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Trabajo de investigacin Estudio del Circuito Rectificador de Media Onda

TRABAJO DE INVESTIGACIN

ESTUDIO DEL CIRCUITO RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA

Andrs Gonzlez Morales - Jess Santos Barahona lvaro Sierra Garca

Colegio Internacional Peacorada

NDICE

1. Conceptos iniciales1.1. Introduccin

1.2. Corriente alterna (CA) y corriente continua (CC)

1.3. Proceso de rectificacin2. Componentes electrnicos presentes en circuitos rectificadores2.1. Fuente de tensin

2.2. Diodo

2.3. Resistencia2.4. Condensador3. Estudio de circuitos rectificadores

3.1. Rectificador de media onda (RMMO)

3.2. Rectificador de onda completa con Transformador en Toma Central3.3. Rectificador de onda completa en Puente de Graetz3.4. Tabla comparativa de circuitos rectificadores

4. Simulaciones sobre circuitos rectificadores de media onda mediante el software PsPice

4.1. Simulaciones con tensin constante y resistencia variable

4.1.1. Resistencia de 2 ohmios4.1.2. Resistencia de 5 ohmios4.1.3. Resistencia de 10 ohmios4.2. Simulaciones con tensin y resistencia constantes y condensador variable

4.2.1. Valor capacitivo de 1F4.2.2. Valor capacitivo de 1mF4.2.3. Valor capacitivo de 0.1mF4.2.4. Valor capacitivo de 1uF5. Conclusin1.CONCEPTOS INICIALES1.1. IntroduccinEste trabajo de investigacin tiene por objetivo el estudio de la rectificacin, proceso mediante el cual la corriente alterna se convierte en corriente continua, y de los circuitos rectificadores que lo hacen posible, centrndonos en el circuito rectificador de media onda. Antes de centrarnos en este proceso, es necesario definir corriente alterna y corriente continua.1.2. Corriente alterna (CA) y corriente continua (CC)Se denomina corriente alterna (abreviada CA en espaol y AC en ingls, del trmino alternating current) a la corriente elctrica en la que la magnitud y el sentido varan cclicamente. La forma de oscilacin de la corriente alterna ms comnmente utilizada es la de oscilacin sinusoidal, representada en la figura, puesto que se consigue una transmisin ms eficiente de la energa. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilacin peridicas, tales como la triangular o la cuadrada.

Utilizada genricamente, la corriente alterna se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las seales de audio y de radio transmitidas por los cables elctricos, son tambin ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin ms importante suele ser la transmisin y recuperacin de la informacin codificada (omodulada) sobre la seal de la corriente alterna.Por otro lado, la corriente continua o corriente directa (abreviada CC en espaol y DC en ingls, del trmino direct current) es el flujo continuo de electrones a travs de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna, en la corriente continua las cargas elctricas circulan siempre en la misma direccin.

1.3. Proceso de rectificacin

Ahora que ya conocemos un poco mejor los dos tipos de corriente, podemos centrarnos en el proceso de rectificacin.

Tanto la generacin como el transporte y la distribucin de energa elctrica se realizan de una manera ms simple y eficiente en corriente alterna.

Sin embargo, salvo los motores y algunos sistemas de iluminacin, la gran mayora de los equipos con alimentacin elctrica funcionan con corriente continua. As, se plantea la necesidad de convertir la corriente alterna en corriente continua, lo cual se logra mediante el proceso de rectificacin.

Para conseguir esta conversin, se utilizan los distintos circuitos rectificadores, objeto de este trabajo. Estos circuitos son los que permiten la conversin de corriente alterna en corriente continua, y estn compuestos de diversos elementos elctricos que a continuacin pasamos a describir.2.COMPONENTES ELECTRNICOS PRESENTES EN CIRCUITOS RECTIFICADORES2.1. Fuente de tensin

Una fuente de tensin es el tipo de fuente de alimentacin que encontramos en prcticamente cualquier circuito, como, por ejemplo, una batera o una clula fotoelctrica. Se trata de un elemento activo, es decir, un elemento capaz de excitar los circuitos o de realizar ganancias o control de ellos, capaz de proveer una diferencia de potencial o tensin elctrica constante entre sus bornes, de manera que la corriente que entregan depende del valor de la resistencia del circuito. En la imagen podemos observar su smbolo elctrico.

Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producir un flujo de electrones. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladar a travs del conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta corriente cesar cuando ambos puntos igualen su potencial elctrico (ley de Henry). Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente elctrica.La tensin elctrica generada por esta fuente se mide en voltios (V) en el Sistema Internacional de Unidades, y estos se miden con un voltmetro.2.2. Diodo

Un diodo (trmino procedente del griego dos caminos) es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente elctrica en una nica direccin con caractersticas similares a un interruptor.De forma simplificada, la curva caracterstica de un diodo (I-V) consta de dos regiones. Por un lado, debajo de cierta diferencia de potencial (generada por la fuente de tensin), se comporta como un circuito abierto, es decir, no permite el flujo de electrones. Por otro lado, por encima de esa tensin elctrica, se comporta tal y como lo hara un corto circuito con una resistencia elctrica muy pequea.

2.3. Resistencia

Se denomina resistencia elctrica, simbolizada de forma generalizada como R, a la dificultad u oposicin que presenta un cuerpo al paso de una corriente elctrica para circular a travs de l.

En el Sistema Internacional de Unidades, su valor se expresa en ohmios, en honor al en honor al fsico alemn George Ohm, quien descubri el principio que ahora lleva su nombre: "la intensidad de la corriente que pasa por un conductor es directamente proporcional a la longitud e inversamente proporcional a su resistencia". Este valor se designa con la letra griega omega mayscula, . Para su medida existen diversos mtodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmmetro.En un circuito elctrico, puede simbolizarse de dos formas diferentes, tal y como se observa en la figura:

2.4. Condensador

Un condensador o capacitor es un dispostivo que almacena energa elctrica. Est formado por un par de superficies conductoras generalmente en forma de lminas, separados por un material dielctrico o por el vaco. Los condensadores, sometidos a una tensin, adquieren una determinada carga elctrica, positiva en una de las placas y negativa en la otra, de forma que la carga total almacenada es nula.

La carga almacenada en una de las placas es proporcional a la tensin entre esta placa y la otra, siendo la constante de proporcionalidad la llamada capacidad o capacitancia. Ese valor capacitivo se mide en faradios, F, en el Sistema Internacional de Unidades.Existen muchos tipos, aunque el ms comn es el no polarizado.

3.ESTUDIO DE CIRCUITOS RECTIFICADORESYa hemos visto que la rectificacin se lleva a cabo por medio de uno o ms diodos. Como es sabido, estos dispositivos idealmente permiten el paso de la corriente en un sentido y lo bloquean en el otro. Existen varios tipos de configuraciones rectificadoras elementales, que analizaremos a continuacin.

3.1. Rectificador de media onda

En la figura 1 se representa esquemticamente un rectificador de media onda en elcual un diodo se interpone entre la fuente y la carga.

Cuando la tensin vS de la fuente es positiva, el sentido de la corriente es favorable y se produce la circulacin, por lo cual suponiendo el diodo ideal (y por lo tanto sin cada de tensin), ser vL = vS.

Cuando, en cambio, vS < 0, el diodo no conduce y entonces vL = 0. Esto se ilustra en la

figura 2 para una tpica seal senoidal. Se ha indicado tanto la tensin en la carga como

la corriente que circula por ella y por la fuente (la tensin y las corrientes en este caso

difieren nicamente en un factor de escala). Invirtiendo el diodo se logra una tensin

negativa.

3.2. Rectificador de onda completa con Transformador en Toma Central

3.3. Rectificador de onda completa en Puente de Graetz

3.4. Tabla comparativa de circuitos rectificadores

4.Simulaciones sobre circuitos rectificadores de media onda mediante el software PsPiceTras conocer qu es la rectificacin, qu objetivo se busca con ella, los distintos elementos que aparecen en los circuitos rectificadores y realizar el estudio de los distintos tipos circuito, pasamos a centrarnos en los rectificadores de media onda para hacer prcticas sobre su funcionamiento.

Mediante el software PsPice, realizaremos una serie de simulaciones con circuitos a partir de las cuales obtendremos nuestra conclusin final. Estas simulaciones estarn divididas en dos grupos.4.1. Simulaciones con tensin constante y resistencia variableEn este primer grupo, haremos simulaciones sobre un circuito rectificador de media onda sin condensador, nicamente con fuente de tensin, diodo y resistencia. El valor de la tensin de alimentacin ser constante (20V) mientras que variaremos la resistencia de carga. Cada simulacin dispondr del circuito simulado y de las formas de onda de la tensin de alimentacin (verde) y de la tensin (rojo) e intensidad (azul) en la resistencia. A partir del estudio de estas formas de onda, buscamos estudiar los efectos de variar el valor de la resistencia en un circuito.4.1.1. Circuito rectificador de media onda con tensin de alimentacin de 20 voltios y resistencia de carga de 2 ohmios

A partir del circuito expuesto en la figura, se obtienen las siguientes formas de onda:

4.1.2. Circuito rectificador de media onda con tensin de alimentacin de 20 voltios y resistencia de carga de 5 ohmios

A partir del circuito expuesto en la figura, se obtienen las siguientes formas de onda:

4.1.3. Circuito rectificador de media onda con tensin de alimentacin de 20 voltios y resistencia de carga de 10 ohmios

A partir del circuito expuesto en la figura, se obtienen las siguientes formas de onda:

4.2. Simulaciones con tensin y resistencia constantes y condensador variableEn este segundo grupo haremos simulaciones sobre un circuito rectificador de media onda en el que aparece un condensador. El valor de la tensin de alimentacin (20V) y de la resistencia de carga (3 ohmios) ser constante, mientras que el valor del condensador ser variable. De nuevo, cada simulacin dispondr del circuito simulado y de las formas de onda de la tensin de alimentacin (verde) y de la tensin (rojo) e intensidad (azul) en el conjunto resistencia y condensador. A partir de estas formas de onda podremos estudiar la diferencia de disponer de un condensador en un circuito rectificador o no disponer de l, al hacer la comparacin con las formas de onda del grupo anterior.4.2.1. Circuito rectificador de media onda con tensin de alimentacin de 20 voltios, resistencia de carga de 3 ohmios y condensador en serie de 1F de valor capacitivo

A partir del circuito expuesto en la figura, se obtienen las siguientes formas de onda:

4.2.2. Circuito rectificador de media onda con tensin de alimentacin de 20 voltios, resistencia de carga de 3 ohmios y condensador en serie de 1mF de valor capacitivo

A partir del circuito expuesto en la figura, se obtienen las siguientes formas de onda:

4.2.3. Circuito rectificador de media onda con tensin de alimentacin de 20 voltios, resistencia de carga de 3 ohmios y condensador en serie de 0.1mF de valor capacitivo

A partir del circuito expuesto en la figura, se obtienen las siguientes formas de onda:

4.2.4. Circuito rectificador de media onda con tensin de alimentacin de 20 voltios, resistencia de carga de 3 ohmios y condensador en serie de 1uF de valor capacitivo

A partir del circuito expuesto en la figura, se obtienen las siguientes formas de onda:

5.CONCLUSINUna vez hecho un estudio terico sobre la materia y numerosas prcticas, obtenemos una conclusin, resultado de nuestro trabajo de investigacin.A partir del primer grupo de simulaciones, obtenemos el efecto de la resistencia elctrica en un circuito rectificador. Tras observar la forma de la onda de tensin e intensidad en la resistencia, se concluye que cuanto mayor es el valor de la resistencia, ms pequea es la intensidad que pasa por ella.La explicacin de este hecho se obtiene a partir de la Ley de Ohm, que reza:

V=IR

Donde V es la tensin, I la intensidad y R la resistencia.Dado que la tensin es la misma en todos los casos (casi los 20 voltios que la fuente de tensin proporciona, al producirse una leve cada de tensin en el diodo dado que no es ideal), y para mantener el resultado de la multiplicacin constante, si el valor de R sube, el valor de I tiene que bajar. Esto se puede apreciar claramente en la grfica azul (intensidad en la resistencia) para cada una de las tres simulaciones realizadas.

Con el segundo grupo de simulaciones, y en comparacin con las del primer grupo, descubrimos la diferencia existente en un circuito rectificador entre tener o no tener condensador, y las diferencias que se producen al variar el valor capacitivo de dicho condensador.

Analizando las grficas obtenidas en el primer grupo de simulaciones (sin condensador) y observando las obtenidas en el segundo grupo (con condensador), se aprecia claramente que el hecho de aadir ese condensador en serie es lo que nos permite obtener el efecto deseado, convertir la corriente alterna (verde) en corriente continua (rojo), de forma que el circuito rectificador cumpla su funcin.

Finalmente, comparando entre s aquellas simulaciones con condensador en serie, obtenemos una segunda conclusin sobre el rendimiento del condensador, la cual se puede apreciar comparando la forma de la onda roja en las cuatro simulaciones realizadas: cuanto menor es el valor del condensador, mejores son los resultados.

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