experiencia lab. electronica n°2 (desarrollo)

8/16/2019 experiencia lab. electronica n°2 (desarrollo)

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experiencia N°2: fuente basica

FElipe barrera ; francisco cortes

Profesor Guía Tureo Arratia Carla Mind!

RESUMEN

En el presente infor"e se encuentran los datos te#ricos ! pr$cticos relacionados a lase%unda experiencia de laboratorio de electr#nica del pri"er se"estre del a&o 2'()* dicaacti+idad es proporcionada por la escuela de in%eniería el,ctrica* a car%o de la profesoraCarla Tureo Arratia-

En esta se%unda experiencia el trasfondo de la acti+idad fue recordar la topolo%ía delos circuitos rectificadores los cuales fueron abordados en el curso funda"entos deelectr#nica ! con ello e"plear los instru"entos de laboratorio para corroborar los datos pr$cticos con los datos te#ricos obtenidos-

Srta


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ÍNDICE

.E/0MEN (

1N3CE 23NT.40CC35N 6CAP1T074 ( (.ECT3F3CA4.E/ C4N 344/ ((-( El iodo ((-2 .ectificadores con iodos 2(-2-( .ectificador de Media 4nda 2(-2-2 .ectificador de 4nda Co"pleta 6(-2-6 .ectificador con filtro capaciti+o 8CAP1T074 2 9E/A..4774 7A4.AT4.34 92-( esarrollo Experi"ento 92-(-( Procedi"iento de 7aboratorio 92-(-2 Acti+idad de 7aboratorio 92-(-6 Mediciones 2-2 Ecuaciones para


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INTRODUCCIÓN

En el presente infor"e se interiori@aran los detalles sobre los funda"entos te#rico pr$cticos de los circuitos rectificadores de "edia onda ! onda co"pleta- Estas topolo%íasde circuitos fueron e"pleados en la experiencia N°2 de laboratorio de electr#nica dictadoen el pri"er se"estre de 2'() a car%o de la profesora Carla Tureo Arratia

Para efectos de la experiencia N°2 de laboratorio se e"pleo el uso de el dispositi+ose"iconductor deno"inado diodo el cual cuenta con dos re%iones dopadas el,ctrica"entedeter"inadas en su fabricaci#n una de tipo P positi+aB* ubicada en su c$todo ! otra detipo N ne%ati+aB *ubicada en su $nodo las cuales deter"inan su polari@aci#n las cualesnos per"iten deter"inar si este dispositi+o se encuentra en conducci#n o bloueo se%Dnla topolo%ía circuital donde se encuentre incorporado-

7os circuitos rectificadores son basados en el e"pleo de dispositi+osse"iconductores los cuales tienen por funci#n* lo%rar alterar o defor"ar la for"a deonda ue reciben por "edio de su polari@aci#n !a sea en directa o in+ersa ! con elloca"biar las propiedades ue reciben las car%as conectadas a estas topolo%ías* de estosrectificadores los "as co"unes ! e"pleados en la experiencia son: el rectificador de"edia onda* el cual tiene por funci#n entrar en conducci#n cuando el ciclo positi+o del+olta?e de entrada polari@a al c$todo del diodo* o contraria"ente entrar en bloueo en elciclo ne%ati+o !a ue en este ciclo se polari@ara su $nodo todo esto su?eto se%Dn sea sudisposici#n dentro del circuito *ade"$s otro rectificador co"Dn es el de onda co"pleta elcual tiene por característica el e"pleo de un par de diodos los cuales rectifican en a"bossentidos a la se&al de entrada !a ue se disponen paralelos entre si lo%rando una for"a deonda con +alores total"ente positi+os co"o se de"ostrara en capítulos posteriores-


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(

CAPÍTULO 1

RECTIFICADORES CON DIODOS

(-( El iodo

El diodo es un ele"ento se"iconductor constituido por dos ?unturas las cuales sondopadas el,ctrica"ente una de tipo P en su c$todo ! otra de tipo N en su $nodo * dicodispositi+o posee una cur+a característica* la cual no es una línea recta* debido a esta propiedad al diodo se le es deno"inado co"o Ele"ento No 7ineal # ispositi+o No7ineal* ! este es el %ran proble"a de los diodos* !a ue es "u! difícil traba?ar en "allascon ellos debido a ue sus ecuaciones son bastante co"ple?as describiendo así la ecuaci#n"ate"$tica ue describe a esta cur+a es:

Fi%ura (

En la practica se lo%ro establecer aproxi"aciones de "odo ue en polari@aci#ndirecta* presenta una caída de tensi#n i%ual '- < "ientras ue la corriente lo%ra au"entar considerable"ente* conduciendo a ele+ados ni+eles de corrientes atre+es del diodo-ebido a estas corrientes %randes el diodo podría ro"perse* por eso a! ue tenercuidado con dicas corrientes no superen los ni+eles dados por el fabricante-

Aora en ca"bio si au"entando la tensi#n in+ersa puede ocurrir la ruptura a la

tensi#n de ruptura* un e?e"plo a podría darse a


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2

Aora el diodo se pueden efectuar 6 aproxi"aciones circuírteles se%Dn describansus características en pri"era aproxi"aci#n se describe co"o un dispositi+o ideal el cualno posee perdidas ni disipaci#n de ?untura si%nificando ue lo%ra conducir a cualuierni+el de corriente ! blouear cualuier ni+el de tensi#n* para efectuar la se%unda

aproxi"aci#n considera"os perdidas internas nulas pero se establece la disipaci#n de ?untura la cual nor"al"ente es una caída de tensi#n aproxi"ada en '- +olts en diodos desilicio ! final "ente considera"os una tercera aproxi"aci#n la cual considera las perdidasinternas del ele"ento representadas co"o una resistencia interna calculada a partir de susni+eles de operaci#n ! su respecti+a caída de tensi#n por conducci#n de ?untura-

Fi%ura 2

(-2 .ectificadores con iodos

7a tensi#n de la red do"iciliaria es de"asiado ele+ada para la "a!or parte de losdispositi+os e"pleados en circuitos electr#nicos* por ello %eneral"ente se e"pleantransfor"adores en casi todos circuitos electr#nicos- Este transfor"ador reduce la tensi#na ni+eles inferiores* "$s adecuados para el uso en dispositi+os se"iconductores co"odiodos ! transistores-

(-2-( .ectificador de Media 4nda

El funciona"iento del rectificador de "edia onda es descrito en ue durante else"iciclopositi+o de la tenci#n del pri"ario* el bobinado secundario tiene una "edia

onda positi+a de tenci#n entre sus extre"os -Este aspecto supone ue el diodo seencuentra en polari@aci#n directa- /in e"bar%o durante el se"iciclo ne%ati+o de latenci#n del pri"ario* el arrolla"iento secundario presenta una onda sinusoidal ne%ati+a por lo ue el diodo se encontrara polari@ado en in+ersa


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6

Fi%ura 6

(-2-2 .ectificador de 4nda Co"pleta

El rectificador de onda co"pleta e"plea el uso de a"bos se"icilos para dar +olta?ea la car%a por lo tanto* se e"plean dos diodos de los cuales uno de ellos funcionaraexclusi+a"ente en el se"iciclo positi+o "ientras* ue el se%undo conducir$ en el se"i

ciclo ne%ati+o ! con ello obtendre"os corriente en la car%a rectifica en a"bos se"iciclos por lo ue la tensi#n de inter,s ser$ "edida en la car%a . ! obtendr$ otras propiedades ala tensi#n aplicada en la car%a* co"o la frecuencia de onda ser$ el doble de la frecuenciade entrada-

aB .ectificador tipo puenteEl rectificador tipo puente usa el e"pleo de 8 diodos en +e@ de 2* lo%rando ue con

este dise&o se eli"ina la necesidad de la conexi#n inter"edia del secundario deltransfor"ador- 7a +enta?a de no usar dica conexi#n es ue la tensi#n en la car%arectificada es el doble ue la ue se obtendría con el rectificador de onda co"pleta con 2diodos- El funciona"iento de estos diodos es "u! si"ilar al rectificador de "edia onda

los diodos (! 6 conducen en el se"iciclo positi+o ! los diodos 2 ! 8 en el se"iciclone%ati+o lo%rando la rectificaci#n en la car%a- 7a diferencia "$s i"portante es ue latensi#n in+ersa ue tienen ue soportar los diodos es la "itad de la ue tienen uesoportar los diodos en un rectificador de onda co"pleta con 2 diodos* con lo ue sereduce el coste del circuito-

Fi%ura 8


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8

(-2-6 .ectificador con filtro capaciti+o

aB .ectificador de 4nda Co"pleta de 2 iodosEl rectificador de onda co"pleta de 2 diodos se describe su funciona"iento en ue

( conduce en el se"iciclo positi+o ! s#lo cuando se car%a el Capacitor- El 2 conduceen el se"iciclo ne%ati+o ! s#lo cuando se car%a el Capacitor lue%o en la car%a se %eneraun +olta?e de característica trian%ular el cual es deno"inado +olta?e de ri@o-

Fi%ura 9

bB .ectificador de 4nda Co"pleta tipo PuenteEl rectificador de onda co"pleta tipo puente e"plea co"o describi"os

anterior"ente 8 diodos con los cuales eli"ina"os la necesidad de deri+aci#n central deltransfor"ador reductor* por lo ue se describe su funciona"iento en ue ( ! 6

conduce en el se"iciclo positi+o ! s#lo cuando se car%a el Capacitor 7ue%o el 2 !8 conduce en el se"iciclo ne%ati+o ! s#lo cuando se car%a el Capacitor lue%o en lacar%a se %enera un +olta?e de característica trian%ular el cual es deno"inado +olta?e deri@o-

Fi%ura )


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CAPÍTULO 2

DESARROLLO LABORATORIO

2-( esarrollo Experi"ento

2-(-( Procedi"iento de 7aboratorio

Para efectos del desarrollo de la acti+idad de laboratorio los alu"nos debieronsolicitar los si%uientes i"ple"entos de pa&ol:

8 diodos bax (B

2 resistencias de (' o"

2 resistencias de ( J o"2 capacitores electrolíticos de 8KF

un ?ue%o de cables de extensi#n

Protoboard

Multi"etroAde"$s se e"plearon los si%uientes instru"entos de laboratorio para co"ple"entar

los an$lisis t,cnicos ue debieron desarrollar dentro de la experiencia-

4sciloscopio

transfor"ador

%enerador de funciones

Conector NC e"bra

Conector punta de cai"$n

2-(-2 Acti+idad de 7aboratorio

(B Ar"e el circuito rectificador de "edia onda de la fi%ura-

Fi%ura


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)

2B Conecte el transfor"ador a los 22'


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2-(-6 Mediciones

aB Mediciones .ectificador de 4nda Co"pletaMedici#n Experi"ento ( Experi"ento 2 Experi"ento 6 Experi"ento 8


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=

2-2 Ecuaciones para ('-9(

Frecuencia encar%a O@B

9' 9' 9' 9'


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>

bB Mediciones .ectificador de 4nda Co"pletaMedici#n Experi"ento ( Experi"ento 2 Experi"ento 6 Experi"ento 8


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('

2-8 esarrollo %uía de traba?o

aB Para el rectificador de "edia onda * dibu?e las for"as de onda * indicando laa"plitud ! el periodo de las "is"as para cada caso * +acio * con car%a * con filtro

C(*con filtro C2.espuesta:Al conectar el circuito rectificador de "edia onda se puede apreciar ue el +olta?e

en +acío en la entrada del bobinado secundario del transfor"ador presenta la si%uientecaracterística* debido a ue se est$ "idiendo la tensi#n antes del efecto del diodo-

Fi%ura >A"plitud: (9-= <Periodo: 2' "ilise%undosA continuaci#n se teste# con la for"a de la tensi#n en el c$todo del diodo* por lo

tanto se puede apreciar el efecto rectificador de este ele"ento se"iconductor sobre la

car%a-

Fi%ura ('A"plitud: (9-= <Periodo: 2' "ilise%undos


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((

Aora se procede a conectar un capacitor ! esta acci#n %enera una "odificaci#n dela onda anterior* aproxi"andola a una se&al de corriente continua-

Fi%ura ((A"plitud: >-'( <

Periodo: 2' "ilise%undosCo"o Dlti"a etapa rectificadora* se procede a conectar un se%undo capacitor de las

"is"as características ue el anterior para así producir por "edio del efecto de descar%ade a"bos capacitores en paralelo* una se&al lo "$s parecido posible a una se&al detensi#n continua en los resistores ue se ocupan co"o car%a

Fi%ura (2A"plitud: 9-2> <Periodo: 2' "ilise%undos

bB cual es el +olta?e in+erso ue soporta un diodo rectificador de "edia onda confiltro capaciti+o

.espuesta:el +olta?e in+erso aplicado en el diodo se define co"o: PIV =−(Vlp) por lo ue

el +olta?e in+erso aplicado en el rectificador de "edia onda es dado por PIV =−(15.8 )=−15.8


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(2

cB de ue orden es la "a%nitud de la corriente Pea ue soporta un diodo en unrectificador de "edia onda * con filtro capaciti+o * respecto a la corriente pro"edio de la car%a

.espuesta:

Para efectuar el calculo de la corriente ue lo%ra circular por cada uno de los diodosefectua"os una "edici#n del +olta?e ue circula por la resistencia en serie con los diodosdel circuito ! aplicando la le! de Jirsoff lo%ra"os establecer la "a%nitud de la corriente

ue debe soportar cada diodo Id=Vr

R =

0.577

10=57.7 mA ade"$s lo%ra"os corroborar

dico calculo con su si"ulaci#n co"o se "uestra a continuaci#n

Fi%ura (6

dB para el rectificador de onda co"pleta * dibu?e las for"as de onda * indicando laa"plitud ! el periodo de las "is"as para cada caso* +acio *con car%a * con filtroC( ! con filtro C( ! C2

respuesta:Grafica sin Car%a

Fi%ura (8A"plitud : (9-= <Periodo: 2' "ilise%undos

Grafica con Car%a


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(6

Fi%ura (9A"plitud : (9-= <Periodo: (' "ilise%undosGrafica con Filtro (

Fi%ura ()A"plitud :9-'9


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fB de ue orden es la "a%nitud de la corriente Pea ue soporta un diodo en unrectificador de onda co"pleta* con filtro capaciti+o * respecto a la corriente pro"edio de la car%a

.espuesta:

Para efectuar el calculo de la corriente ue lo%ra circular por cada uno de los diodosefectua"os una "edici#n del +olta?e ue circula por la resistencia en serie con los diodosdel circuito ! aplicando la le! de Jirsoff lo%ra"os establecer la "a%nitud de la corriente

ue debe soportar cada diodo Id=Vr

R =

1.233

10=123.3mA ade"$s lo%ra"os

corroborar dico calculo con su si"ulaci#n co"o se "uestra a continuaci#n

Fi%ura (=

%B co"o se calcula el +alor del condensador de filtro en el caso de un rectificadorde "edia onda ! en el caso de un rectificador de onda co"pleta

.espuesta:El +alor del capacitor para un rectificador de "edia onda es calculado se%Dn la

especificaciones ue se de en su +olta?e de ri@ado pea to pea definiendo este par$"etro pode"os aplicar las si%uientes ecuaciones para deter"inar su +alor teniendoconoci"iento de el +alor r"s del +olta?e aplicado ?unto a su frecuencia ! ade"$s del +alor resisti+o de la car%a-

Calculo de condensador para ri@ado en rectificador de onda co"pleta:

Vm2=( N 2 N 1 )Vm1 ;fin= 1

Tin ; fout =2 fin

= ( Idc ) (Tout )

Vrpp ;Vpl=Vm2−2 (Vk );Vc cl=Vpl−Vrpp

2; Iccl=

Vccl

R

C = Iccl

fout ∗Vrpp=

(Vpl−Vrpp

2

R )fout ∗Vrpp


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CONCLUSIONES

En el presente infor"e se estudiaron ! anali@aron las diferentes etapas ueco"ponen a una fuente de ali"entaci#n "onof$sica* ele"ento pri"ordial en la "a!oríade electrodo",sticos ue se ocupan diaria"ente en todo el "undo-

ando incapi, en los aspectos específicos de cada una de las etapas por las cualesdebe pasar una se&al de corriente alterna para ue con el e"pleo de diferentes ele"entosde circuito* se pueda "odificar esta se&al alterna ! ser transfor"ada por e?e"plo; en unase&al ue se pueda parecer lo "$s posible a una se&al de corriente continua- Así co"ota"bi,n tener la opci#n de "odificar otros aspectos de la se&al para obtener diferentesresultados se%Dn se reuiera-

Con lo expresado en este infor"e se de?a en e+idencia el uso ue tienen losdiferentes ele"entos de circuitos* ue se e"plearon en la reali@aci#n del experi"ento*"ostrando la i"portancia de la funci#n de cada uno de los ele"entos ! ue con todosestos ele"entos funcionando con?unta"ente se pueden %enerar ca"bios i"portantes enuna se&al* pudiendo "odificar una se&al de entrada de "ucas for"as se%Dn la ubicaci#nde los ele"entos e"pleados en el circuito-

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