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• David Gálvez

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Índice de Contenido 1.

TEMA: .......................................................................................................................................... 3

2.

OBJETIVO: .................................................................................................................................... 3

2.1.

OBJETIVO GENERAL: ................................................................................................................ 3

2.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS: ......................................................................................................... 3

3.

MARCO TEORICO:........................................................................................................................ 3

4.

MATERIALES ................................................................................................................................ 8

5.

PROCEDIMIENTO ......................................................................................................................... 8

6.

CÁLCULOS .................................................................................................................................... 8

7.

SIMULACIONES .......................................................................................................................... 11

8.

VALORES MEDIDOS, SIMULADOS, CALCULADOS ...................................................................... 14

9.

CÁLCULO DE ERRORES............................................................................................................... 14

10.

ANÁLISIS DE RESULTADOS..................................................................................................... 15

11.

CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 15

12.

RECOMENDACIONES ............................................................................................................. 16

13.

BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................ 16

14.

Anexos ................................................................................................................................... 16

Índice de Gráficos Ilustración 1 Rectificador de media onda ........................................................................................... 4 Ilustración 2 Funcionamiento de puente de diodos ........................................................................... 4 Ilustración 3 Formas de onda .............................................................................................................. 5 Ilustración 4 Determinación de V para diodos de silicio en la configuración ..................................... 5 Ilustración 5 Circuito rectificador onda completa tipo puente ........................................................... 6 Ilustración 6 Semiciclo positivo del rectificador tipo puente .............................................................. 6 Ilustración 7 Semiciclo negativo del rectificador tipo puente ............................................................ 6 Ilustración 8 Onda rectificada ............................................................................................................. 7 Ilustración 9 Rectificador de onda completa tipo puente con filtro ................................................... 7 Ilustración 10 Onda rectificada con filtro............................................................................................ 7 Ilustración 11 Cálculo de valores en el rectificador de onda .............................................................. 8 Ilustración 12 Simulación de circuito completo ................................................................................ 12 Ilustración 13 Señal de entrada y salida del osciloscopio en el rectificador de onda completa....... 12 Ilustración 14 Identificación de cada parte del circuito .................................................................... 13 Ilustración 15 Onda de entrada y salida tomadas en laboratorio..................................................... 13

Ilustración 16 Conexión del rectificador de onda completa ............................................................. 17 Ilustración 17 Toma de datos de osciloscopio .................................................................................. 17

Índice de Ecuaciones Ecuación 1 Factor de rizado ............................................................................................................... 8 Ecuación 2 Cálculo de capacitor ........................................................................................................ 11

Índice de Tablas

Página

2

Tabla 1 Datos Onda sinusoidal calculada entrada y salida................................................................ 14 Tabla 2 Datos Onda sinusoidal simulada entrada y salida ................................................................ 14 Tabla 3 Datos Onda sinusoidal medida entrada y salida .................................................................. 14 Tabla 4 %Errores Medido-Calculado ................................................................................................. 14 Tabla 5 %Errores Medido-Simulado .................................................................................................. 15 Tabla 6 %Errores Simulado-Calculado............................................................................................... 15

Resumen Diseño de un circuito rectificador alimentado con 110V, utilizando un transformador reductor de voltaje de 110V a 12V conectado a un puente de diodos de 110V a 1A que permitirá transformar la señal de alterna a continua y alimenta una carga en este caso es un motor de 12V.

1. TEMA: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CIRCUITO RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON PUENTE DE DIODOS CON FILTRO

2. OBJETIVO: 2.1. 

Diseñar un circuito con diodos para una rectificación de onda completa e implementar un filtro RC para reducir el rizado de la onda permitiéndonos obtener un voltaje lo más constante posible que nos permita alimentar una carga en dc.

2.2.   

OBJETIVO GENERAL:

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Analizar matemática y físicamente el efecto que producen estos tipos de rectificadores; en un circuito eléctrico. Reconocer la forma de la tensión resultante de un rectificador de onda completa alimentado con una señal senoidal. Comprender la operación de un circuito rectificador con puente de diodos (puente rectificador) como rectificador de onda completa.

3. MARCO TEORICO:

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El nivel de cd obtenido a partir de una entrada senoidal se puede mejorar 100% mediante un proceso llamado rectificación de onda completa y este es un circuito empleado para convertir una señal de corriente alterna de entrada (Vi) en corriente continua de salida (Vo) pulsante. A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal positiva o negativa de corriente continua. (Boyestad, 2009)

3

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA

La red más conocida para realizar tal función aparece en la figura 1 con sus cuatro diodos en una configuración de puente. Durante el periodo t _ 0 para la polaridad de la entrada es como se muestra en la ilustración 1. Las polaridades resultantes a través de los diodos ideales también se muestran en la ilustración 2 para revelar que D2 y D3 están conduciendo, mientras que D1 y D4 están “apagados”. (Boyestad, 2009) Como los diodos son ideales, el voltaje de carga es vo _ vi, como se muestra en la misma figura

Ilustración 1 Rectificador de media onda

Ilustración 2 Funcionamiento de puente de diodos

Puente Rectificador El rectificador en puente, usa cuatro diodos en una disposición de puente para lograr la rectificación de la onda completa. Esta es una configuración ampliamente usada con diodos individuales cableados como se muestra, o con puentes de simple componente, donde el puente de diodos está cableado internamente

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4

En la región negativa de la entrada los diodos que conducen son D1 y D4 y la configuración es la que se muestra en la ilustración 3. El resultado importante es que la polaridad a través del resistor de carga R es la misma de la ilustración 2, por lo que se establece un segundo pulso positivo, como se muestra en la ilustración 3. Durante un ciclo completo los voltajes de entrada y salida aparecerán como se muestra en la ilustración 3. (Boyestad, 2009)

Ilustración 3 Formas de onda

Como el área sobre el eje durante un ciclo completo ahora es el doble de la obtenida por un sistema de media onda, el nivel de cd también se duplica y

Vcd = 0.636 Vm Si se utilizan diodos de silicio en lugar de ideales como se muestra en la ilustración 4, la aplicación de la ley de voltajes de Kirchhoff alrededor de la trayectoria de conducción da

vo = vi - 2VK En situaciones donde Vm >> 2VK , se puede aplicar la siguiente ecuación para el valor promedio con un nivel de precisión relativamente alto

Vcd =0.6361Vm - 2VK2

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5

Ilustración 4 Determinación de V para diodos de silicio en la configuración

Circuito rectificador de onda completa de puente sin filtro capacitivo El circuito rectificador de onda completa es el que se utiliza si lo que se desea es utilizar todo el voltaje del secundario del transformador.

Ilustración 5 Circuito rectificador onda completa tipo puente

En este circuito el transformador es alimentado por una tensión en corriente alterna. Los diodos D1 y D3 son polarizados en directo en el semiciclo positivo, los diodos D2 y D4 son polarizados en sentido inverso. La corriente atraviesa la resistencia de carga RL. Siguiendo la siguiente trayectoria. (Perez, 2014)

Ilustración 6 Semiciclo positivo del rectificador tipo puente

En el semiciclo negativo, la polaridad del transformador es el inverso al caso anterior y los diodos D1 y D3 son polarizados en sentido inverso y D2 y D4 en sentido directo. La corriente como en el caso anterior también pasa por la carga RL en el mismo sentido que en el semiciclo positivo. Siguiendo la trayectoria siguiente.

Ilustración 7 Semiciclo negativo del rectificador tipo puente

La señal tendrá la forma de una onda rectificada completa. (Perez, 2014)

Ilustración 8 Onda rectificada

Circuito rectificador de onda completa de puente con filtro capacitivo La señal de onda rectificada es pulsante y para "aplanarla" se pone un condensador (capacitor) en paralelo con la carga. Este capacitor se carga a la tensión máxima y se descargará por RL mientras que la tensión de salida del secundario del transformador disminuye a cero ("0") voltios, y el ciclo se repite. (Martinez, 2014)

Ilustración 9 Rectificador de onda completa tipo puente con filtro

Obteniendo la siguiente gráfica:

Ilustración 10 Onda rectificada con filtro

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El objetivo del rectificado es obtener una tensión continua pero es inevitable que superpuesta a esta aparezcan componentes armónicos, a esto se le llama rizado. (Perez, 2014) Para cuantificar el rizado se introduce el factor de forma, definido como el cociente entre el valor eficaz del rizado y el valor medio de la señal, expresado normalmente en forma porcentual:

7

FACTOR DE RIZADO

𝐹𝐹 =

𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑉𝑑𝑐

El factor de rizado es igual a: 𝐹𝑅 = √𝐹𝐹 2 − 1 Ecuación 1 Factor de rizado

Tiene como porcentajes el 15%-20% máxima.

4. MATERIALES      

Transformador 110V/12V Diodos de silicio 1N4001 Motor dc/ Capacitores(230uF) Puntas de osciloscopio Cables

5. PROCEDIMIENTO 1. 2. 3. 4.

Diseño del circuito partiendo de las condiciones de trabajo de la carga ( motor dc /5V) Implementar el circuito diseñado en el protoboard. Medir en el circuito voltajes (Vrms, Vdc) y corriente (Irms, Idc). Conectar al osciloscopio y observar las señales de voltaje secundario del transformador y de voltaje de la carga.

Ilustración 11 Cálculo de valores en el rectificador de onda

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8

6. CÁLCULOS

VOLTAJE PICO

Entrada: V2 = 12 [v]

Salida: -V2 + 2Vt + Vo = 0 Vo = 12 -2 (0.7) Vo = 10.6 [V]

VOLTAJE DC

Sinusoidal Entrada 𝑉𝑑𝑐 =

𝑉𝑑𝑐 =

1 2𝜋 ∫ 12 𝑠𝑒𝑛(𝑤𝑡)𝑑𝑡 2𝜋 0

1 12 𝑐𝑜𝑠(𝑤2𝜋) 12 𝑐𝑜𝑠(0) [− + ] 2𝜋 𝑤 𝑤 𝑉𝑑𝑐 = 0 [𝑉]

Salida 𝑉𝑑𝑐 = 0.636(𝑉𝑚 − 2𝑉𝑡) 𝑉𝑑𝑐 = 0.636(12 − 1.4)

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9

𝑉𝑑𝑐 = 6,74 [𝑉]

VOLTAJE RMS Y VOLATJE Vrms

Sinusoidal Entrada 1 2𝜋 𝑉𝑅𝑀𝑆 = √ ∫ 𝑉𝑚2 sin2(𝑤𝑡) 𝑑𝑡 2𝜋 0 𝑉𝑅𝑀𝑆 = 𝑉𝑅𝑀𝑆 =

𝑉𝑚 √2 12 √2

𝑉𝑅𝑀𝑆 = 8,48 𝑉

𝑉𝑟𝑚𝑠 = √𝑉𝑅𝑀𝑆 2 − 𝑉𝑑𝑐 2 𝑉𝑟𝑚𝑠 = √8,482 − 02 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 8,48 𝑉 Salida 1 𝜋 𝑉𝑅𝑀𝑆 = √ ∫ 𝑉𝑜 2 sin2(𝑤𝑡) 𝑑𝑡 𝜋 0 𝑉𝑜 2 𝜋 1 𝑐𝑜𝑠(2𝑤𝑡) 𝑉𝑅𝑀𝑆 = √ ∫ ( − ) 𝑑𝑡 𝜋 0 2 2 𝑉𝑜 2 𝑡 𝑠𝑒𝑛(2𝑤𝑡) 𝑉𝑅𝑀𝑆 = √ [ − ] 𝜋 2 4𝑤

𝑉𝑜 √2

= 7,49 𝑉

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𝑉𝑅𝑀𝑆 =

10

𝑉𝑜 2 𝜋 𝑉𝑅𝑀𝑆 = √ ∗ 𝜋 2

𝑉𝑟𝑚𝑠 = √𝑉𝑅𝑀𝑆 2 − 𝑉𝑑𝑐 2 𝑉𝑟𝑚𝑠 = √7,492 − 6,742 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 3,27 𝑉

CÁLCULO DEL CAPACITOR 𝐶=

𝐼𝑑𝑐 2 ∗ 𝑓 ∗ 𝑉𝑅 𝑝𝑖𝑐𝑜−𝑝𝑖𝑐𝑜

Ecuación 2 Cálculo de capacitor

Siendo:   

Idc: Corriente dada por el fabricante del transformador f: frecuencia del voltaje de entrada Vr pico-pico: Voltaje de rizo pico-pico

Para un rectificador de media onda, el voltaje de rizo se calcula de la siguiente manera: 𝑉𝑟 (𝑟𝑚𝑠) = 0.308 ∗ 𝑉𝑚 = 0.308 ∗ (24√2) 𝑉𝑟 (𝑟𝑚𝑠) = 10.4538 𝑉 𝑉𝑟𝑝𝑖𝑐𝑜−𝑝𝑖𝑐𝑜 = 2√3 ∗ 𝑉𝑟(𝑟𝑚𝑠) = 2√3 ∗ (10.4538) 𝑉 𝑉𝑟𝑝𝑖𝑐𝑜−𝑝𝑖𝑐𝑜 = 36.2132 𝑉 𝐶=

1𝐴 2 ∗ 60 𝐻𝑧 ∗ 36.2132 𝑉 𝐶 = 230 𝑢𝐹

Sin embargo, por motivo de la reducción óptima del voltaje de rizo, se optó por el uso de un capacitor de 470uF, que equivale aproximadamente al doble del valor de capacitor calculado.

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11

7. SIMULACIONES

Simulacion del circuito

Ilustración 12 Simulación de circuito completo

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Ilustración 13 Señal de entrada y salida del osciloscopio en el rectificador de onda completa

12

Señal de entrada simulada y salida

Circuito encendido

Ilustración 14 Identificación de cada parte del circuito

EXPERIMENTAL: Datos tomados en el laboratorio:

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Ilustración 15 Onda de entrada y salida tomadas en laboratorio

13

ONDAS DE ENTRADA Y SALIDA

Análisis: En la parte izquierda observamos la onda de entrada, con un Valor pico de 6[v], a la derecha tenemos la onda de salida, donde hay que analizar, la parte que apunta la flecha azul, se debe al voltaje de trabajo de 1.4 [v], que cae en los diodos por ser de Si.

8. VALORES MEDIDOS, SIMULADOS, CALCULADOS

Onda sinusoidal Calculado Salida(V)

Entrada(V)

Vrms

3,27

8,48

Vpp

10,6

12

Vprom.

6,74

0

Tabla 1 Datos Onda sinusoidal calculada entrada y salida

Onda sinusoidal Simulado Salida(V)

Entrada(V)

Vrms

3,32

8,48

Vpp

11

12

Vprom.

6,83

0

Tabla 2 Datos Onda sinusoidal simulada entrada y salida

Onda sinusoidal Medido Salida(V)

Entrada(V)

Vrms

3,41

8,50

Vpp

10,76

12

Vprom.

7,02

0

Tabla 3 Datos Onda sinusoidal medida entrada y salida

9. CÁLCULO DE ERRORES

Onda sinusoidal

0,95% …. ….

Val. Medido(V) 3,41 10,76 7,02

Tabla 4 %Errores Medido-Calculado

%Error 4,28% 1,51% 4,15%

14

%Error

Salida Val. Calculado(V) 3,27 10,6 6,74

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Vrms Vpp Vprom.

Val. Medido(V) 8,50 12 0

Entrada Val. Calculado(V) 8,42 12 0

Onda sinusoidal

Vrms Vpp Vprom.

Val. Medido(V) 8,50 12 0

Entrada Val. Simulado(V) 8,48 12 0

%Error 0,23% …. ….

Val. Medido(V) 3,41 10,76 7,02

Salida Val. Simulado(V) 3,32 11 6,83

%Error 2,71% 2,18% 2,78%

Tabla 5 %Errores Medido-Simulado

Onda sinusoidal

Vrms Vpp Vprom.

Val. Simulado(V) 8,48 12 0

Entrada Val. Calculado(V) 8,48 12 0

%Error …. …. ….

Val. Simulado(V) 3,32 11 6,83

Salida Val. Calculado(V) 3,27 10,6 6,74

%Error 1,53% 3,77% 1,34%

Tabla 6 %Errores Simulado-Calculado

10. ANÁLISIS DE RESULTADOS Se puede observar en la tabla de errores que los valores no superan un valor del 5%, el máximo error que vemos es del 2.78% en la salida entre el Vprom salida, medido y simulado, de ahí los demás errores están en un margen de error promedio, la precisión es aceptable debido a las consideraciones que se hizo en los cálculos, como las caída en los diodos de 1.4[v] Otro factor que puede influir en los valores de errores es que al momento de calcular los valores teóricos de las variables muy posiblemente, no tomamos en cuenta todos los decimales esto también influye en el error. El correcto estado y funcionamiento de los elementos y de los instrumentos utilizados en la práctica también es un factor que pudo haber provocado el porcentaje de error mostrado en la tabla. El principal factor que provoca el error se produce en el cálculo de las variables, pues influye como vamos a representar al puente de diodos o al diodo pues dicho elemento se los puede representar de tres formas como circuito abierto y corto circuito, como fuente y como fuente resistencia existirá un error dependiendo de qué forma representemos al diodo.

Pudimos constatar el efecto del voltaje de trabajo que se apreció en las ondas de salida de 0.7 [v], pues el diodo se activa a partir de este voltaje, pues utilizamos un 1N4007 de Si.

Página



15

11. CONCLUSIONES





Al realizar la práctica pudimos comprobar que para el rectificador de onda completa la señal de entrada se rectifica totalmente mediante el circuito construido y se logra así una salida de corriente continua restada en amplitud por la caída de tensión en los diodos de 1.4[v] en base a una entrada de corriente alterna. Se pudo comprobar que el diseño con el puente de diodos y la carga resistiva conectados de una manera adecuada, la parte positiva de la señal AC pasa hacia la carga y la parte negativa se rectifica en generando así un rizo continuo.

12. RECOMENDACIONES     

Comprobar el correcto funcionamiento de los elementos y los instrumentos con los que se va a trabajar para así evitar que el margen de error sea muy alto. Debemos tener cuidado con la conexión de los cables del circuito, ya que si un cable está mal conectado esto podría causar un corto circuito. Pedir ayuda al instructor en cualquier inquietud creada ya que esto nos va ha ayudar a prevenir cualquier problema que pueda surgir. Tener todos los materiales necesarios para realizar la práctica de laboratorio para así evitar contratiempos. Apagar todos los equipos una vez finalizadas la práctica.

13. BIBLIOGRAFIA Boyestad, R. L. (2009). Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electronicos. Mexico: PEARSON Educacion. http://www.unicrom.com/Tut_rectificador_onda_completa_puente.asp. (23 de noviembre de 2014). Martinez, J. (30 de 11 de 2014). Rectidicador. Obtenido de http://www.fceia.unr.edu.ar/enica3/rectif.pdf Perez, A. (30 de 11 de 2014). Recticador de Onda completa. Obtenido de http://www.unicrom.com/Tut_rectificador_onda_completa_puente.asp.

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14. Anexos

Ilustración 16 Conexión del rectificador de onda completa

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Ilustración 17 Toma de datos de osciloscopio