cuestionario previo n° 5

7/29/2019 Cuestionario Previo N 5

1/17

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(Universidad del Per, Decana de Amrica)

FACULTAD DE INGENIERA ELETRNICA Y ELCTRICA

APELLIDOS Y NOMBRES MATRCULA

RAMREZ SAAVEDRA CHRISTIAM PAUL 10190149

CURSO TEMA

CIRCUITOS ELECTRNICOS ICIRCUITOS MULTIPLICADORES DE

TENSIN

INFORME FECHAS NOTA

PREVIO REALIZACIN ENTREGA

NMERO

18-11-2012 5-12-20125

GRUPO PROFESOR

2(MIRCOLES 10:00 - 12:00 AM.)

ING. LUIS PARETTO QUISPE


2/17

I. TEMA: CIRCUITOS MULTIPLICADORES DE TENSINII. OBJETIVOS

Estudiar el funcionamiento de los diferentes modelos de circuitos rectificadores, filtrosy multiplicadores de tensin.

III. CUESTIONARIO1. Definir los conceptos de rectificacin, filtros y dobladores de tensin.

Un Multiplicador de tensin es un circuito elctrico que convierte tensin desde una fuente de

corriente alterna a otra de corriente continua de mayor voltaje mediante etapas de diodos y

condensadores.

La figura muestra un multiplicador de tensin con diodos ideales y condensadores de capacidad

infinita. Las cifras en rojo muestran los valores de tensin alterna (RMS), mientras que las negras

son la componente continua en cada etapa. Evidentemente, invirtiendo los diodos se obtienen

tensiones negativas.

Hay que tener en cuenta que un multiplicador de tensin sin cargar con una impedancia se

comporta como un condensador, pudiendo proporcionar transitorios de elevada corriente, lo que

los hace peligrosos cuando son de alta tensin. Habitualmente se agrega una resistencia en serie

con la salida para limitar este transitorio a valores seguros, tanto para el propio circuito como ante

accidentes eventuales.
http://es.wikipedia.org/wiki/RMShttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_transitoriahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_transitoriahttp://es.wikipedia.org/wiki/RMS


3/17

Mientras esta configuracin puede ser utilizada para generar miles de voltios a la salida, los

componentes de las etapas individuales no requieren soportar toda la tensin sino solo el voltaje

entre sus terminales, esto permite aumentar la cantidad de etapas segn sea necesario sin

aumentar los requerimientos individuales de los componentes.

Usos: Este circuito se utiliza para la generacin del alto voltaje requerido en los tubos de rayoscatdicos, tubos de rayos X, para alimentar fotomultiplicadores para detectores de rayos gamma.

Tambin se utiliza para la generacin de altos voltajes para experimentos de fsica de alta energa.

CIRCUITOS MULTIPLICADORES DE VOLTAJE

Muchas veces tenemos en nuestras manos un transformador de buena calidad y que puede

suministrar una cantidad de corriente suficiente para alimentar un circuito especfico que estamos

diseando, pero nos encontramos con la limitante que la tensin de suministro est por debajo de

lo que requiere en una cantidad par o impar.

Con los circuitos que tratar de explicarles aqu, podrn obtener voltajes aumentados en una

proporcin de 2, 3, 4, 5,.n veces, pudiendo llegar a generar altos niveles de voltaje DC. Esto

quiere decir por ejemplo, que si poseen un transformador de 12 V AC en el secundario, podrn

generar tensiones de 24, 36, 48, Volt DC.

A estos circuitos bsicos se le denominan Multiplicadores de Tensin y tienen un sinnmero de

aplicaciones sin la necesidad de utilizar transformadores con devanados centrales.

Se basan en la modificacin de los circuitos de filtros con condensador que casi todos conocemos,

y que se utilizan en las fuentes de poder.

DOBLADOR DE MEDIA ONDA

En la siguiente figura, vemos un Doblador de media onda:


4/17

Cuando el circuito es alimentado por el semiciclo positivo de la tensin AC del secundario del

transformador, D1 est en conduccin y D2 est en corte o abierto, por lo que cargar el

condensador C1 hasta Vs. La polaridad de la tensin de carga de C1 se muestra en el siguiente

circuito equivalente:

Cuando le toca el turno al ciclo negativo de la onda de tensin AC, los diodos cambian su condicin

en forma opuesta es decir, D1 entra en corte o en no conduccin y D2 pasa a modo de

conduccin. En esta fase, empieza la carga de C2 hasta 2Vs. Vemoslo en un circuito equivalente:

Fjense que Vs es la tensin rectificada de la AC del secundario del transformador.

Si hacemos la ecuacin de tensiones segn Kirchhoff tenemos que:

Vs+VC1-VC2=0 (VC1 y VC2 son las cadas de tensin en los condensadores)

Sustituyendo Vc1 tenemos que:

Vs + Vs VC2=0 con lo que obtenemos que VC2 = 2Vs

Cuando conectamos la carga en los terminales, C2 se descargar en el semiciclo positivo de la

tensin AC y se recargar a 2Vs en el negativo, suministrando esa tensin a la carga.


5/17

Las condiciones de diseo sern:

Una tensin inversa pico igual a 2Vs para los diodos y una tensin de alimentacin de 2Vs al

menos para los condensadores.

Como seal de salida obtendremos algo similar a un rectificador de media onda con filtro

condensador.

DOBLADOR DE ONDA COMPLETA

Este circuito nos ofrece una salida rectificada de onda completa con filtro condensador.

Aqu tambin entran en juego las conmutaciones entre corte y conduccin de los dos diodos.

En el semiciclo positivo de la onda de tensin, el circuito se puede representar como el siguiente:

Vemos que C1 se cargar con la polaridad mostrada a Vs.


6/17

En el ciclo negativo, el circuito ser as:

cargando C2 a Vs. Vemos que la tensin suministrada a la carga es 2Vs.

Al igual que en el doblador de media onda, aqu se requiere que la tensin inversa pico de los

diodo sea 2Vs para que no se daen y los condensadores debern soportar al menos Vs.

Una cosa importante y distintiva en este circuito es que el condensador equivalente que sirve de

filtro es igual a la asociacin en serie de C1 y C2.

La capacitancia equivalente es por consiguiente menor a la del doblador de media onda (si

consideramos los valores de C iguales en ambos casos), por lo que el filtrado en Onda Completa

ser de inferior calidad. Esto ser un factor a considerar cuando lo diseemos.

MULTIPLICADOR DE VOLTAJE

Ahora vamos a tomar el doblador de media onda y vamos a hacer un multiplicador de voltaje.

Veremos que con este simple circuito podremos obtener mltiplos pares e impares de la tensin

rectificada del secundario, del condensador C1.


7/17

Podemos hacer un anlisis del circuito y veremos que el comportamiento se puede resumir como

sigue:

1) Durante el semiciclo positivo de la AC, C1 se carga a Vs a travs de D1.

2) Durante el semiciclo negativo de la AC, C2 se carga a 2Vs a travs de D2.

3) Durante el semiciclo positivo de la AC, C3 se carga a 2Vs a travs de D3 y C2.

4) Durante el semiciclo negativo de la AC, C4 se carga a 2Vs a travs de D2, D3 y C3.

5) Y as sucesivamente.

Vemos que la parte superior del circuito nos proporciona voltajes mltiplos impares y el inferior,

voltajes mltiplo pares.

Aqu igualmente, los diodos debern soportar una tensin inversa pico de 2Vs. Si los

condensadores poseen pocas fugas y son de buena calidad, podemos obtener tensiones

verdaderamente peligrosas con este simple dispositivo.

Obviamente, la corriente de suministro depender del transformador, resistencia interna de los

diodos y condensadores, por lo que deberemos aplicar nuestras formulaciones de circuitos para

calcular la potencia mxima de suministro a la carga al igual que la corriente de carga. Igualmente

podra necesitarse un filtrado adicional de rizado para filtrar an ms la tensin de salida.

Recuerden que la salida es similar a la obtenida con rectificadores de media onda y onda completa

con un filtro condensador.

Si bien son diseos analgicos y por medio de switcheo o conmutacin podemos tener fuentes

de poder digitales basadas en PWM de cualquier combinacin de voltajes, estos circuitos siguen

vigentes aun hoy en da.


8/17

RECTIFICADORES

RECTIFICACION DE MEDIA ONDA

El anlisis de los diodos se ampliar para incluir las funciones variables en el tiempo tales como la

forma de onda senoidal y la onda cuadrada.

La red ms simple que se examinar con una seal variable en el tiempo aparece en la figura No. 1.

Por el momento se utilizar el modelo ideal para asegurar que el sistema no se dificulte por la

complejidad matemtica adicional.

Figura 1. Rectificador de Media Onda

A travs de un ciclo completo, definido por el periodo Tde la figura 1, el valor promedio (la suma

algebraica de las reas arriba y abajo del eje) es cero. El circuito de la figura No. 1, llamado

rectificador de media onda, generar una forma de onda Vo , la cual tendr un valor promedio de

uso particular en el proceso de conversin de ac a dc. Cuando un diodo se usa en el proceso de

rectificacin, es comn que se le llame rectificador. Sus valores nominales de potencia y corriente

son normalmente mucho ms altos que los diodos que se usan en otras aplicaciones, como en

computadores o sistemas de comunicacin.

Figura 2. Regin de conduccin (0-T/2)

Durante el intervalo t= 0 T/2 en la figura No. 1, la polaridad del voltaje aplicado Vi es como para

establecer "preciso" en la direccin que se indica, y encender el diodo con la polaridad indicada

arriba del diodo. Al sustituir la equivalencia de circuito cerrado por el diodo dar por resultado el

circuito equivalente de la figura No. 2, donde parece muy obvio que la seal de salida es una


9/17

rplica exacta de la seal aplicada. Las dos terminales que definen el voltaje de salida estn

conectadas directamente a la seal aplicada mediante la equivalencia de corto circuito del diodo.

Para el periodo T/2 T, la polaridad de la entrada Vi es como se indica en la figura No. 3, y la

polaridad resultante a travs del diodo ideal produce un estado "apagado" con un equivalente de

circuito abierto. El resultado es la ausencia de una trayectoria para el flujo de carga y Vo= iR=

(0)R=0 V para el periodo T/2 T. La entrada Vi y la salida Vo se dibujaron juntas en la figura No. 4

con el propsito de establecer una comparacin. Ahora, la seal de salida Vo tiene un rea neta

positiva arriba del eje sobre un periodo completo, y un valor promedio determinado por:

Vdc = 0.318 Vm Media onda (1.0)

Figura 3. Regin de no conduccin (T/2 T).

Figura 4. Seal rectificada de media onda.

Al proceso de eliminacin de la mitad de la seal de entrada para establecer un nivel dc se le llamarectificacin de media onda.

El efecto del uso de un diodo de silicio con VT= 0.7 V se seala en la figura 5 para la regin de

polarizacin directa. La seal aplicada debe ser ahora de por lo menos 0.7 V antes que el diodo

pueda "encender". Para los niveles de Vi menores que 0.7 el diodo an est en estado de circuito

abierto y Vo = 0 V, como la misma figura. Cuando conduce, la diferencia entre Vo y Vi se encuentra

en un nivel fijo de VT= 0.7 V y Vo = Vi VT, segn se indica en la figura. El efecto neto es una


10/17

reduccin en el rea arriba del eje, la cual reduce de manera natural el nivel resultante del voltaje

dc. Para las situaciones donde Vm >> VT, la siguiente ecuacin puede aplicarse para determinar el

valor promedio con un alto nivel de exactitud.

Vdc = 0.318 (Vm VT) (2.0)

Figura 5. Efecto de VT sobre la seal rectificada de media onda.

Si Vm es suficientemente ms grande que VT, la ecuacin (1.0) es a menudo aplicada como una

primera aproximacin de Vdc.

RECTIFICACION DE ONDA COMPLETA

Puente de diodos

El nivel de dc que se obtiene a partir de una entrada senoidal puede mejorar al 100% si se utiliza

un proceso que se llama rectificacin de onda completa, La red ms familiar para llevar a cabo la

funcin aparece en la figura 6 con sus cuatro diodos en una configuracin en forma depuente.

Durante el periodo t= 0 a T/2 la polaridad de la entrada se muestra en la figura 7. Las polaridades

resultantes a travs de los diodos ideales tambin se sealan en la figura 7 para mostrar que D2 yD3 estn conduciendo, en tanto que D1 y D4 se hallan en estado "apagado". El resultado neto es la

configuracin de la figura 8, con su corriente y polaridad indicadas a travs de R. Debido a que los

diodos son ideales, el voltaje de carga Vo = Vi, segn se muestra en la misma figura.

Figura 6. Puente rectificador de onda completa


11/17

Figura 7. Red de la figura 6 para el periodo 0 T/2

del voltaje de entrada Vi

Figura 8. Trayectoria de conduccin para la

regin positiva de Vi.

Para la regin negativa de la entrada los diodos conductores son D1 y D4, generando la

configuracin de la figura No. 9. El resultado importante es que la polaridad a travs de la

resistencia de carga R es la misma que en la figura 7, estableciendo un segundo pulso positivo,

como se indica en la figura 9. Despus de un ciclo completo los voltajes de entrada y de salida

aparecern segn la figura. 10.

Figura 9. Trayectoria de conduccin para

la regin negativa de Vi.


12/17

Figura 10 Formas de onda de entrada y salida para

rectificador de onda completa

Debido a que el rea arriba del eje para un ciclo completo es ahora doble, en comparacin con la

obtenida para un sistema de media onda, el nivel de dc tambin ha sido duplicado y

Vdc = 2(Ec. 2.7) = 2(0.318 Vm)

Onda completa (3.0)

Si se emplea diodos de silicio en lugar de los ideales como se indica en la figura 11, una aplicacin

de la ley de Kirchhoff alrededor de la trayectoria de conductancia resultara

Vi VT Vo VT = 0

Vo = Vi - 2VT

El valor pico para el voltaje de salida Vo es, por tanto,

Vo max = Vm - 2VT (4.0)

Para las situaciones donde Vm >> 2VT. Puede aplicarse la ecuacin (4.0) para el valor promedio

con un nivel relativamente alto de precisin.

Figura 11. Determinacin de Vomax para los diodos de silicio en la configuracin puente.

Si Vm es lo suficiente ms grande que 2VT, entonces la ecuacin (3.0) a menudo se aplica como

una primera aproximacin para Vdc.


13/17

FILTROS

Filtro con entrada de condensador:

A la salida del rectificador de una fuente de alimentacin, colocamos un condensador en paralelo

con la resistencia RL.

La misin del condensador que se coloca en paralelo con la seal es la de aplanar la onda de salida

del rectificador, es decir, obtener una seal continua.

Filtro tipo pi:

Se han aadido a C1 una bobina de choque y otro condensador C2. La tensin c.c. de salida entre

los terminales de C2 es aplicada a ahora a R. El efecto de C1, L y C2 es mejorar la accin de filtraje

aumentando la carga almacenada en estos componentes reactivos. Este filtro se llama de tipo pi

porque su configuracin se asemeja a la forma de la letra griega.

A causa de que el primer elemento de filtro es el condensador C1, se le denomina filtro de entrada

por condensador.

Una caracterstica de este equipo de filtro es que proporciona la mxima tensin de salida a la

carga. El mximo valor del condensador de entrada que se puede utilizar en un rectificador en

condiciones de seguridad es ordinariamente especificado en las instrucciones del fabricante.

Para corrientes de cargas mayores se requiere una inductancia grande con baja resistencia interna.

La inductancia de choque con ncleo de hierro est relacionada directamente con su efectividad

como elemento de filtro. Una caracterstica del choque es que se opone a la variaciones de

corriente, mientras los condensadores a las variaciones de tensin. El filtro tiende a promediar o

alisar los impulsos rectificados recortando las crestas y llenando los valles, suministrando as una

tensin relativamente estable a la carga.

La salida de la tensin de c.c. se designa por +V. El valor de +V depende, pues, de la tensin de CA

entre los extremos del secundario de alta tensin, de las dimensiones del condensador de filtro y

del choque, y del valor de la corriente de carga. En vaco o sin carga el valor de c.c. de salida es

aproximadamente igual a la tensin de cresta de cada arrollamiento secundario del

transformador, es decir, desde cualquier nodo hasta el punto comn.


14/17

2. Realizar el anlisis terico de los circuitos mostrados.

Figura 1

En este circuito vemos que durante el semiciclo positivo se cargar el condensador C1 y durante el

semiciclo negativo se cargara el condensador C2, ambos condensadores se cargaran a un valor

Vm==8.48 que es el voltaje pico del secundario del transformador.

Entonces el voltaje de salida ser la suma de los voltajes de C1 y C2.

Podemos concluir que este circuito es un duplicador de tensin.

Ondas de salida:

RL=220

Volt/div: 10V

Sec/div: 10ms

RL=1K

Volt/div: 10V

Sec/div: 10ms

T10

1

2

3

V1

220 Vrms60 Hz0

C1

100F

C2

470F

R1

220

D1

1N4004

D2

1N4004

XSC1

A

B

ExtTrig

+

+

_

_

+

_


15/17

RL=10k

Volt/div: 10V

Sec/div: 10ms

Figura 2

Analizando el circuito:

En el primer semiciclo negativo se carga C1 un valor de Vm, luego en el ciclo positivo se cargara el

C2 hasta un valor igual a 2Vm y durante el siguiente semiciclo negativo se cargara el C3 al mismo

valor de C2.

Entonces el valor del voltaje de salida ser: Vm+2Vm=3Vm Vm==8.48

Podemos decir que se trata de un circuito triplicador de tensin.

Ondas de salida:

RL=220

Volt/div: 10V

Sec/div: 10ms

T10

1

2

3

V1

220 Vrms60 Hz0

C2

470F D21N4004D1

1N4004 C1100F

D3

1N4004 C31000FR1

1k

XSC1

A

B

ExtTrig

+

+

_

_

+

_


16/17

RL=1k

Volt/div: 10V

Sec/div: 10ms

RL=10k

Volt/div: 10V

Sec/div: 10ms

IV. CONCLUSIONES Concluimos que los diodos son elementos importantes en la electrnica que nos rodea

hoy en da, que para su comprensin hay que estar al tanto de ciertos conocimientos

relativos a su funcionamiento y comportamiento.

Antes de usar los dispositivos debemos leer sus caractersticas en sus manuales. Ante cualquier duda es preferible preguntar primero al profesor. El osciloscopio siempre debe ser el ltimo equipo de medicin en apagarse. Ante cualquier duda es mejor preguntar primero al profesor.
http://www.monografias.com/trabajos5/electro/electro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/electro/electro.shtml


17/17

V. BIBLIOGRAFA Electrnica J.M. Calvert. Fundamentos de electrnica Robert L. Boylestad. Circuitos electrnicos Donald L. Schilling. Principios de Electrnica. Albert P. Malvino. Diseo electrnico. C.J Savant . Prentice.Hall

cuestionario previo n° 5

Documents