Práctica 04 Laboratorio de Electrónica I

FORMATO: M-04-2015 (V. 1.15) GUÍA DE PRÁCTICA DE LABORATORIO DATOS GENERALES: CARRERA: INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA DIGITAL Y TELECOMUNICACIONES ASIGNATURA: ELECTRÓNICA I No. de práctica TÍTULO DE LA PRÁCTICA: RECTIFICACIÓN DE MEDIA ONDA Y ONDA COMPLETA NOMBRES: EDWIN ALONSO GAMBOA ESPIN 4 CURSO: 6to INGENIERÍA ELECTRONICA DIGITAL Y TELECOMUNICACIONES A. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA A1. Analizar el funcionamiento de los circuitos rectificadores de media onda y onda completa con diodos. A2. Entender cómo las ondas senoidales son afectadas por los circuitos rectificadores de onda. A3. Verificar el funcionamiento de un circuito rectificador de media onda. A4. Comparar los modelos de diseño entre circuitos de rectificación de onda completa. B. FUNDAMENTO TEÓRICO RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA El circuito rectificador más simple es el rectificador de media onda, como el que se muestra en la figura 1.15 a). Por su parte, T1 es el transformador de bajada que provee el voltaje en el secundario, VS, como se muestra en la figura 1.15 b). Cuando el voltaje del secundario del transformador es positivo, D1 se polariza directamente y permite el flujo de corriente hacia la carga RL. Por otro lado, cuando el voltaje del secundario del transformador es negativo, D1 se polariza inversamente y se comporta como un interruptor abierto, no permitiendo el flujo de corriente hacia la carga RL. En consecuencia, el voltaje de salida, VSAL, es una serie de pulsos positivos, como los que se muestran en la figura 1.15 c). El transformador de la figura 1.15 a) tiene una relación de vueltas, NP:NS , de 4:1. Por tanto, si el voltaje de entrada en el circuito primario del transformador es de 120 VCA, podemos calcular el voltaje en el circuito secundario del transformador usando la relación NP:NS de la siguiente manera: 𝑉𝑆 = 𝑁𝑆 𝑉𝑝 / 𝑁𝑃 = (1)(120𝑉𝐴𝐶) / 4 = 30𝑉𝐴𝐶 (1.9) 1 84 V. en este caso VPP=2 x 42. el voltaje pico a pico (VPP) del secundario del transformador se obtiene multiplicando por dos el VP. a) Circuito. el diodo D1 conduce. Por ejemplo. el cual se obtiene dividiendo el voltaje de pico máximo de la onda sinusoidal entre raíz de 2 o 1.414 = 42. como se muestra en la figura 1. el voltaje que mediríamos sería de 30 VCA. Esto significa que si medimos con un voltímetro de CA el voltaje en el secundario del transformador.15 b). el voltaje de salida es cero. esto es 2 x VP. c) Forma de onda de salida del circuito rectificador de media onda.10) Por tanto. T1. La figura 1.414 = 30𝑉𝐴𝐶 ∗ 1.Figura 1. entonces la corriente fluye por RL y se produce la serie de pulsos positivos. Vs. si queremos saber el voltaje de pico máximo del secundario de T1 procedemos de la siguiente forma: 𝑉𝑃 = 𝑉𝑆(𝑅𝑀𝑆) ∗ 1. por sus siglas en inglés). Cabe remarcar que el voltaje medido es el denominado voltaje eficaz o rms (root mean square . b) Voltaje del secundario. Cuando el voltaje en el secundario de T1 es positivo. 2 . Voltaje de salida VSAL.15: Circuito rectificador de media onda.15 c) muestra la forma de onda de salida del rectificador de media onda.414).42=84. Cuando el voltaje del secundario es negativo.414 (VP /1.42𝑉 (1. 15.14 𝐼𝐷𝐼𝑂𝐷𝑂 = 𝐼𝐿(𝐷𝐶) (1.11) Al usar la segunda aproximación del diodo.11: 𝑉𝐶𝐷 = 0. lo cual puede ser expresado por la ecuación 1. la frecuencia de la forma de onda del voltaje de salida del rectificador de media onda es igual a la frecuencia aplicada a la entrada del rectificador. VSAL. la corriente de CD en la carga.27𝑉 / 100Ω = 132.318 ∗ 41. como se muestra en el voltaje secundario.13) Para el rectificador de media onda.15 c) podemos observar que un ciclo del voltaje de salida. en la figura 1. ICD .15) Cuando el voltaje de CA de la línea de alimentación se encuentra en su semiciclo negativo. Esto se puede expresar por la ecuación 1. En consecuencia. por tanto T=16. como se muestra en la ecuación 1. como se muestra en la figura 1. el voltaje de salida en el secundario. el diodo se polariza inversamente y no fluirá corriente por el diodo D1 ni por la resistencia de carga RL.7𝑚𝐴 (1.16. podemos calcular el voltaje de CD en la carga R 1. puede calcularse así: 𝐼𝐶𝐷 = 𝑉𝐶𝐷 / 𝑅𝐿 = 13. la IDC en la carga es la misma que la corriente en el diodo. se repite cada 16. en este caso 60 Hz. Recordemos que el voltaje de circuito abierto a través de un circuito serie simple es el mismo que el voltaje de entrada. el circuito equivalente en este estado se muestra en la figura 1. El voltaje promedio o de CD en la carga RL se obtiene multiplicando el voltaje pico VP por 0.72𝑉 = 13.318. de la figura 1. En tanto. Por tanto.15 b).318 ∗ 𝑉𝑆𝐴𝐿(𝑃) (1.14) La frecuencia de la línea de alimentación de CA es de 60 Hz. VS.27𝑉 (1. de la siguiente manera: 𝑉𝐶𝐷 = 0. es decir tiene 60 ciclos en un segundo.15 c).72 V.12) Este es el valor que hubiéramos medido a través de la carga RL usando un voltímetro de CD. la segunda aproximación. sería 42.15: 𝑓𝑆𝐴𝐿 = 𝑓𝐸𝑁𝑇 (1.67 ms.Considerando la caída de voltaje del diodo D1. 3 .0.67 ms. El periodo de un ciclo se calcula como T=1/ f. el cual en este caso es el voltaje del secundario del transformador.42V .7V = 41. En cambio. Por esta razón. tal como se muestra en la figura 1.414 = 40𝑉 ∗ 1.16. el cual es 42.17: Circuito rectificador de media onda con una relación Np:Ns =3:1 en el transformador T1. que se consigue usando la ecuación 1. IDIODO . En este caso. primero calculamos el voltaje rms en el secundario del transformador 𝑉𝑆 = (𝑁𝑆 / 𝑁𝑃 )𝑉𝑝 = 120𝑉 / 3 = 40𝑉. y se requiere calcular el voltaje en el secundario del transformador VS (voltaje eficaz y voltaje de pico). En este caso D1 tiene que ser capaz de soportar el voltaje de pico Vp 42. El diodo D1 debe ser capaz de soportar el voltaje de pico del secundario del transformador. lo cual nos da un voltaje de 55.414 = 56. si usamos la segunda aproximación del diodo. Por ejemplo. fSAL y el PIV para el diodo. la especificación del voltaje inverso de pico (PIV) del diodo debe ser mayor que el valor del voltaje pico del secundario del transformador o el diodo entrará a la región de ruptura y se dañará.7 V. El valor de pico es 𝑉𝑆(𝑃) = 𝑉𝑆 ∗ 1. en el cual se muestr el circuito equivalente del diodo D1. si se tiene el circuito de la figura 1.17. primero obtenemos el voltaje de CD. polarizado inversamente durante el semiciclo negativo del voltaje del secundario del transformador T1.42 V. Para calcular la corriente en la carga IL .56 V menos 0. IL .16: Circuito rectificador de media onda. Figura 1.56𝑉. entonces el voltaje de pico será 56.86 V.42V. es 3:1. donde la relación de vueltas NP : NS . Figura 1.11: 4 . como se muestra en la figura 1. el voltaje VS del transformador se obtiene por la relación de vueltas NP : NS . los diodos D1 y D4 se polarizan directamente. los diodos D2 y D3 se polarizan directamente. Figura 1. En esta misma polaridad de VS. como el que se muestra en la figura 1.86𝑉 = 17.318 ∗ 𝑉𝑆𝐴𝐿(𝑃) = 0. T1 es el transformador de bajada que proporciona un voltaje secundario VS menor al de la línea de alimentación de CA.6𝑚𝐴.76𝑉 La corriente en la carga. el voltaje de salida es positivo. se calcula como 𝐼𝐿 = 𝑉𝐶𝐷 / 𝑅𝐿 = 17. del mismo modo.19 a). por lo que VS=30 VCA. permitiendo el flujo de corriente en la carga RL. el cual utiliza dos diodos en lugar de uno. Si quisiéramos un voltaje de salida negativo.42V. entonces. Para las conexiones de diodos de la figura 1. Cuando la polaridad del voltaje VS es positiva. el voltaje de pico es VS(P)=42. los diodos D2 y D3 se polarizan inversamente y no conducen corriente hacia la carga. y finalmente el PIV para D1 es el voltaje de pico del transformador 56.56 V.17. Cuando la polaridad del voltaje VS es negativa.18. Es importante hacer notar que el sentido de corriente en la carga RL es la misma para los dos semiciclos de VS. lo único que tendríamos que hacer es invertir el diodo en el circuito de la figura 1.18: Rectificador de onda completa tipo puente. permitiendo el flujo de corriente en la carga RL. 5 . La frecuencia en la forma de onda del voltaje de salida es 60 Hz. Sin embargo. una versión más usada es la del rectificador tipo puente. los diodos D1 y D4 se polarizan inversamente y no conducen corriente hacia la carga.318 ∗ 55.76𝑉 / 100Ω = 177. valor eficaz. 𝑉𝐶𝐷 = 0. RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA Otro tipo de rectificador es el de onda completa. Como se observa. En esta misma polaridad de VS. Como en el caso del rectificador de media onda.18. generando la forma de onda de la figura 1. Esta corriente es la mitad de la corriente de carga porque cada par de diodos en el rectificador puente provee la mitad de la forma de onda rectificada en la carga RL.4 V debido a la caída de voltaje de los diodos en conducción.D3 y D1 . lo cual puede expresarse usando la ecuación 1. De la misma forma.636 ∗ 41. El voltaje promedio o de CD en la salida de un rectificador de onda completa. a) Voltaje Vs.17. 𝐼𝐷𝐼𝑂𝐷𝑂 = 260. 6 .4𝑚𝐴.4V = 41.16) En este ejemplo. se resta 1.18. en el secundario T1.09𝑉. La corriente de CD en la carga RL puede calcularse usando 𝐼𝐶𝐷 = 𝑉𝐶𝐷 / 𝑅𝐿 = 26. Sin embargo.09𝑉 / 100Ω = 260. el voltaje de pico en la resistencia de carga RL es 42. D1 y D4 conducen.19: Rectificador de ondea completa tipo puente.9𝑚𝐴. se produce la forma de onda de la figura 1. Los pares de diodos D2 . para un rectificador de onda completa.17) En este ejemplo. Cada par de diodos realiza la rectificación de media onda para la carga RL Figura 1.19 d).Cuando la polaridad de VS es positiva. la frecuencia de la forma de onda de salida se obtiene mediante la ecuación 3.02 V. 𝐼𝐷𝐼𝑂𝐷𝑂 = 𝐼𝐿 / 2 (1. Debido a que el puente rectificador proporciona una salida de onda completa.03𝑉 = 26. sin filtros. En este caso. la corriente en cada diodo es la mitad de la corriente de CD en la carga.9𝑚𝐴 / 2 = 130.42V- 1. 𝑉𝐶𝐷 = 0. Usando la segunda aproximación del diodo. c) Voltaje a la salida cuando los diodos D1 y D4 conducen. b) Voltaje a la salida cuando los diodos D2 y D3 conducen. 𝑉𝐶𝐷 = 0. los diodos D2 y D3 conducen.19 b).16. de esta manera.19 c). El efecto combinado de estos pares de diodos se muestra en la figura 1. d) Voltaje a la salida combinado. se obtiene mediante la ecuación 1.D4 conducen en semiciclos opuestos de VS. cuando la polaridad de VS es negativa.636 ∗ 𝑉𝑆𝐴𝐿(𝑃) (1. 42𝑉 + 0. hasta su cátodo. Con el fin de obtener el voltaje inverso de pico (PIV). 7 . 𝑓𝑆𝐴𝐿 = 2𝑓𝐸𝑁𝑇 (1. podemos observar que el PIV para cada diodo del puente rectificador es el voltaje del secundario VS máximo menos 0.D4 del puente rectificador. vamos a usar el circuito equivalente de la figura 1. Figura 1. También se puede ver que. En la figura 1. al cual se someten los diodos D1 . para D4. Esto es: 𝑉𝐴−𝐶 (𝐷1) = 𝑉𝐵 −𝑉𝑆(𝑃) = 0. para calcular el PIV de cada diodo del puente rectificador. Esto es: 𝑉𝐴−𝐶 (𝐷4) = −𝑉𝑆(𝑃) + 𝑉𝐵 = −42.18) Para la línea de alimentación que tiene una frecuencia de 60 Hz. usamos la ley de Kirchhoff para los voltajes.20: Circuito equivalente de un puente rectificador durante el semiciclo positivo del voltaje secundario Vs del transformador Por tanto.72V Entonces. los diodos D1 y D4 se polarizan inversamente y son sustituidos por dos interruptores en estado abierto. en esta polaridad del voltaje de secundario del transformador. iniciamos en el ánodo y continuamos la malla en sentido horario. iniciamos en el ánodo y continuamos la malla en sentido horario. la frecuencia a la salida del puente rectificador sería 𝑓𝑆𝐴𝐿 = 2𝑓𝐸𝑁𝑇 = 2 ∗ 60𝐻𝑧 = 120𝐻𝑧.7 V. Para D1.72V De igual forma.7𝑉 − 42.7𝑉 = −41. hasta su cátodo.42𝑉 = −41.20 durante el semiciclo positivo del voltaje secundario VS del transformador.20 se puede observar que los diodos D2 y D3 se encuentran polarizados directamente y que son reemplazados por la segunda aproximación del circuito equivalente del diodo. C7. Resistencia de 1kΩ 1/4W. C8. Repita el paso D2. C6. Cables 24AWG. Monte el circuito en el simulador Livewire como se ilustra en la Figura 1. D2. D11. D3. E. Práctica D6.D4 C. Osciloscopio. D4. y observe el efecto. Pizas de punta media. Observe los cambios en el osciloscopio. Monte el circuito como se ilustra en la Figura 3. D8. D7. Si se requiere tener un voltaje de salida negativo en el circuito de la figura 1.18. C4. D5. Repita el paso 7. Repita el paso 7. DIAGRAMAS Y FIGURAS 8 . LISTADO DE MATERIALES Y EQUIPOS C1. Invierta la polaridad del diodo. D. Monte el circuito como se ilustra en la Figura 2. Coloque las puntas de prueba del osciloscopio en el punto VIN y VOUT. Monte el circuito como se ilustra en la Figura 2. Monte el circuito como se ilustra en la Figura 3. Transformador con derivación central (Tap Center). Observe el osciloscopio. Trace el oscilograma en osciloscopios separados y observe los cambios. INSTRUCCIONES PARA REALIZAR LA PRÁCTICA Preparatorio D1. Protoboard. Multímetro. C3. trace el oscilograma en osciloscopios separados. D9. Monte el circuito en el protoboard como se ilustra en la Figura 1. Invierta la polaridad del diodo. cortafrío. entonces es necesario invertir los diodos D1 . preferentemente de 120VAC a 12VAC-0-12VAC C2. 2 Puntas de pruebas. D10. Cinco (5) diodos 1N4005. Coloque el osciloscopio en VIN y VOUT. Responda las preguntas que se encuentran en el punto de Anexos del informe. Repita el paso D2. estilete. C5. Aplicación de rectificación de onda completa con transformador Tap Center. Figura 3: Diagrama circuital . RESULTADOS OBTENIDOS 9 . Figura 2: Diagrama circuital . Figura 1: Diagrama circuital .Aplicación de rectificación de media onda. F.Aplicación de rectificación de onda completa. G. SIMULACIONES Simulación 1: Diagrama circuital .Aplicación de rectificación de media onda figura 1. 10 . Simulación 3. 11 .Simulación 2: Oscilogramas Vin y Vo de la figura 1. Diodo invertido la polaridad figura 1. Simulación 4: Oscilogramas Vin y Vo diodo invertido la polaridad de la figura 1. 12 . Simulación 5: Diagrama circuital .Aplicación de rectificación de onda completa figura 2. Aplicación de rectificación de onda completa con transformador Tap Center figura 3. 13 . Simulación 6: Oscilogramas Vin y Vo de la figura 2. Simulación 7: Diagrama circuital . Simulación 8: Oscilogramas Vin y Vo de la figura 3. H. CÁLCULOS No se requieren en la siguiente práctica I. Exponga sus recomendaciones respecto a la presente práctica. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1. Exponga sus conclusiones respecto a la presente práctica. 2. J. BIBLIGRAFÍA 14 .  Un transformador con tab central se tomó como un sistema básico de voltajes alterno para lo cual se añade diodos para hacer la recficacion. 2.  Mijarez Castro. Rito. 4. Copyright © 2014. 31 May 2017. 3. ProQuest ebrary. ¿Qué se observa? Explique.F.. D. ¿Cómo es la forma de recorte con el Diodo polarizado directamente en la Figura 1? Dibuje el oscilograma. K. 15 . 2014. Grupo Editorial Patria. MX: Grupo Editorial Patria. ¿Cómo es la forma de recorte de la onda senoidal a la salida en la Figura 2? Dibuje el oscilograma. Web. All rights reserved. ¿cómo es la forma de recorte ahora? Dibuje el oscilograma. México. Invierta la polaridad de D1 y D4en la Figura 2. Electrónica. Al invertir la polaridad del diodo de la Figura 1. ANEXOS 1. 7. Una de las aplicaciones es para rectificar la señal. para qué el recorte sea en el semiciclo positivo. ¿Tiene alguna aplicación éste método? Dé un ejemplo.5. ¿Las formas de recorte de la Figura 2 y de la Figura 3 son iguales? Detalle brevemente el porqué de su respuesta. filtrando y un regulador se puede convertir en una señal de alterna a continua. 6. Para la práctica no se utilizó el tab center porque el transformador utilizado no contaba con uno. ¿Cuál es la utilidad de un Tab Center en un transformador? Para la práctica no se utilizó el tab center porque el transformador utilizado no contaba con uno. Grafique cómo debe posicionar los diodos. 16 .