informe 4

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA LABORATORIO DE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS PRÁCTICA 4

ESCUELA POLITECNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

LABORATORIO DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS

INFORME:Practica #: 02

Tema: Filtros capacitivos

Andrea Rocha

GR 6

Semestre 12-B

LABORATORIO DE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS

PRÁCTICA No.4

ANDREA ROCHA Hoja 1


INFORME Nombre: Andrea RochaTema: Filtros capacitivos

OBJETIVO

-Comprobar que con el uso de un filtro en un rectificador se disminuye el contenido de la componente alterna y se incrementa la componente continua.

MARCO TEORICO

Circuitos rectificadores ideales con filtros de salidaLos rectificadores de onda ideales producen formas de onda unidireccionales pero de ninguna manera constantes, como sería deseable para su uso como fuente de alimentación. Dado que el problema es equivalente al de eliminar las componentes frecuenciales diferentes de la continua, la solución consiste en utilizar un filtro pasabajos cuya frecuencia de corte esté suficientemente por debajo de la frecuencia de la onda rectificada (igual a fS para un rectificador de media onda y a 2fS para uno de onda completa). Dicho filtro puede implementarse mediante capacitores o inductores.

Rectificador de media onda con filtro capacitivoEn la figura 1 se ilustra el circuito de un rectificador de media onda con filtro capacitivo.

Figura 1. Un rectificador de media onda con filtro capacitivo.

El capacitor y la resistencia configuran un filtro pasabajos. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que debido a la no linealidad del circuito que lo precede, el filtro no se los armónicos. Con referencia a la figura 2, supongamos que inicialmente el capacitor está descargado. Mientras VS crece hacia valores positivos, el diodo se polarizará en forma directa y por lo tanto conducirá. Dado que la resistencia de la fuente y la resistencia dinámica del diodo se han considerado idealmente nulas, la tensión de salida (igual a la caída

ANDREA ROCHA Hoja 2


en el paralelo RL//C) seguirá a la de la entrada. Este proceso continuará hasta el momento t1 en que la tensión de entrada disminuya más rápidamente que la descarga de C a través de RL, ya que en ese caso el diodo pasará a estar polarizado inversamente y dejará de conducir. A partir de ese momento la tensión de salida se desvincula a la de la entrada, siguiendo la evolución exponencial de la descarga del capacitor a través de la resistencia de carga. Mientras tanto, la entrada continuará con su variación senoidal, se hará negativa y luego volverá a ser positiva. En un instante t2 la caída exponencial de la salida se cruzará con el ascenso senoidal de la entrada, y a partir de entonces el diodo volverá a conducir, repitiéndose el proceso anterior. Obsérvese que el diodo conduce sólo durante una fracción del período, por lo cual tanto su corriente de pico Ip como su corriente eficaz Irms pueden llegar a ser varias veces superiores a la corriente media, Imed. lo cual en general implica sobredimensionar los diodos.

Figura 2. Entrada y salida del rectificador de media onda con filtro de la figura 6.

ANDREA ROCHA Hoja 3


La corriente eficaz por el diodo es mayor que la corriente eficaz por la carga (que para un rectificador con bajo rizado es aproximadamente igual a la corriente media). Esto se debe a que la fuente no está cargada siempre con la misma resistencia, a diferencia del rectificador completo incluido el capacitor, que está cargado con RL. Por eso, a pesar de que la fuente entrega a través del diodo la misma potencia media que termina recibiendo la resistencia de carga, su corriente eficaz es mayor.La influencia de la constante de tiempo τ = RLC en el circuito es evidente, cuanto mayor sea τ, más lenta será la caída durante el intervalo de corte del diodo, lo cual significa que el valor alcanzado en el instante t2 será más alto, aproximándose, para τ >> T, al valor de pico Vp. Esta situación se ilustra en la figura 3.

Figura 3. Forma de onda en la carga para tres valores de la constante de tiempo τ = RLC. Conforme τ va aumentando, la tensión media en la carga se aproxima a Vp, el rizado disminuye y el intervalo de conducción del diodo se reduce.

Lo anterior tiene varias consecuencias. En primer lugar, el rizado disminuye y la tensión media en la carga se aproxima a la tensión de pico. En segundo lugar, tanto t1 como t2 se aproximan a los

ANDREA ROCHA Hoja 4


instantes donde hay picos, lo cual reduce el tiempo de conducción del diodo e incrementa su corriente eficaz y su corriente de pico, lo cual exige cuidado en el dimensionamiento del diodo para evitar su destrucción térmica. Por último, permite aproximar la caída por un segmento de recta, lo cual facilita el tratamiento analítico simplificado.

Rectificador de onda completa con filtro capacitivoEn la figura 4 se ilustra el circuito de un rectificador de onda completa con filtro capacitivo.

Figura 4. Un rectificador de onda completa con filtro capacitivo.

El funcionamiento de este circuito, ilustrado en la figura 5, es enteramente similar al de media onda, con la única diferencia de que la caída exponencial (o su aproximación lineal) se encuentra con el pico negativo rectificado, en lugar de con el siguiente pico positivo.

ANDREA ROCHA Hoja 5


Figura 5. Entrada y salida del rectificador de onda completa con filtro de la figura 10.

Todas las conclusiones correspondientes al rectificador de media onda con filtro son cualitativamente aplicables a este caso, cambiando sólo las fórmulas. Puede observarse por simple inspección que para una misma constante de tiempo (compárese con la figura 2) el rizado disminuye y el valor medio aumenta.

Equipos a utilizar:

Fuentes- Fuente AC- Transformador de 120V AC a 12V AC

Elementos- Resistor 1KΩ de un 1w- Capacitor de 1000uF y 47uF- Diodo 1N4007

Equipo de medida- Osciloscopio

ANDREA ROCHA Hoja 6


- Multímetro digitalElementos de protección y maniobra

- Proto board- Cables- Pinzas

PROCEDIMIENTO

1. Armar los circuitos con los filtros aplicados en los rectificadores

de media onda y onda completa tipo tap central, y realizar lo

siguiente:

- Simular y obtener las formas de onda de entrada y salida.

- Tomar datos de los valores DC y rms.

Rectificador de media onda

60 Hz

V1-120/120V T1

+

C11000uF

D21N4007

D11N4007

R11k

Rectificador de Tap Central

2. Armar el circuito con filtro aplicado a un rectificador tipo puente y

repita los pasos indicados en el punto anterior.

ANDREA ROCHA Hoja 7


+

C11000uF

D11N4007

D21N4007

D31N4007

D41N4007

60 Hz

V1-17/17V

R11k

A

Rectificador tipo puente

2. Reemplazar el capacitor de 1000 μF en el rectificador tipo puente

con filtro, por uno de 47 μF y repetir los pasos anteriores.

CUESTIONARIO

INFORME:

1. Capturar las formas de onda obtenidas en la práctica

simulada en Proteus

Rectificador de media onda

1000uF

47uF

ANDREA ROCHA Hoja 8


Rectificador de Tap Central

1000uF

47uF

Rectificador tipo puente

ANDREA ROCHA Hoja 9


1000uF

47uF

2. Presentar en un cuadro todos los valores medidos en la

práctica, compárelos con los valores teóricos y calcule los

respectivos errores, justifique los mismos.

Rectificador de media onda con C=1000uf

Media onda (Valores prácticos)Vrms Vpp VDC F

81,9mV 296mV 18[V] 59,29 Hz

Media onda (Valores calculados)

60 Hz

Error

5.19% 8,39% 8.88% 1.19%

ANDREA ROCHA Hoja 10


Rectificador de onda completa tipo tap con C=1000uf

Onda completa tipo tap (Valores prácticos)Vrms Vpp Vdc F

37.1mV 148 mV 18 V 119,9 Hz

Onda completa tipo tap (Valores calculados)

38.97mv 145.58 mV 16,20 V 120Hz

Error

5.04% 1,63% 10% 0.08%

Rectificador de onda completa tipo puente de diodos con C=1000uf

Onda completa tipo puente (Valores prácticos)Vrms Vpp Vdc F

36,5mV 138m V 17.3 V 120 Hz

Onda completa tipo puente (Valores calculados)

37.3mv 139.75 mV 15.5 120Hz

Error

2,19% 4.92% 1.26 % 0%

Análisis de Error:

Los errores se produjeron tal vez por los cables del osciloscopio ya

que pudieron estar dañados

También se debe a que utilizamos mismo materiales de la práctica anterior

Esto puedo ocurrir por el transformador ya que los errores no son tan grandes

CONCLUSIONES

Si el capacitor es grande significa menos rizado, pero aún

cumpliéndose esta condición, el rizado podría ser grande si la



resistencia de carga es muy pequeña (corriente en la carga es

grande).

Como la capacitancia es de 47uF en un circuito el rizado es

mayor que en el de la capacitancia de 1000uF ya que se

mantiene la carga de 1KΩ

La frecuencia de un rectificador de media onda es la misma a la

frecuencia de entrada f=fE y para un rectificador tipo puente y de

tap central(onda completa) la frecuencia es 2 veces la de entrada

f=2fE

La corriente eficaz por el diodo es mayor que la corriente eficaz

por la carga (que para un rectificador con bajo rizado es

aproximadamente igual a la corriente media). Esto se debe a que

la fuente no está cargada siempre con la misma resistencia, a

diferencia del rectificador completo incluido el capacitor, que está

cargado con RL.

RECOMENDACIONES

Se debe tener en cuenta la polaridad del capacitor ya que si

esta se coloca mal este se recalienta y sufre varios daños

Tener cuidado con el transformador debe ser uno bueno ya

que esto ayuda a obtener una mejor onda en el osciloscopio

Llevar los dispositivos necesarios y extras porque luego

pueden dañar y no tenemos los repuestos

APLICACIONES

Los rectificadores de media onda suelen ser necesario

para proteger al circuito de inversiones de polaridad

causadas por un despiste del usuario

Corregir factor de potencia hasta el unitario eliminando

penalizaciones, obteniendo la máxima bonificación del 2.5% y

el ahorro del 10% en el consumo de energía.



Evita sobrecalentamiento en transformadores, motores y

conductores así como equipos eléctricos y electrónicos,

aumentando la vida útil media de ellos (envejecimientos

prematuros) evitando perdidas de energía en forma de calor.

Reduce daños a tarjetas electrónicas del 100% al 20%.

Regula la tensión a nivel general de la planta ( gran regulador

de voltaje ) aun entrando cargas considerables.

Evitan picos producidos por armonizas y ocasionando daños

irreversibles a los sistemas alimentados por esta energía

eléctrica.

Evitar fallas a fusibles, interruptores termo magnético y otras

protecciones sin tener motivo.

Evitar sobré corrientes en los capacitores de potencia.

Interferencias en sistemas de comunicación y telemando.

BIBLIOGRAFIA

- http://diego19265.blogspot.com/- http://jorgefloresvergaray.blogspot.com/2009/03/alarma-

simple-con-tiristor.html- http://www.infoab.uclm.es/labelec/Solar/Componentes/

Diodo_I/aplicacionesdiodorec.htm


http://www.infoab.uclm.es/labelec/Solar/Componentes/Diodo_I/aplicacionesdiodorec.htm

http://www.infoab.uclm.es/labelec/Solar/Componentes/Diodo_I/aplicacionesdiodorec.htm

http://jorgefloresvergaray.blogspot.com/2009/03/alarma-simple-con-tiristor.html

http://jorgefloresvergaray.blogspot.com/2009/03/alarma-simple-con-tiristor.html

http://diego19265.blogspot.com/

informe 4

Documents

Transcript of informe 4