Informe De La Práctica Nº 1 De Laboratorio De E.A.I..

01=Informe De La Prctica N 1 De Laboratorio De E.A.I..

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA. LA UNIVERSIDAD DEL ZULIA.FACULTAD DE INGENIERA. ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA. DEPARTAMENTO DE ELECTRNICA.ASIGNATURA: LABORATRIO DE ELECTRNICA ANALGICA I.

Prctica # 1:RECTIFICADORES & FUENTES DE ALIMENTACIN.

Profesor:Cesar lvarez.Seccin: 002Realizado por:Jaliesis Pia. C.I.: 21.383.173.Eduardo Romero. C.I.: 20.842.417.Gregory Parra. C.I.: 12.345.678.Jorge Acosta. C.I.: 12.345.678.Contenido. RESUMEN. INTRODUCCION.1) Definiciones y caractersticas de algunos elementos utilizados en esta prctica.2) Rectificador de media onda.3) Rectificador de onda completa.4) Puente rectificador.5) Puente rectificador con diodo zener.6) Fuente de alimentacin dual regulada.

OBJETIVOS DE LA PRCTICA. Objetivos Generales. Objetivos Especficos. DISEO EXPERIMENTAL. MATERIALES & EQUIPOS. I PARTE: CIRCUITOS UTILIZADOS EN ESTA PRCTICA. II PARTE: CLCULOS CORRESPONDIENTES A LOS CIRCUITOS UTILIZADOS EN ESTA PRCTICA. III PARTE: DATOS MEDIDOS CORRESPONDIENTES A LOS CIRCUITOS UTILIZADOS EN ESTA PRCTICA. IV PARTE: TABLAS COMPARATIVAS. V PARTE: ANLISIS DE LOS RESULTADOS.

CONCLUSIONES. BIBLIOGRAFA.

Maracaibo, 3 de Octubre del 2013. 29

RESUMEN.

Una resistencia ordinaria es un dispositivo lineal porque la grfica de su corriente en funcin de su voltaje es una lnea recta. Un diodo es diferente, es un dispositivo no lineal, porque la grfica de su corriente en funcin del voltaje no es una lnea recta. La razn es la barrera de potencial. Cuando la tensin del diodo es menor que la barrera de potencial, la corriente del diodo es pequea; si la tensin del diodo supera esta barrera de potencial, la corriente del diodo aumenta rpidamente. Sabemos que el diodo est formado por dos elementos semiconductores. El lado p que se llama nodo y el lado n que se llama ctodo. El smbolo del diodo es similar a una flecha que apunta del lado p al lado n, es decir la corriente a travs del diodo ir en el sentido que lo indica la flecha (un solo sentido), del nodo al ctodo; del ctodo al nodo ste acta como un interruptor abierto.

Pero, Cul es la caracterstica principal del diodo? La caracterstica principal del diodo es rectificar ondas variables en el tiempo, en nuestro caso ondas de corriente alterna. Existen muchas aplicaciones para el diodo, pero en este informe solo hablaremos de 5 aplicaciones, que fueron puestas en prctica en el laboratorio.

Las aplicaciones que realizamos con el diodo fueron las siguientes:1) Rectificador de Media Onda.2) Rectificador de Onda Completa.3) Puente Rectificador.4) Puente Rectificador con diodo zener en paralelo a la carga.5) Fuente de alimentacin regulada.

Existen tambin varios tipos diodos aparte del diodo normal. Pero en este informe a parte del normal, solo hablaremos de uno adicional, el diodo zener, cuyas caractersticas las conoceremos ms adelante.

Los mtodos que empleamos en estas aplicaciones fueron las siguientes:a) Determinar el voltaje mximo del rectificador, bien sea analticamente o experimentalmente con el osciloscopio y compararlo con la onda sinusoidal del secundario del transformador (tensin pico).b) Determinar el Voltaje de rizado si se presentan condensadores.c) Determinar la potencia del zener en la aplicacin 4.d) Determinar a diferentes niveles de resistencia de los potencimetros, las tensiones de salida duales, de la fuente de alimentacin regulada.

Estos mtodos van enlazados con los datos tericos y medidos. Comparamos estos valores y efectivamente fueron bastante aproximados, aunque la teora de errores para algunos de ellos, resultaron un poco elevados. Ms adelante hablaremos de las ecuaciones que se utilizan en estos mtodos, de los objetivos que se tienen que cumplir en cada aplicacin y de los anlisis de estos resultados.

Palabras Claves:1) Rectificador2) Voltaje de rizado3) Regulacin de tensin

Introduccin.

Rectificadores &fuentesde alimentacin.

Rectificadores: 1) Definiciones & caractersticas de algunos elementos utilizados en estas prcticas:

1.1) El diodo: Es una sustancia cuya conductividad es menor que la de un conductor y mayor que la de un aislante. El grado de conduccin de cualquier sustancia depende, en gran parte, del nmero de electrones libres que contenga. En un conductor este nmero es grande y en un semiconductor pequeo es insignificante. El nmero de electrones libres de un semiconductor depende de los siguientes factores: calor, luz, campos elctricos y magnticos aplicados y cantidad de impurezas presentes en la sustancia.

La figura 1(a), representa el smbolo esquemtico de un diodo. El lado p se llama nodo y el lado n se llama ctodo. El smbolo del diodo es similar a una flecha que apunta del lado p al lado n, es decir del nodo al ctodo. La figura 1(b) muestra algunas de las muchas formas de representar un diodo tpico, aunque no todas las que existen. En los diodos el ctodo (k) se identifica mediante una banda de color.Figura 1: (a) Smbolo esquemtico. (b) Tipos de encapsulados. (c) Polarizacin directa.

En la figura 1(c), se muestra un circuito con un diodo. En este circuito, el diodo est polarizado en directa. Cmo lo sabemos? Porque el terminal positivo de la batera est conectado al lado p del diodo a travs de una resistencia, y el terminal negativo est conectado al lado n. Con esta conexin, el circuito est tratando de empujar huecos y electrones libres hacia la unin. En circuitos ms complicados puede ser difcil establecer si el diodo est o no polarizado. Cuando el diodo forma parte de un circuito complicado tambin puede utilizarse el teorema de Thvenin para determinar si est polarizado en directa. Por ejemplo, suponiendo que se ha simplificado un circuito complejo con el teorema de Thvenin para obtener el circuito de la figura 1(c), sabremos que el diodo est polarizado en directa. El circuito de la figura 1(c), puede montarse en el laboratorio. Tras conectarlo, es posible medir la tensin y la corriente en el diodo. Tambin se puede invertir la polaridad de la fuente de tensin continua y medir la corriente y la tensin en el diodo polarizado en inversa. Si se representa la corriente a travs del diodo en funcin de la tensin del diodo, se obtendr una grfica parecida a la de la figura 2. El diodo cuando est polarizado en directa, no hay una corriente significativa hasta que la tensin en el diodo es superior a la barrera de potencia. Por otro lado cuando el diodo est polarizado en inversa, casi no hay corriente inversa hasta que la tensin del diodo alcanza la tensin de disrupcin. Entonces, el efecto de avalancha produce una corriente inversa grande que destruye al diodo.Figura 2: Curva del diodo.

Tensin Umbral: En la regin directa, la tensin a partir de la cual la corriente empieza a incrementarse rpidamente se denomina tensin umbral del diodo, que es igual a la barrera de potencial. El anlisis de los circuitos con diodos se dirige normalmente a determinar si la tensin del diodo es mayor o menor que la tensin umbral. Si es mayor, el diodo conduce fcilmente; si es menor, lo hace pobremente. Segn Malvino (2007), la tensin umbral del diodo se define como: (1).

1.2) El diodo zener: Es un diodo de cromo (elemento qumico), que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas. El diodo Zener es la parte esencial de los reguladores de tensin casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensin de red, de la resistencia de carga y temperatura. Son mal llamados a veces diodos de avalancha, pues presentan comportamientos similares a estos, pero los mecanismos involucrados son diferentes.

Los diodos rectificadores y los diodos de pequea seal nunca trabajan de forma intencionada en la regin de disrupcin, ya que podran resultar daados. Un diodo zener es diferente; es un diodo de silicio que el fabricante ha optimizado para trabajar en la regin de disrupcin. El diodo zener es la columna vertebral de los reguladores de tensin, circuitos que mantienen prcticamente constante la tensin en la carga al pasar de las variaciones en la tensin de la red y en la resistencia de carga.Figura 3: Diodo Zener. (a) Smbolo esquemtico. (b) Smbolo alternativo. (c) Grfica Corriente-tensin. (d) Diodos Zener tpicos.

La figura 3(a) muestra el smbolo esquemtico del diodo zener; la figura 3(b) muestra el smbolo alternativo. En ambos smbolos, las lneas parecen una z, lo que quiere indicar que se trata de un diodo zener. Variando el nivel de dopaje de los diodos de silicio, un fabricante puede obtener diodos zener con tensiones de disrupcin de entre aproximadamente 2 hasta 1kV. Estos diodos pueden operar en cualquiera de las 3 regiones; directa, de fugas y de disrupcin. La figura 3(c) muestra la grfica (corriente-tensin) de un diodo zener. En la regin directa comienza a conducir para una tensin de unos 0,7 V, al igual que el diodo de silicio normal. En la regin de fugas (entre 0 y la regin de disrupcin), slo circula pequea corriente inversa. En un diodo zener, la regin de disrupcin presenta un codo muy abrupto, seguido por un incremento casi vertical de la corriente. Observe que la tensin se mantiene prcticamente constante y es aproximadamente igual a VZ en casi toda la regin de disrupcin. Habitualmente, las hojas de caractersticas especifican el valor de VZ para una determinada corriente de prueba IZT.

El anlisis de las redes que emplean diodos zener es bastante similar al aplicado para el anlisis de los diodos semiconductores en secciones previas. Primero debe determinarse el estado del diodo seguido de una sustitucin del modelo apropiado y por una determinacin de las cantidades desconocidas de la red. A menos que se especifique otra cosa, el modelo zener a utilizarse para el estado de conduccin ser como se ilustra en la figura 4(a). Para el estado de no conduccin definido por un voltaje menor que VZ pero mayor que 0 V con la polaridad indicada en la figura 4(b), el modelo equivalente del zener es un circuito abierto que aparece en la misma figura.

Vi y R fijas: La ms sencilla de las redes con diodo zener se presenta en la figura 5. El voltaje cd aplicado est fijo, al igual que lo est el resistor de carga. El anlisis puede dividirse fundamentalmente en 2 pasos:Figura 4: Equivalencias del diodo zener para los estados de (a) conduccin y (b) no conduccin.

a) Determnese el estado del diodo zener extrayndolo del circuito y calculando el voltaje a lo largo del circuito abierto resultante.

Aplicando el paso 1 a la red de la figura 5, se obtendr la red de la figura 6, donde haciendo uso de la regla del divisor de voltaje resultar en: (2).Figura 5: Regulador Bsico del Zener.

Si V VZ el diodo zener est en estado de conduccin y el modelo equivalente de la figura 4(a) puede sustituirse aqu. Si V VZ el diodo est en estado de no conduccin y la equivalencia del circuito abierto de la figura 4(b) ocupa el lugar del diodo zener.b) Sustityase el circuito equivalente apropiado y resulvase para las incgnitas deseadas.

Para la red de la figura 5 el estado de conduccin resultara en la red equivalente de la figura 7. Ya que los voltajes a travs de los elementos en paralelo deben ser los mismos, encontramos que: (3).

La corriente del diodo debe determinarse mediante la aplicacin de un LKC, esto es:Figura 6: Determinacin del estado del diodo zener.

(4). Dnde: e . La potencia disipada en el diodo zener se determina por: (5).

La cual debe ser menor que la PZM especificada para el dispositivo.

Antes de continuar, es particularmente importante subrayar que el primer paso se emple solamente para determinar el estado del diodo zener. Si el diodo zener est en estado de conduccin, el voltaje a travs del diodo no es de V voltios. Cuando se activa el sistema, el diodo zener entrar en estado de conduccin tan pronto que el voltaje a travs del diodo zener sea de VZ voltios. Luego se fijar a este nivel y nunca alcanzar el nivel mayor de V voltios. Las ecuaciones 2, 3, 4 y 5 fueron descritas por Robert Boylestad (1994).Figura 7: Sustitucin del equivalente del diodo zener para el caso de conduccin.

1.3) Reguladores de voltaje: Un regulador o estabilizador es un circuito que se encarga de reducir el rizado y de proporcionar una tensin de salida de la tensin exacta que queramos. En esta seccin nos centraremos en los reguladores integrados de tres terminales que son los ms sencillos y baratos que hay, en la mayora de los casos son la mejor opcin.

Reguladores Fijos:

La Serie LM78XX: La serie LM78XX (donde XX = 05, 06, 08, 10, 12, 15, 18 o 24) es tpica de reguladores de voltaje de tres terminales. El LM7805 proporciona una salida de +5 V, el LM7806 una de +6 V, el LM7808 una de +8 V, etc., hasta el LM7824, que proporciona una salida de +24 V.

El LM78XX incluye un transistor de paso que puede manejar corrientes de carga de 1 A, siempre que se utilice el apropiado disipador. Tambin integra mecanismos de proteccin trmica y de limitacin de corriente. Proteccin trmica quiere decir que el chip se desconectar por s mismo cuando la temperatura interna sea demasiado alta, alrededor de 175C. Se trata de una precaucin frente a una disipacin de potencia excesiva, que depende de la temperatura ambiente, del tipo de disipador y de otras variables. Gracias a la proteccin trmica y la limitacin de corriente, los dispositivos de la serie LM78XX son prcticamente indestructibles.

La figura 8(a) muestra un LM7805 conectado a un regulador de tensin fijo. El pin 1 es la entrada, el pin 2 es la salida y el pin 3 es tierra. El LM7805 proporciona una corriente mxima por la carga de aproximadamente 1 A. La regulacin de carga tpica es de 10mV para corrientes de cargas comprendidas entre 5mA y 1,5 A. la regulacin de red tpica es de 3mV para tensiones de entrada entre 7 y 25 V. tambin especifica un factor de rechazo del rizado de 80 dB, lo que significa que reducir el rizado de entrada en un factor de 10.000. Con una resistencia de salida de aproximadamente 0,01 , el LM7805 es una fuente de tensin constante para todas las cargas dentro del rango de corrientes especificados. Otra cosa que queremos recalcar, cualquier regulador de la serie LM78XX tiene una tensin diferencial mnima de 2 a 3 V, dependiendo de la tensin de salida. Esto significa que la tensin de entrada tiene que ser al menos de 2 a 3 V mayor que la tensin de salida, de lo contrario el chip dejara de funcionar.Figura 8: (a) Regulador LM7805. (b) El C1 de entrada impide que se produzcan oscilaciones y el C2 de salida mejora la respuesta en frecuencia.

Tambin existen reguladores de tensin negativa como la serie LM79XX, estos poseen caractersticas muy similares a los de la serie LM78XX; Por ejemplo El LM7905 proporciona una tensin de -5 V.

Reguladores ajustables: Existe una serie de reguladores integrados (LM317, LM337, LM338 y LM350) ajustables. Pueden trabajar con corrientes mxima desde 1,5 a 5 A. Por ejemplo, el LM317 es un regulador de tensin positiva de 3 terminales que puede suministrar una corriente de 1,5 A. a la carga en un rango de salida ajustable de 1,25 a 37 V. El factor de rechazo del rizado es de 80 dB. Esto implica que el rizado de entrada es 10.000 veces ms pequeo en la salida del regulador integrado.

De nuevo, los fabricantes definen la regulacin de carga y la regulacin de red para adaptarlas a las caractersticas del regulador integrado. He aqu las definiciones para las regulaciones de carga y de red utilizadas en las hojas caractersticas de los reguladores ajustables, por ejemplo para el LM317:

Reg. Carga = 0,3% para IL = 10mA a 1,5 A. Reg. Red = 0,02% por voltio.

Ya que la tensin de salida del LM317 es ajustable para 1,25 y 37 V, tiene sentido especificar la regulacin de carga como un porcentaje. Por ejemplo, si la tensin regulada se ajusta a 10 V, la regulacin de carga anterior quiere decir que la tensin de salida se mantendr dentro del 0,3% de 10 V (es decir, 30mV) cuando la corriente por la carga vare desde 10mA hasta 1,5 A.

La regulacin de red es igual a 0,02% por voltio. Esto significa que la tensin de salida vara slo 0,02% por cada voltio que vara la entrada. Si la salida regulada es fija en 10 V y la tensin de entrada aumente en 3 V, la tensin de salida aumentar un 0,06% lo que equivale a 60mV. La Figura 8 muestra una alimentacin no regulada que excita a un circuito LM317. Segn Albert Malvino (2007), la ecuacin para determinar la tensin de salida del LM317 es la siguiente: (6).

En esta ecuacin, Vref tiene un valor de 1,25 V e IADJ tiene un valor tpico de 50A. En la figura 9 IADJ es la corriente que fluye por el pin intermedio. Dado que esta corriente puede variar con la temperatura, la corriente de carga y otros factores, un disipador normalmente har que el primer trmino de la ecuacin 6 sea mucho mayor que el segundo. Por tanto, segn Albert Malvino (2007), podemos utilizar la siguiente ecuacin para realizar los anlisis preliminares de un LM317:Figura 9: Utilizacin de un LM317 para regular la tensin de salida.

(7).

2) Rectificador de Media onda:

Rectificador de Media onda sin condensador:

La figura 10 muestra un circuito rectificador de media onda. La funcin de este circuito es eliminar uno de los dos semiciclos de una seal alterna sinusoidal, proveniente del secundario del transformador (ver figuras 11(a) y 11(b)). El componente electrnico que se usa para este fin es el diodo, que tiene la propiedad de conducir en un solo sentido. El semiciclo positivo de la tensin del lado secundario del transformador polariza el diodo en directa en el que ste se comporta prcticamente como un interruptor cerrado (excepto los 0.6V de la barrera de potencial) y la tensin del semiciclo positivo caer en la resistencia de carga. En el semiciclo negativo el diodo esta polarizado en inversa. En este caso el diodo se comportar como un interruptor abierto y no aparecer tensin en la resistencia de carga.Figura 10: Circuito rectificador de media onda sin condensador.

Para determinar VL (tensin pico), lo que se hace es un LKV en la malla donde est la carga: (8). Figura 11: (a) Forma de onda del secundario del Tx. (b) Forma de onda en la carga sin condensador. (c) Forma de onda en la carga con condensador.

La frecuencia de salida es la misma que la frecuencia de entrada; Esto tiene sentido cuando comparamos las figuras 11(a) y 11(b). Con la ecuacin (8) damos respuesta a la 1era pregunta planteada en la introduccin. La corriente a travs de la carga la podemos determinar con una simple ley de ohm. Y la tensin Vdc (tensin DC), en la carga segn Albert Malvino (2007), la podemos determinar de la siguiente manera: . (9).

Rectificador de Media onda con filtro de condensador:

En la figura 12 podemos observar un circuito rectificador de media onda con filtro de condensador. El propsito de la conversin es alimentar algn dispositivo de corriente continua y desviar en parte la corriente que pasa por el condensador hacia la resistencia de carga representada por RL, de modo que el condensador puede, a partir del mximo de la tensin de entrada y con el diodo en inversa, descargarse a travs de la carga.

A medida que el condensador se va descargando la tensin de entrada va disminuyendo hasta alcanzar el mnimo para posteriormente aumentar; evidentemente siendo la entrada creciente y la tensin en el condensador decreciente llega un punto en el que ambos valores coinciden, momento en el que el diodo se polariza en directa y el condensador comienza a descargarse hasta el siguiente mximo de la tensin de entrada. En la figura 11(c) podemos ver la forma de onda del voltaje causado por el filtro de condensador, al que llamaremos voltaje de rizado pico a pico. El voltaje de rizado pico a pico segn Albert Malvino (2007) se determina de la siguiente manera:Figura 12: Circuito rectificador de media onda con condensador.

(10).Dnde: IL: Es la corriente que pasa por la resistencia de carga y la podemos determinar con una ley de ohm, o despejndola de sta ecuacin s tenemos el voltaje de rizado, T: Es el periodo de la onda mostrada en la figura 11(a), el cual lo podemos determinar con el inverso de la frecuencia que sabemos es la misma para todo el sistema y C: es la capacidad del condensador.

Esta ecuacin es una aproximacin no es una derivacin exacta. Podemos usar esta frmula para estimar el rizado de pico a pico. Cuando se necesite una respuesta ms precisa, una solucin ser emplear una computadora con un programa de simulacin de circuitos.

3) Rectificador de Onda Completa: Rectificador de onda completa sin filtro de condensador:

La figura 13(a) muestra un circuito rectificador de onda completa. ste circuito es equivalente a 2 rectificadores de media onda. Debido a la conexin central, cada uno de estos rectificadores tiene una tensin de entrada igual a la mitad de la tensin del secundario. El diodo D1 conduce durante el semiciclo positivo, y el diodo D2 conduce durante el semiciclo negativo. Como resultado, la corriente de carga rectificada fluye durante ambos semiciclos. El rectificador de onda completa se comporta como 2 rectificadores de media onda en oposicin.

La figura 13(b) muestra un circuito equivalente para el semiciclo positivo. Como se puede ver, D1 est polarizado en directa, lo que produce una tensin positiva en la carga; el circuito de la figura 13(c) trabaja con el semiciclo negativo, pero al igual que el anterior, D2 esta polarizado en directa y produce tambin una tensin positiva en la carga. Durante ambos semiciclos, la tensin en la carga tiene la misma polaridad y la corriente en la carga circula en la misma direccin. En fin, el circuito de la figura 13(a) se denomina rectificador de onda completa, porque trasfiere la tensin alterna de entrada en una tensin de salida pulsante continua como se muestra en la figura 13(d). La tensin de esta onda, segn Albert Malvino (2007), se determina con la segunda aproximacin para el diodo ideal, la cual se expresa de la siguiente manera:Figura 13: (a) Rectificador de onda completa. (b) Circuito equivalente para el semiciclo positivo. (c) Circuito equivalente para el semiciclo negativo. (d) Salida de onda completa.

(11).Dnde: Vp(out): Es la tensin pico en RL; : Es la tensin eficaz del secundario del transformador sin la toma central (de extremo a extremo); Vd: Es la tensin del diodo que normalmente en estas prcticas usaremos el de silicio cuya tensin es de 0,7 V.

Con respecto a la frecuencia de salida de este sistema la cosa cambia un poco. Sabemos que aqu en Venezuela la frecuencia establecida en corriente alterna es de 60Hz, y que la seal de esta frecuencia es como la que se muestra en la figura 11(a); de modo que al calcular el periodo de esta frecuencia se obtienen 16,67ms. Adems de eso sabemos que en una seal como la mostrada en la figura 11(a), un ciclo representa un periodo; si esta seal es rectificada completamente, se convertir en una como la que se muestra en la figura 13(d), de modo que los semiciclos negativos pasan a ser tambin positivos. A causa de esto obtenemos entonces un nuevo periodo el cual sera la mitad del periodo de la seal de entrada, por ejemplo = 8,33ms., para f=60Hz. En conclusin Segn Albert Malvino (2007): fout = 2fin. (12).

Rectificador de onda completa con filtro de condensador:

Con filtro de condensador la cosa no se diferencia mucho en comparacin con el rectificador de media. Aqu se cumplen digamos casi las mismas caractersticas si colocamos en paralelo un condensador a la resistencia de carga, de hecho para determinar el voltaje de rizado podemos usar la misma ecuacin (10); donde: IL es la corriente a travs de la carga y la podemos determinar con una simple ley de ohm (VL/RL), o despejndola de la misma ecuacin (10) si se tiene el voltaje de rizado; T es el periodo que ya sabemos cmo determinarlo, y C es por supuesto la capacitancia del condensador. Claro est que con condensador el Vr aqu es menor en comparacin al circuito rectificador de media con C.

4) Puente rectificador:

Al parecer ya nos habamos adelantado con esta configuracin en la figura (9). La figura 14(a) muestra un puente rectificador. El puente rectificador es similar a un rectificador de onda completa (con 2 diodos) porque genera una tensin de salida de onda completa. Los diodos D1 y D2 conducen en el semiciclo positivo porque estn polarizados en directa, lo mismo ocurre con los diodos D3 y D4 cuando conducen en el semiciclo negativo. Los 4 diodos cuando funcionan en sus semiciclos correspondientes generan una tensin de salida positiva en la carga, tal como se ven en las figuras 14(b) y 14(c). Como resultado, la corriente por la carga rectificada circula durante ambos semiciclos.

El circuito ha transformado la tensin de entrada alterna en una seal de salida continua pulsante como se muestra en la figura 14(d). Obsrvese la ventaja de este tipo de rectificacin de onda completa sobre la versin con conexin central estudiada en la seccin anterior: puede emplearse toda la tensin del secundario. La figura 15 muestra encapsulados de rectificadores en puente que contienen 4 diodos.

La frecuencia de salida es la misma y se obtiene de la misma manera como en el rectificador de onda completa de 2 diodos. Figura 14: (a) Rectificador en puente. (b) Circuito equivalente para el semiciclo (+). (c) Circuito equivalente para el semiciclo (-). (d) Salida de onda completa.

Dado que el puente rectificador tiene 2 diodos en el camino de conduccin, la tensin de pico segn Albert Malvino (2007), viene dada por la segunda aproximacin, en puente: (13).

Dnde: Vp(out): Es la tensin pico en RL; : Es la tensin eficaz del secundario del transformador; Vd: Es la tensin del diodo que normalmente en estas prcticas usaremos el de silicio cuya tensin es de 0,7 V.Figura15: Encapsulados de algunos puentes rectificadores.

El puente rectificador con filtro de condensador en paralelo a la carga, tambin funciona casi igual como en el rectificador de onda completa con 2 diodos. Podemos usar de nuevo la misma ecuacin (10) para determinar el voltaje de rizado (con esto damos respuesta a la 3er pregunta planteada), y hallar tambin IL de la misma manera, como lo hacemos tanto en el rectificador de media como en el de onda completa con 2 diodos.

Con el puente rectificador y el filtro de condensador conseguimos que la tensin de salida sea aproximadamente constante, (Vocte). El funcionamiento del filtro es el siguiente: en el primer periodo y en su primera mitad T/2, el condensador se carga a la tensin de pico del rectificador de puente, Vp. Un momento despus de alcanzar el valor mximo esta tensin debe disminuir pero el proceso ser ms rpido o ms lento dependiendo del valor de C. Si C es muy grande almacena mucha carga y tarda ms en deshacerse de ella. Supongamos que esto es as, C es grade. Entonces la disminucin de la cada de tensin es ms lenta que en el caso anterior, cuando no estaba el condensador, y en cada momento la cada de tensin es mayor que si no estuviese, forzando que el diodo D1 deje de conducir. Aun as, el condensador se descargar un poco a travs de la resistencia RL y la tensin de salida disminuye algo. Cuando la tensin del puente rectificador alcanza el valor de la tensin del condensador, el diodo D4 conduce y la tensin de salida alcanza una vez ms la tensin de pico Vp. Este proceso se repite con una frecuencia igual a la de la seal de salida del rectificador puente. Figura 16: Tensin de salida del filtro con condensador.

Para un transformador dado, el puente rectificador es mejor que el rectificador de media onda porque presenta menos rizado, y es mejor que el rectificador de onda completa porque produce el doble de tensin de salida. De los 3, el rectificador en puente se ha convertido en el ms popular.

5) Puente rectificador con diodo zener:

La figura 17 muestra un Circuito con puente rectificador con diodo zener y condensador a la entrada. El puente, junto con un condensador y un diodo zener, permite convertir la corriente alterna en continua. El circuito de la figura 17 tambin es conocido como una fuente de alimentacin. En la Figura 16 se observa que existe un rizado a la salida del condensador que se debe eliminar. Si se introduce entre el condensador y la carga un diodo zener y una resistencia RS, se elimina el rizado y el circuito que queda es el de la Figura 17.Figura 17: Circuito rectificador de onda completa de 4 diodos con diodo zener y filtro con condensador a la entrada.

El diodo zener queda polarizado en la regin de ruptura, con lo que la tensin de salida se fija a la tensin zener. Al ser variable la tensin que cae en el condensador, la cada de tensin que exceda la tensin zener se aplicar en la resistencia RS. El rizado de la tensin del filtro de condensador quedar aplicado a la resistencia por lo que queda eliminado de la salida del circuito. Se necesita que el diodo zener conduzca en la regin de ruptura por lo que la corriente en inversa debe ser mayor que un valor mnimo |Id|>Iz-min. Esta corriente mnima fluye cuando la tensin en el condensador es mnima.

En las figuras 18(a), 18(b) y 18(c) podemos observar el comportamiento del diodo zener en el establecimiento de la tensin en la resistencia de carga. V1 significa la tensin (VDC) promedio del rectificador con el filtro de condensador ; y V2pp significa la tensin (Vrizpp) de rizado pico a pico del rectificador con el filtro de condensador. Para que el diodo zener mantenga estable la tensin en la carga, se deben cumplir 2 condiciones que sern mostradas a continuacin.

Condiciones para que un diodo zener establezca la tensin en la carga:

1) La tensin en el circuito, donde va el diodo zener sin l, debe ser mayor que la tensin del diodo zener.Figura 18: Circuitos para establecer las condiciones del diodo zener.

Es decir, si hacemos un divisor de voltaje en el circuito de la figura 18(c) para determinar la tensin en la resistencia de carga, sta ltima debe ser mayor que la tensin del zener (ver figura 18(b)), esto es:Para la figura 18(c): ; Dnde: (14).

2) Si se cumple (1), entonces se cumple tambin que: (15).

A pesar de ser una fuente de alimentacin la cual tiene como objetivo entregar una tensin de corriente continua a RL, todava sigue existiendo un pequeo voltaje de rizado en la resistencia de carga. Para determinarlo hay que pasar del circuito de la figura 18(a) al circuito de la figura 19(a) y despus al de la figura 19(b). Para ello se modela el diodo zener como una fuente de tensin de corriente continua (VZ) en serie con una resistencia (RZ) (ver figura 19(a)), luego aplicamos el teorema de superposicin suprimiendo las fuentes V1 y VZ de manera que podamos determinar la tensin de rizado en la resistencia de carga aplicado un DDV (ver figura 19(b)), esto es: Figura 19: (a) Modelado del diodo Zener. (b) Aplicacin del teorema de superposicin.

(16).

V2pp

6) Fuente de Alimentacin Dual Regulada:

La figura 20 muestra una fuente de tensin dual Regula. Es dual por que obtenemos con respecto a tierra 2 tensiones de salida de corriente directa, es decir, una tensin positiva extrada del LM317 y una tensin negativa extrada del LM337. Es regulada porque sus reguladores de voltaje son variables. No hay mucho qu decir sobre esta configuracin circuital, puesto que en el epgrafe 1.3, seccin Reguladores Ajustables, ya se habl de las funciones y caractersticas que rigen estos reguladores y de las ecuaciones que permiten determinar las tenciones de salida.Figura 20: Diagrama de una fuente de alimentacin dual regulada.

La ecuacin (7), se puede utilizar tonto en los LM317, como en los LM337, solo que en el caso de este ltimo, la ecuacin quedara de la siguiente manera:

(17).

En el caso del LM317, habamos dicho que para el clculo de , utilizaramos la misma ecuacin (7), pero en vez de usar R1 y R2, esta configuracin cambiara la ecuacin (7) a la siguiente forma: (18).

R1 y R2 Son potencimetros, y estos son los que hacen variar las tensiones de salida. A efecto experimental las tensiones se mediran de las siguientes maneras:a) A cero ohmios de R1 o de R2.b) A de R1 o de R2.c) A de R1 o de R2.d) A de R1 o de R2.e) A la mxima resistencia de R1 o de R2.

Objetivos de la Prctica. Objetivos Generales: Demostrar analtica y experimentalmente las caractersticas de los diferentes tipos de circuitos rectificadores a montar en esta prctica. Demostrar analtica y experimentalmente las caractersticas del diodo zener. Demostrar analtica y experimentalmente las caractersticas de la fuente de alimentacin dual regulada.

Objetivos Especficos: Determinar analtica y experimentalmente el voltaje mximo de un circuito rectificador de media onda, de onda completa y con puente rectificador. Determinar analtica y experimentalmente el periodo de la onda rectificada para los circuitos rectificadores de media, de onda completa y con puente rectificador. Determinar analtica y experimentalmente el voltaje de rizado pico a pico, si se presentan condensadores a la entrada para los circuitos rectificadores de media, de onda completa y con puente rectificador. Determinar analtica y experimentalmente el voltaje de rizado pico a pico, de un circuito con puente rectificador, con condensador a la entrada y con diodo zener. Determinar analtica y experimentalmente la potencia del diodo zener en un circuito con puente rectificador, con condensador a la entrada y con diodo zener. Determinar analtica y experimentalmente las tensiones de salidas duales de una fuente de alimentacin dual regulada a diferentes posiciones del potencimetro.

Diseo Experimental.

Materiales y Equipos Utilizados. Materiales:

1 Transformador con relacin de tensin 120/24 V, de 1A, con toma central. 4 Diodos 1N4007. 2 Condensadores 2200 uF, de 16V. 2 Resistencias de 470 . 2 Diodos Zener de 7,5 V, 1W. 1 Resistencia de 1 k. 4 Capacitores de 100 nF. 2 Resistencias de 220 . 2 Potencimetros de 2 k. 1 Regulador de voltaje LM317. 1 Regulador de voltaje LM337. 1 Protoboard para el montaje de los circuitos. Cable telefnico N 22. 3 Cables N 16 (Automotriz), caimn caimn.

Equipos:

1 Osciloscopio. 1 Multmetro.

Observacin: En 2 aplicaciones de esta prctica se utiliz un Transformador con relacin de tensin 120/30 V, de 1A, con toma central.I Parte: Circuitos Utilizados en esta prctica:

1) Rectificador de media onda, sin y con condensador a la entrada:

Figura 2: Circuito rectificador de media onda con condensador a la entrada.

Figura 1: Circuito rectificador de media onda sin condensador a la entrada.

2) Rectificador de onda completa con condensador a la entrada:Figura 3: Circuito rectificador de onda completa con condensador a la entrada.

3) Puente Rectificador sin y con condensador a la entrada:Figura 4: Circuito con puente rectificador sin condensador a la entrada.

Figura 5: Circuito con puente rectificador con condensador a la entrada.

4) Puente Rectificador con condensador a la entrada y con diodo zener:Figura 6: Circuito con puente rectificador, con condensador a la entrada y con diodo zener.

5) Fuente de alimentacin dual regulada:

Figura 7: Fuente de alimentacin dual regulada.

II Parte: Clculos correspondientes a los circuitos utilizados en esta prctica:

Para el circuito de la figura 1:







Para R1=R2=0 :

Para R1=R2=1 k:

Para R1=R2=2 k:

III Parte: Datos Medidos correspondientes a los circuitos utilizados en esta prctica:


Figura 8: (a) Forma de onda del secundario del transformador. (b) Forma de onda rectificada por el diodo.

Nota: Esta tensin es la misma para el rectificador de media onda y de onda completa.



Figura 9: Forma de onda del voltaje de rizado.

. Para el circuito de la figura 4:

Figura 10: Forma de onda rectificada por el puente rectificador.





Con el multmetro se midi la tensin , esto fue:


Para R1=R2=0 :

Para R1=R2=1 k:

Para R1=R2=2 k:

IV Parte: Tablas Comparativas:

1) Tabla comparativa para el circuito rectificador de media onda, sin y con condensador a la entrada:

Sin condensador a la entrada:

Datos Calculados:Datos Medidos:% Error:

(Vrms):11,92

(ms):0,78

(V):7,14

(V):7,56

Con condensador a la entrada:


(mV):0,86

Tabla N 1: Datos medidos y calculados para el circuito rectificador de media onda.2) Tabla comparativa para el circuito rectificador de onda completa:


(Vrms):11,92

(ms):0,84

(V):4,49

(mV):2,99

Tabla N 2: Datos medidos y calculados para el circuito rectificador de onda completa.

3) Tabla comparativa para el circuito con puente rectificador, sin y con condensador a la entrada:

Sin condensador a la entrada:


(Vrms):1

(ms):1,56

(V):0,96

Con condensador a la entrada:


(mV):6,01

Tabla N 3: Datos medidos y calculados para el circuito con puente rectificador.

4) Tabla comparativa para el circuito con puente rectificador, con condensador a la entrada y con diodo zener


(Vrms):1

(ms):1,56

(V):0,96

(mV):0,96

(v)7,57,50

(V):1,30

(mW):0,67

Tabla N 4: Datos medidos y calculados para el circuito con puente rectificador, con condensador a la entrada y con diodo zener.

5) Tabla comparativa para la fuente de alimentacin dual regulada:Salida con tensin positiva:


1,251,260,8

16,59

38,46

Salida con tensin negativa:


1,251,3810,4

8,5623,52

18,7048,30

Tabla N 5: Datos medidos y calculados para la fuente de alimentacin dual regulada.

V Parte: Anlisis de los resultados:

Los resultados de todas estas tablas varan en torno, a las tensiones del secundario de los transformadores que utilizamos en cada aplicacin. En la tabla N 1, podemos observar que la mayora de los datos medidos estn un poco por encima de los valores calculados, esto sucede como habamos dicho antes, por la tensin del secundario del transformador, que en este caso el fabricante del transformador con toma central nos indicaba que la tensin del secundario poda ceder unos 24V (12 V y 12 V), pero ese valor a veces depende de la tensin de la red comercial. La tensin del secundario del transformador medida en el laboratorio con el osciloscopio, en comparacin con la tensin que proporciona el fabricante resulto ser de unos 13,43 V de unos de los lados del secundario del transformador. Estos 13,43 V fueron la tensin de entrada para los circuitos de media onda y onda completa, el cual se aprecia en las tablas N 2 y 3.

Sin embargo el voltaje de rizado pico a pico, del circuito rectificador de media onda (ver tabla N 1), result experimentalmente un poco menor que el calculado, pero el porcentaje de error es bastante ptimo.

En la tabla N 2, observamos lo mismo, datos medidos un poco por encima de los calculados a causa de la tensin del secundario del transformador.

Para los circuitos con puente rectificador y con diodo zener implementamos un nuevo transformador con relacin de tensin 120/30 V (15 V y 15 V). Aqu este transformador trabaj un poco en forma contraria que el transformador anterior, la tensin result ser de unos 14,85 V, el cual est por debajo de la tensin que proporciona el fabricante, sin embargo en comparacin con el transformador anterior, el porcentaje de error resulto ser de 1%, frente a 11,92 % que anterior produca.

En las Tablas N 3 y 4, podemos observar porcentajes de error bastantes ptimos, que nos ayudan a verificar si los clculos fueron correctos, aunque el porcentaje del voltaje de rizado pico a pico en la Tabla N 3, resulto ser cuasi elevado frente al voltaje de rizado pico a pico observado en la tabla N 4, del circuito con puente rectificador y diodo zener.

Ahora los porcentajes de error observados en la tabla N 5, de la fuente de alimentacin si son elevadsimos. Esto puede ser causado a que usamos resistencias y potencimetros casi 10 veces una mayor que la otra, (Valor que pudimos haber aumentado un poco ms, disminuyendo la resistencia), en el que esto puede perjudicar, un nivel de tolerancia que impida que la ecuacin (7) de resultados correctos. A efectos prcticos nosotros pensamos que para el circuito pudiese dar porcentajes de error ms aceptables, R3 y R4 (Ver figura 7, del diseo experimental), tendran que ser unos 150 para que la ecuacin (7) funcione tericamente.

Conclusin. Concluimos que la mayora de los objetivos planteados en esta prctica fueron cumplidos. Aprendimos que el diodo como tal, es de mucha importancia para los circuitos electrnicos integrados en los aparatos elctricos, que el ser humano disfruta. El diodo es utilizado en muchas aplicaciones de la electrnica, y es por eso que nos pareci interesante utilizarlos, para montar una fuente de alimentacin que convierte la tensin alterna en continua.

Informe De La Práctica Nº 1 De Laboratorio De E.A.I..

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