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
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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
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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.
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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
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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.
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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
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- 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.
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+
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
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Rectificador de Tap Central
1000uF
47uF
Rectificador tipo puente
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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%
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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
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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.
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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
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