circuitos con diodos practica 4 1

CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DEL META – ELECTRÓNICA 1

CIRCUITOS CON DIODOS (recortadores)

Alejandra García GañanFacultad de Ciencias Básicas e Ingeniería,

corporación universitaria del metaEstudiante de Ingeniería Electrónica, V Semestre,

electrónica 1,Villavicencio, Colombia

[email protected]

Luis Alexander Piñeros GarzónFacultad de Ciencias Básicas e Ingeniería,

corporación universitaria del metaEstudiante de Ingeniería Electrónica, V Semestre,

electrónica 1,Villavicencio, [email protected]

Diana Carolina IbarraFacultad de Ciencias Básicas e Ingeniería,

corporación universitaria del metaEstudiante de Ingeniería Electrónica, IV Semestre,

electrónica 1,Villavicencio, Colombia

[email protected]

Resumen—

En la siguiente practica de laboratorio se va a implementar, el funcionamiento de los diodos sometidos a una tensión alterna y a su vez conocer la función del diodo como elemento rectificador de señales, el rectificador de media onda y de onda completa mediante la implementación del puente de graetz y transformador de tab.central para ello necesitaremos de los equipos de laboratorio

Palabras clave: rectificación, onda,señal,frecuencia.

Abstract

In the following laboratory practice is to implement the operation of the diode subjected to an alternating voltage and turn about the function of the diode as rectifier element signals, the half-wave rectifier and a full-wave bridge through implementation of Graetz and tab.central transformer for this need of laboratory equipmentKeywords: correction, wave signal frequency.

Keywords:rectification, wave, signal, frequency

INTRODUCCIÓN.

Existe una gran variedad de redes de diodos llamadas Circuitos recortadores, que tienen la habilidad de “recortar” una porción de la señal de entrada sin distorsionar la parte restante de la forma de la señal alterna. El rectificador de media onda, es un ejemplo de la forma más simple de recortador de diodo. Dependiendo de la orientación del diodo, la región positiva o negativa de la onda es recortada. Existen dos categorías generales del diodo, en serie y en paralelo, los que son objeto de esta práctica.

1. Objetivos Desarrolle los conceptos del funcionamiento del

diodo sometido a una tensión alterna.

Conocer, implementar y analizar la función del diodo como elemento rectificador.

Verificar, comparar y analizar los diferentes tipos de rectificadores de voltaje implementados con diodos.

Desarrollar en el estudiante la competencia de aplicar el diodo como un elemento rectificador de voltaje.

Efectuar las simulaciones de los circuitos de esta practica, mediante el uso de herramientas como ORCAD, circuitmaker,etc.

Comparar los resultados obtenidos en la práctica con los cálculos teóricos, y los modelos simulados.

2. Materiales requeridos: 1 transformador con tab.central de toma

media 220/110 de entrada ,9+9 , 12-12, de salida y una intensidad máxima de 1 A de salida (T1)

Circuitos impresos con los montajes a realizar en el laboratorio detallados en el desarrollo d la guía (Diodos de silicio 1N4007 o ECG)

1 resistencia de 100Ω a 2 watts (RL). 1 resistencia de 50Ω a 2 watts .(RL) 1 osciloscopio, tres sondas. 1 generador de ondas. 1 multímetro.

3. Marco teórico

3.1Recortadores de media onda

1

TR1

TRAN-2P2S

D1

DIODE

R1

A

B

D

C


La aplicación mas inmediata de un diodo es la rectificación de una señal alterna.esta rectificación puede hacerse con diversos propósitos ,como es por ejemplo la demulacion de una señal de radiofrecuencia modulada en amplitud .sin embargo,la aplicación impresindible es la rectificación de tensiones alternas para producir la necesaria alimentación de corriente continua de los aparatos electrónicos .Supondremos que tenemos que generar una alimentación continua a partir de una alterna .como primera mediada se contara con un tranasformador que adecua las tensiones de la red a nuestra necesidad.normalmente las tensiones de continua que requerimos son del orden de decenas de voltios y partimos de una red alterna de 110/220 Vrms. El transformador nos permite bajar esta tensión ala necesaria con gran eficiencia .por otra parte ,un transformador es imprescindible en cualquier sistema de alimentación puesto que produce un aislamiento galvánico.

Entre la red alterna y el sistema .este aislamiento es una condición impresindible para la seguridad del usuario.

Figura1.rectificador de media onda.El sistema mas elemental de rectificación aparece en la figuara 1. Se representa el tranasformador, el diodo y la carga sobre la que se desarrolla la potencia .en nuestro caso esta carga será ifticia; concretándose en una resistencia. Se supone que la salida del transformador es de la forma :

V(t)=Vp sen Wt Entonces ,

I ( t )=Vp senW−VDRL

para 0 < Wt <π i(t)=0 para π< Wt < 2π

doonde VD es la caída del diodo y vp es el valor pico de la tensión de salida del transformador , si

tenemos que VD<<Vp,entonces el valor de la tensión de la salida será:V ´ P

2 π∫

0

π

senWt= vpπvrms=((vp /2 π )/ ∫ 〖 senWtdwt)〗1/2=vp /2

las corrientes que continua por el diodo, que es la misma que pasa a través de la carga (RL) será:IDC=I0=IL=V0/RL=VP/Πrl

figuara 2.señales en el rectificador de media onda.Rectificador de onda completa con traf. De tab central.

2

TR1

TRAN-2P3S

D1

DIODE

R1

A

B

C

D2

DIODEdD


Es evidente que el rectificador de media onda

hace que el valor de la corriente por la carga tenga un valor medio distinto de cero; sin embargo la componete alterna de la corriente e todavía muy grande . una solución habitualmente usada es la realizar la rectificación de onda conpleta ,tal como se muestra en la figura 3. Se utiliza un transformador de doble devanado, de tal forma que durante un semi siclo la corriente la genera un devanado y en el siguiente semiciclo la genera el otro.De la isma forma ,cada diodo conduce solamente solamente durante un semisiclo . si cada uno de los devanados genera una tensión de pico Vp, el valor de continua en la carga será ,suponiendo la caída en el diodo despreciable :Vdc=

V ´ P2 π

∫0

π

senWt=2vpπ

vrms=((vp /π ) ∫ 〖 senWtdwt)〗1/2=vp /√2Que es , el doble que para el caso de un rectificador de media onda . la corriente media por la carga es también doble que en el caso de media onda ,pero la corriente media soportada por los diodos es igual:

Figuara 3. Rectificador de onda completa con tranf. De tab central.

En el tranformador de toma media , la tensión entre sus salidas VDE y Vdc son iguales en valor pero están desfasadas 180°, es decir ,cuando una de ellas esta en el semisiclo positivo, la otra se encuentra en el semisiclo negativo. Esto se expresa por la formula siguiente:Vdc=VDE

Teniendo esto en cuenta , es fácil comprender que los diodos del circuito conducen en semiperiodos alternativos ,ya que cuando uno tiene el anodo conectado al positivo, es decir,esta

polarizado directamente , el otro lo tiene negativo y por tanto esta polarizado inversamente . El circuito en si no es mas que Dos rectificadores de media onda que entregan energía a la misma resistencia de carga en semiperiodos alternativos

3

TRAN-2P2S

R1

B BRIDGED


Rectificación de de doble onda en puente de Graetz.

La rectificación de doble onda puede conseguirse también con un transformador de devanado simple usando 4 diodos en configuración de puente , tal como se refleja en la figura 4. Si se sigue el camino de la corriente , se ve en cada ciclo conducen 2 diodos . cuando la tensión es positiva en C y negativa en D, conducen los diodos D2 y D3, y cuando la tension es positiva en d y negativa en C(siguiente semiciclo) conducen los diodos D1 y D4. En ambos casos, la corriente en RL tiene el mismo sentido(flechas negras y blancas).la expresión de la tensión media es la misma que para el caso de transformador de doble devanado o tab. Centarl.este montaje tiene la ventaja de usar un transformador mas sencillo , pero a cambio este tiene que ser flotante , es decir , no puede tomarse ninguna de sus terminales como referencia del circuito.FIGURA 5.RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON PUENTE DE GRAETZ

Figura 5 .rectificador de onda completa con puente de Graetz.

Figura 6. Señales en el rectificador de onda completa Graetz

Nota :los conceptos anteriores se aplican a los diodos adeales , si se aplica un análisis de diodos reales , solo restamos a las tensiones Vp el valor de ruptura del diodo VD.

Procedimiento

4.1 Rectificador de media onda. Implemente el circuito impreso del esquemático de la figura 1, preparar el osciloscopio y tenga en cuenta que va a manipular Vac y debe medir todos los parámetros siguientes con suprema precaución

4


evitando cortos circuitos .4.1.1. Con el osciloscopio medir los voltajes en la salida del transformador (secundario), en el diodo y en la resistencia de carga RL, escribir estos valores en la tabla 1. Realizar los oscilogramas para cada una de las mediciones .tenga en cuenta que si conecta el osciloscopio de una forma determinada, dará una representación inversa ala que daría siSe invierte la posición en que conectara la sonda por lo que para evitar cambios , se conecta el terminal de masa del osciloscopio (banana negra) en el punto “D” y para medir la tensión en los diodos el terminal de masa se conecta a sus terminales de masa se conectara a sus cátodos.

Entrada (VCD), Rectificador de Media Onda.

Salida (VRL), Rectificador de Media Onda.

Entrada (VCD), Rectificador Onda Completa.

Salida D1, Rectificador de Onda Completa.

Salida D2, Rectificador de Onda Completa.

Entrada (VCD). Rectificador de onda completa en puente de Graetz.

5


Salida (VRL). Rectificador de onda completa en puente de Graetz.

Salida (D1 y D3). Rectificador de onda completa en puente de Graetz.

Salida (D2 y D4). Rectificador de onda completa en puente de Graetz.

4.1.2Con el multímetro ( debidamente preparado para medir Vac , o sea Vrms) medir el voltaje en la entrada (primario) y en la salida del transformador (secundario), en el diodo y en la resistencia de carga RLescribir estos valores en la tabla 1.

Con el multímetro (debidamente preparado para medir Vdc, O sea V promedio) medir el voltaje en la entrada (primario) y en la salida del transformador (secundario) , en el diodo y en la resistencia de carga RL. Escriba estos valores en la tabla 1.

4.1.3.Con el multímetro (debidamente preparado para medir IAC, o sea IRMS) medir la corriente en la entrada (primario) y en la salida del transformador(secundario), a través del diodo y a través de la resistencia de carga RL escribir estos valores en la tabla1. Con el multímetro (debidamente

preparado para medir la corriente en la entrada (primario) y en la salida del transformador (secundario), en el diodo y en la resistencia de carga RL.escriba estos valores en la tabla1.

4.1.4. Calcule el valor promedio y el valor eficaz para cada una de las tensiones medidas en el numeral 4.1.2 adjunte las cálculos en el informe y el resultados escríbalos en la tabla1.

4.1.5.Calcule el valor medio y el valor eficaz para la corriente del diodo, que es la la misma a través de la carga. Adjunte los cálculos en el informe y los resultados escríbalos en la tabla 1.

4.1.6. dibuje las señales correspondientes al rectificador de media onda.

4.1.7. simule el circuito e imprimir sus respectivas señales.

4.1.8.realizar un cuadro comparativo entre los valores medidos(numerales 4.1.1,4.1.2 y 4.1.3), los valores calculados(numerales 4.1.4 y 4.1.5) y los valores obtenidos por simulaciones(numeral 4.1.7).indique los porcentajes de variación. justifique las variables entre las tres clases de porcentaje8medidos,calculados y simulados).

4.1.9. para los circuitos de la figura1. Reemplace el transformador por el generador

6


de ondas, calibre una señal sinodal de 5 Vp a 1kHz y tómela como Vi para el circuito.

4.1.10. varíe progresivamente la amplitud de la señal de entrada, observe la señal de salida anote sus observaciones.

4.1.1.vuelva a calibrar la señal y varíe progresivamente la frecuencia de la señal de entrada, observe las señales de salida anote sus observaciones.

4.1.2.cambie la señal de entrada a una cuadrada ,repita el procedimeinto.¿que ocurre?

oscilo multím

etro en

ac

(medid

as

rms)

scopio

o(med

idas

reales

)

tro en

dc(medi

das

promedi

o)

os

prome

dio

los

efica

z

VAB No 110V 110V 35,0V

55,0V

VCD 6V 6,70V 6V 1,90V

3V

VD 0,8V 4,06V 4,06V 1,46V

0,2V

VRL 5,2V 3,37V 3,37V 1,07 2,6V

IABICD No 1A 1A 19

mA52 mA

ID No 0,02A 0,02A 2,5mA

52 mA

IRL No 0,02 0,02A 16,5 mA

52 mA

Tabla 1.medidas rectificador de media onda.

4.2 rectificador de onda completa(transformador de tab .central) implemente el circuito de la figura 3 en el circuito impreso, repita el procedimiento 4.1 con sus subprocedimientos excepto los numerales 4.1.9 a 4.1.1.2.

Nota: los voltajes y corrientes que aparecen en esta segunda parte deben incluirse en el desarrollo del procedimiento y subprocedimiento.

Tabla 2. Medidas rectificador de onda completa con traf.de tab central.

4.3. Rectificador de onda completa (puente de graetz) implemente el circuito de la figura 5 en el circuito impreso, repita el procedimiento 4.1 y complete la tabla 3. Aquí el terminal de la masa de la sonda del osciloscopio se coloca en el punto D para medir la tensión de salida del transformador y la de los diodos D3 y D4, que serán iguales que la tensión de los diodos D2 y D1 respectivamente . para para medir el vlataje sobre la resistencia de carga conectar el terminal negro de la sonda en el punto donde se une los cátodos de los diodos D2 y D4.

7

oscilo

scopio

o(med

idas

reales

)

multím

etro en

ac

(medid

as

rms)

multíme

tro en

dc(medi

das

promedi

o)

cálcul

os

prome

dio

cálculos

eficaz

VAB No 110V 110V 70,0V

77,7V

VCD 6V 6,70V 6V 3,81V

4,24V

VDE 6V 6,70V 6V 3,81V

4,24V

VD1 5V 7,54V 5,4V 3,18V

3,53V

VD2 5V 7,54V 5,3V 3,18V

3,53V

VRL 1V 2,91V 4,3V 0,6V 0,70 VIAB NOID1 No 0,02A 0,02A 15,9

mA14,7mA

ID2 NO 0,02A 0,02A 15,9 mA

14,7mA

IRL No 0,05A 0,05A 3,18 mA

2,5mA


Tabla 3. Medidas del rectificador de onda completa en puente de Graetz.

4.4 ¿en el numeral 4.1 al 4.3 como es la frecuencia de la señal de entrada con respecto a la señal de salida ¿Conclusiones

CALCULOS.

Tabla 1.

Calculos promedio.

VAB = 110V / π = 35,01V

VCD= 6V / π = 1,90V

VD= 0,8V/ π = 1,46V

VRL= 5,2 / π = 1,07V

ICD= 6V / π 100𝜴= 19 mA

ID= 0,8V / π 100𝜴 =2,54 mA

IRL= 5,2V / π 100𝜴= 16,55 mA

Cálculos Eficaz.

VAB = 110V / 2 = 55V

VCD= 6V / 2= 3V

VD= 0,8V/ 2 = 0,2V

VRL= 5,2 / 2= 2,6V

ICD= 6V – 0,8V / 100𝜴= 52 mA

ID= 6V - 0,8V / 100𝜴 =52 mA

IRL= 6V-0,8V / 100𝜴= 52 mA

Tabla 2.Cálculos promedio.

VAB = 2 * 110V / π = 70,02V

VCD= 2 * 6V / π = 3,81V

VDE= 2 * 6V/ π = 3,81V

VD1= 2 * 5V / π = 3,18V

VD2= 2 * 5V / π = 3,18V

VRL= 2 * 1V / π = 0,6V

ID1= 5V / π 100𝜴= 15,9 mA

ID2= 5V / π 100𝜴 =15,9 mA

IRL= 1V / π 100𝜴= 3,18 mA

Cálculos Eficaz.

VAB = 110V / √2 = 77,78V

VCD= 6V / √2 = 4,24V

8

Vab oscilos

copio

o(medi

das

reales)

multím

etro en

ac

(medid

as rms)

multím

etro

en

dc(me

didas

prome

dio)

cálcul

os

prome

dio

cálculos

eficaz

VAB NO 110V 110V 70,0V

77,78V

VCD 12V 12V 12V 7,63V

8,48V

VD1 6V 3,78V 3,78V

3,18V

4,24V

VD2 6V 3,78V 3,78V

3,18V

4,24V

VD3 6V 3,78V 3,78V

3,18V

4,24V

VD4 6V 3,78V 3,78V

3,18V

4,24V

VRL 10V 2,83V 2,83V

6,36V

7,07V

IAB No

ID1 No

0,01A

0,02A

19,09 mA

17,6mA

ID2 No

0,01A

0,02A

19,09 mA

17,6mA

ID3 No 0,01A 0,02A

19,09 mA

17,6mA

ID4 No 0,01A 0,02A

19,09 mA

17,6mA

IRL No 0,01A 0,04A

31,83 mA

57,6 mA


VDE= 6V/ √2 = 4,24V

VD1= 5V /√2 = 3,53V

VD2= 5V / √2 = 3,53V

VRL= 1V / √2 = 0,70V

ID1= 5V – 3,53V / 100𝜴= 14,7mA

ID2= 5V – 3,53V / 100𝜴= 14,7mA

IRL= 1V-3,53V / 100𝜴= -2,53 mA

Tabla 3.

VAB = 2 * 110V / π = 70,02V

VCD= 2 * 12V / π = 7,63V

VD1= 2 * 6V / π = 3,18V

VD2= 2 * 6V / π = 3,18V

VD3= 2 * 6V / π = 3,18V

VD4= 2 * 6V / π = 3,18V

VRL= 2 * 10V / π = 6,36V

ID1= 6V / π 100𝜴= 19,09 mA

ID2= 6V / π 100𝜴 =19,09 mA

ID3= 6V / π 100𝜴= 19,09 mA

ID4= 6V / π 100𝜴 =19,09 mA

IRL= 10V / π 100𝜴= 31,83 mA

Cálculos Eficaz.

VAB = 110V / √2 = 77,78V

VCD= 12V / √2 = 8,48V

VD1= 6V /√2 = 4,24V

VD2= 6V /√2 = 4,24V

VD3= 6V /√2 = 4,24V

VD4= 6V /√2 = 4,24V

VRL= 10V / √2 = 7,07V

ID1= 6V – 4,24V / 100𝜴= 17,6mA

ID2= 6V – 4,24V / 100𝜴= 17,6mA

ID3= 6V – 4,24V / 100𝜴= 17,6mA

ID4= 6V – 4,24V / 100𝜴= 17,6mA

IRL= 10V-4,24V / 100𝜴= 57,6 mA

CONCLUSIONES

Los circuitos recortadores se utilizar para eliminar una parte de una forma de onda que se encuentra por encima o por debajo de algún nivel de frecuencia.

Los tipos de recortadores que hay son en serie, paralelo y mixtos.

El recortador en serie es similar al rectificador de media onda con la diferencia de la fuente de DC.

En el recortador en paralelo la corriente esta inversamente polarizada el diodo no trabaja, entonces la señal es la misma que alimenta la fuente AC.

En el rectificador de onda completa se cumple que VDE y VDC son iguales en valor, con un desfase de 180º.

V BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA

- Albert Paul Malvino.Principios de electrónica QUINTA EDICION. Editorial Mc Graw-Hill.

- Teoria de circuitos y dispositivos electrónicos. 8 Edicion, R.L Boylestad, L Nashelsky.

- Proteus 7.7 ISIS 7 PROFESIONAL

SIMULACIONES

9


Circuito de la figura 1

TR2

TRAN-2P2S

D1

DIODE

AC Volts

+8.03 R2100

A

B

C

D

AC

Vol

ts

+0.7

4

AC Volts

+7.31

AM FM

+

-

Grafica de la rectificacion de media onda.

Figura 1 circuito rectificador de media onda con generador a 5 vp y frecuencia de 1khz

D1

DIODE

R2100

A

B

C

DAM FM

+

-

AC mA

+25.3

Figura 2. Rectificador de onda completa.

TR2

TRAN-2P2S

D1

DIODE

R2100

A

B

C

D

AC mA

0.00

D2

DIODE

Figura 3 . Rectificador de onda completa, en puente de Graetz.

10


TR1

TRAN-2P3S

A

B

C

D

BR1

DF10M R110k

TR1

TRAN-2P3S

A

B

C

D

BR1

DF10M R110k

11


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