr. Con esto también obtendremos la caída de tensión en cada dispositivo del circuito y a su vez el comportamiento de la corriente en ambos montajes.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------Figura 1.1 Figura 1.2

Valores Teóricos esperados: R=9.8 KΏ Ventr=V10 pico=16.97 v Vdio=V12 pico= 16.27 v (suponiendo que tumba 0.7v) Por la ley de Ohm y caida de voltajes de Kirchoff en el circuito de la figura 1.2 , siguiendo el recorrido de la corriente en el primer semi-ciclo negativo , tenemos: V10=V12+V20 V20=16.97-0.7=16.27v (pico) Vres=V20=16.27v (pico) La corriente en el circuito será entonces: I = V/R= (16.27)/(9.8 kΏ)=1.6*10^(-3) Verifiquemos la potencia de la resistencia: P=VI=16.27*1.6 *10^(-3) =0.026W y la resistencia es de 1W, según este calculo teórico posiblemente no se presente recalentamiento de esta. SIMULACION

Tensión en Fuente, diodo y resistencia.

Corriente resistencia, diodo, fuente.

Rectificador de onda completa

Valores Teóricos esperados: R=9.8 KΏ Ventr=V10 pico=16.97 v Vdio=V12 pico=V30pico= 16.27 v (suponiendo que tumba 0.7 v) Vres=V23=?

Por la ley de Ohm y caída de voltajes de Kirchoff siguiendo el recorrido de la corriente en el primer semi-ciclo positivo tenemos, y por el comportamiento de los diodos D3 y D4 (abiertos ya que la corriente para este semi-ciclo vá de cátodo a ánodo) tenemos: V10=V12+V23+V30 donde V12 =Vresist. , V23=V30==Vdiodo=0.7 (valor supuesto), V23=15.57 v pico I=V/R=0.0015 A

SIMULACIÓN

Corriente de la fuente

Tensión fuente y tensión resistencia

Tensiones d1 d2 d3 d4

ANALISIS DE DATOS

MONTAJE 1

Variable V10 V12 V20 I MONTAJE 2

Datos teóricos (v pico) 16.97

16.27 16.27 1.6*10^(-3)

Datos Simulación (v pico) 16.970 16.970 -16.30 1.6*10^(-3)

Variable V10 V12 V23 I

Datos teóricos [v pico]

Datos Simulación

16.97

16.97 -16.303

16.27 15.57 1.6*10^(-3)

15.636 1.6*10^(-3)

Los valores Teóricos y simulados muestran mucha concordancia. Los análisis precisos de estos resultados y las gráficas se analizarán con detalle en el informe.

BIBLIOGRAFIA [1] Tomado de: Manual de radiología para técnicos. Autor Stewart C. Bushong. [2] 101MIYARA FEDERICO, Articulo escuela de ingeniería electrónica de la Universidad nacional del Rosario.