informe 1 electronica de potencia

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361 INFORME N°1 Rectificador monofásico carga RC INTRODUCCIÓN Un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. Esto se realiza utilizando diodos rectificadores semiconductores. OBJETIVOS Comparar datos experimentales y teóricos de un rectificador monofásico de media y onda completa con carga RC. Determinar parámetros de una señal. MARCO TEORICO Es sabido que, la producción y transporte de la corriente eléctrica, es de tipo alterna por cuestiones de eficiencia energética, sin embargo, existen innumerables dispositivos o sistemas electrónicos que necesitan ser alimentados con un valor de tensión uniforme y continúa. Para conseguir que una corriente alterna se convierta en continua, se utilizan unos dispositivos llamados rectificadores. Básicamente existen dos tipos de rectificadores: media onda y onda completa. Rectificador monofásico de media onda con filtro RC Un circuito RC sirve como filtro para hacer que el voltaje alterno se vuelva directo casi como el de una batería, esto es gracias a las pequeñas oscilaciones que tiene la salida del voltaje, las cuales son prácticamente nulas. La primera parte del circuito consta de una fuente de voltaje alterna, seguido de un diodo que en esta ocasión será ideal (simplemente para facilitar la comprensión del funcionamiento) y finalmente el filtro RC. El circuito funciona de la siguiente manera: 1. Entra la señal alterna al circuito, la cual se rectifica con el diodo. (Solo permite pasar un semiciclo de la señal, que en este caso es el semiciclo positivo)

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Rectificador monofásico carga RC

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Page 1: Informe 1 Electronica de Potencia

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361

INFORME N°1

Rectificador monofásico carga RC

INTRODUCCIÓN

Un rectificador es el elemento o circuito

que permite convertir la corriente alterna

en corriente continua. Esto se realiza

utilizando diodos rectificadores

semiconductores.

OBJETIVOS

Comparar datos experimentales y

teóricos de un rectificador monofásico

de media y onda completa con carga

RC.

Determinar parámetros de una señal.

MARCO TEORICO

Es sabido que, la producción y transporte

de la corriente eléctrica, es de tipo alterna

por cuestiones de eficiencia energética, sin

embargo, existen innumerables

dispositivos o sistemas electrónicos que

necesitan ser alimentados con un valor de

tensión uniforme y continúa. Para

conseguir que una corriente alterna se

convierta en continua, se utilizan unos

dispositivos llamados rectificadores.

Básicamente existen dos tipos de

rectificadores: media onda y onda

completa.

Rectificador monofásico de media onda

con filtro RC

Un circuito RC sirve como filtro para

hacer que el voltaje alterno se vuelva

directo casi como el de una batería, esto es

gracias a las pequeñas oscilaciones que

tiene la salida del voltaje, las cuales son

prácticamente nulas.

La primera parte del circuito consta de una

fuente de voltaje alterna, seguido de un

diodo que en esta ocasión será ideal

(simplemente para facilitar la comprensión

del funcionamiento) y finalmente el filtro

RC.

El circuito funciona de la siguiente

manera:

1. Entra la señal alterna al circuito, la cual

se rectifica con el diodo. (Solo permite

pasar un semiciclo de la señal, que en

este caso es el semiciclo positivo)

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361

2. En el momento que el voltaje sale del

diodo el condensador se empieza a

cargar y la caída de voltaje se recibe en

la resistencia.

3. En el entender que es lo que está

pasando y como calcular el filtro.

Rectificador monofásico de onda

completa

En el rectificador en puente se hacen

necesarios cuatro diodos. La operación del

rectificador en puente consiste que durante

los semiciclos positivos del voltaje de

entrada Vs es positivo y la corriente es

conducida a través del diodo D1, la

resistencia R y el diodo D2. Ente tanto los

diodos D3 y D4 estarán polarizados

inversamente; hay dos diodos en serie en

la trayectoria de conducción y por tanto Vo

será menor que Vs por dos caídas del

diodo, esta es una desventaja del

rectificador en puente.

TOMA DE DATOS (DESARROLLO)

Se realizaron 3 montajes, dos de media

onda en donde la diferencia eran los

valores de los elementos y el valor de τ

(tao)y el otro montaje era un circuito

rectificador de onda completa.

Figura 1. Montaje del rectificador monofásico de media

onda con R=200 Ω, C=10 µF y τ=2 ms.

Figura 2. Montaje del rectificador monofásico de media

onda con R=1000 Ω, C=10 µF y τ=10 ms.

Figura 3. Montaje del rectificador monofásico de onda

completa con R=1000 Ω, C=3,3 µF y τ=3,3 ms

En el anexo A se muestran los datos

obtenidos en la práctica (parte

experimental) y a continuación se muestra

el procedimiento matemático para

encontrar los otros parámetros de la

señaltanto experimental como

teóricamente.

Page 3: Informe 1 Electronica de Potencia

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361

Procedimiento de los datos teóricos:

Tomando como base la tensión máxima

(Vm) de cada montaje se procederá a

encontrar los datos de la señal en sus 3

casos (montajes).

𝑉𝑜(𝑤𝑡) = 𝑉𝑚 sin 𝑤𝑡 ; 0 < 𝑤𝑡 < 𝜃

𝑉𝑜(𝑤𝑡) = 𝐴𝑒−𝑡

𝑅𝐶; 0 < 𝑤𝑡 < 2𝜋 + 𝛼 𝐴 = 𝑉𝑚 sin 𝜃

𝜃 = 𝜋 − tan−1(𝑤𝑅𝐶)

𝑉𝑚 cos(2𝜋 + 𝛼) = 𝑉𝑚 sin 𝜃 𝑒−(2𝜋+𝛼−𝜃)/𝑤𝑅𝐶

Para el circuito rectificador de media

onda con τ = 2 ms, R = 200 Ω y C = 10

µF.

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 19.8 𝑉; 𝑉𝑚𝑖𝑛 = 0 𝑉

𝜃 = 2.5 𝑟𝑎𝑑; 𝛼 ≈ 0°

𝑉𝑑𝑐 =1

2𝜋∫ 𝑉𝑜(𝑤𝑡)𝑑𝑤𝑡

2𝜋

0

= 7.1 𝑉

ϒ =𝑉𝑟

𝑉𝑑𝑐= 2.79

𝑉𝑟𝑚𝑠 = √1

2𝜋∫ 𝑉𝑜

2(𝑡)𝑑𝑤𝑡2𝜋

0

= 10.1 𝑉

𝑉𝑎𝑐 = √𝑉𝑟𝑚𝑠2 − 𝑉𝑑𝑐

2 = 7.2 𝑉

𝐹𝐹 =𝑉𝑟𝑚𝑠

𝑉𝑑𝑐= 1.42

𝐼𝑑𝑐 =𝑉𝑑𝑐

𝑅= 35.5 𝑚𝐴

𝐼𝑟𝑚𝑠 =𝑉𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑚𝑖𝑛

𝑅√2= 70 𝑚𝐴

𝑃𝑎𝑐 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 ∗ 𝐼𝑟𝑚𝑠 = 0.707 𝑊

𝑃𝑑𝑐 = 𝑉𝑑𝑐 ∗ 𝐼𝑑𝑐 = 0.25205 𝑊

ɳ% =𝑃𝑑𝑐

𝑃𝑎𝑐𝑥100% = 35.65%

Para el circuito rectificador de media

onda con τ = 10 ms, R = 1000 Ω y C =

10 µF.

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 20.2 𝑉; 𝑉𝑚𝑖𝑛 = 0 𝑉;

𝜃 = 1.83 𝑟𝑎𝑑; 𝛼 = 4.8

𝑉𝑑𝑐 = 10.91 𝑉; ϒ = 1.8515

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 13.47 𝑉; 𝑉𝑐𝑎 = 7.9 𝑉

𝐹𝐹 = 1.2346; 𝐼𝑑𝑐 = 10.91 𝑚𝐴

𝐼𝑟𝑚𝑠 = 14.28 𝑚𝐴

𝑃𝑎𝑐 = 0.1923516 𝑊

𝑃𝑑𝑐 = 0.1190281𝑊

ɳ% = 61.88 %

Page 4: Informe 1 Electronica de Potencia

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361

Para el circuito rectificador de onda

completa con τ = 3.3 ms, R = 1000 Ω y

C = 3.3 µF.

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 20.9 𝑉; 𝑉𝑚𝑖𝑛 = 0 𝑉

𝜃 = 2.25; 𝛼 = 7.85

𝑉𝑑𝑐 = 12.27 𝑉; ϒ = 1.49

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 14.01 𝑉 𝑉𝑐𝑎 = 6.76 𝑉

𝐹𝐹 = 1.14; 𝐼𝑑𝑐 = 12.27 𝑚𝐴

𝐼𝑟𝑚𝑠 = 14.77 𝑚𝐴

𝑃𝑎𝑐 = 0.2069277 𝑊

𝑃𝑑𝑐 = 0.1505529 𝑊

ɳ% = 72.76 %

Procedimiento de los datos

experimentales:

Los datos obtenidos en la práctica (valores

experimentales) fueron:

𝑉𝑟𝑚𝑠; 𝑉𝑚𝑎𝑥; 𝑉𝑑𝑐; 𝑉𝑎𝑐; 𝑉𝑚𝑖𝑛

En el anexo B se encuentran las gráficas

de la señal de salida de los tres montajes

mostrados por el osciloscopio.

En el anexo C se muestran las

simulaciones realizadas de los 3 montajes,

estas simulaciones se hicieron en

Para el circuito rectificador de media

onda con τ = 2 ms, R = 200 Ω y C = 10

µF.

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 19.8 𝑉; 𝑉𝑚𝑖𝑛 = 1.2 𝑉

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 10.7 𝑉; 𝑉𝑎𝑐 = 7.14 𝑉

𝑉𝑑𝑐 = 8.25 𝑉

𝑉𝑟 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑚𝑖𝑛 = 18.6 𝑉

ϒ =𝑉𝑟

𝑉𝑑𝑐= 2.25

FF =Vrms

Vdc= 1.3

𝐼𝑑𝑐 =𝑉𝑑𝑐

𝑅= 41.25 𝑚𝐴

𝐼𝑟𝑚𝑠 =𝑉𝑟𝑚𝑠

𝑅= 53.5 𝑚𝐴

𝑃𝑎𝑐 = 𝐼𝑟𝑚𝑠 ∗ 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 0.57245 𝑊

𝑃𝑑𝑐 = 𝑉𝑑𝑐 ∗ 𝐼𝑑𝑐 = 0.3403125 𝑊

ɳ% =𝑃𝑑𝑐

𝑃𝑎𝑐𝑥100% = 59.45%

Para el circuito rectificador de media

onda con τ = 10 ms, R = 1000 Ω y C =

10 µF.

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 20.2𝑉; 𝑉𝑚𝑖𝑛 = 3.4 𝑉

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 13.1 𝑉; 𝑉𝑎𝑐 = 6.75 𝑉

𝑉𝑑𝑐 = 10.9 𝑉; 𝑉𝑟 = 16.8 𝑉

ϒ = 1.54; FF = 1.2

𝐼𝑑𝑐 = 10.9 𝑚𝐴; 𝐼𝑟𝑚𝑠 = 13.1 𝑚𝐴

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361

𝑃𝑎𝑐 = 0.17161 𝑊

𝑃𝑑𝑐 = 0.11881 𝑊; ɳ% = 69.23 %

Para el circuito rectificador de onda

completa con τ = 3.3 ms, R = 1000 Ω y

C = 3.3 µF.

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 20.9 𝑉; 𝑉𝑚𝑖𝑛 = 5.6 𝑉

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 16.9 𝑉; 𝑉𝑎𝑐 = 4.51 𝑉

𝑉𝑑𝑐 = 15.1 𝑉; 𝑉𝑟 = 15.3 𝑉

ϒ = 1.01; FF = 1.12

𝐼𝑑𝑐 = 15.1 𝑚𝐴; 𝐼𝑟𝑚𝑠 = 16.9 𝑚𝐴

𝑃𝑎𝑐 = 0.28561 𝑊

𝑃𝑑𝑐 = 0.22801 𝑊; ɳ% = 79.83 %

ANALISIS DE RESULTADOS

En esta parte del informe se pretenderá

comparar los datos teóricos con los

experimentales (Errores) de todos los

parámetros de la señal de salida

(rectificada).

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑇𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑥𝑝

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑇𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜𝑥100%

Se debe tener en cuenta el detalle de que se

tomó la tensión máxima y la tensión

mínima para calcular los datos teóricos de

la señal en sus 3 montajes distintos.

Para los datos teóricos se aplicaron las

formulas presentadas en la guía de la

practica y en los datos experimentales se

utilizaron formulas usadas por circuitos

eléctricos, es decir, el ejemplo es la

corriente, mientras que en la parte teórica

la fórmula para Irms es 𝑉𝑟

𝑅√2 y en los datos

experimentales se utilizó la formula 𝑉𝑟𝑚𝑠

𝑅.

Para el circuito rectificador de media

onda con τ = 2 ms, R = 200 Ω y C = 10

µF.

Valor

Teórico

Valor

Experim

ental

% de

error

𝑽𝒎𝒂𝒙[𝑽] 19.8 19.8 0

𝑽𝒎𝒊𝒏[𝑽] 0 1.2

𝑽𝒓𝟏[𝑽] 19.8 18.6 6.06

𝑽𝒄𝒅[𝑽] 7.1 8.25 16.19

ϒ 2.79 2.25 19.35

𝑽𝒄𝒂[𝑽] 7.2 7.14 0.83

𝑽𝒓𝒎𝒔[𝑽] 10.1 10.7 5.9

FF 1.42 1.3 8.45

𝑰𝒄𝒅[𝒎𝑨] 35.5 41.25 16.2

𝑰𝒓𝒎𝒔[𝒎𝑨] 70 53.5 23.57

𝑷𝒂𝒄[𝑾] 0.707 0.57245 33.17

𝑷𝒅𝒄[𝑾] 0.25205 0.3403 35.0

ɳ% 35.65 59.45 66.7

En este montaje se puede observar

numéricamente que los valores fueron

decentemente acertados, es decir, el

porcentaje de error no se excedió más

del 50% ya que se esperaban errores

mucho más grandes, aunque

analizando la eficiencia experimental

con la teórica se puede notar que existe

una brecha grande (una diferencia

considerable) la cual nos indica que los

datos obtenidos (medidos en la

práctica) no se acercan muy bien a los

datos teóricos y se podría dar respuesta

a dicha diferencia a que se estaba

trabajando con elementos que varían

en función a la temperatura, quizá este

fue uno de los tantos aspectos que

Page 6: Informe 1 Electronica de Potencia

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361

influyeron en la diferencia de la

eficiencia del circuito montado.

Para el circuito rectificador de media

onda con τ = 10 ms, R = 1000 Ω y C =

10 µF.

Valor

Teórico

Valor

Experim

ental

% de

error

𝑽𝒎𝒂𝒙[𝑽] 20.2 20.2 0

𝑽𝒎𝒊𝒏[𝑽] 0 3.4 0

𝑽𝒓𝟏[𝑽] 20.2 16.8 16.83

𝑽𝒄𝒅[𝑽] 10.91 10.9 0.09

ϒ 1.8515 1.54 16.8

𝑽𝒄𝒂[𝑽] 7.9 6.75 14.55

𝑽𝒓𝒎𝒔[𝑽] 13.47 13.1 2.75

FF 1.2346 1.2 2.8

𝑰𝒄𝒅[𝒎𝑨] 10.91 10.9 0.09

𝑰𝒓𝒎𝒔[𝒎𝑨] 14.28 11.88 16.8

𝑷𝒂𝒄[𝑾] 0.192352 0.1556 19.1

𝑷𝒅𝒄[𝑾] 0.119028 0.11881 0.18

ɳ% 61.88 76.36 23.4

Este montaje nos permite mostrar que

a pesar de las diferencias en los datos

obtenidos en la práctica con los datos

teóricos se puede ver cierta relación,

cierta coherencia y correlación en el

comportamiento de cada parámetro de

la señal, más aún, se podría realizar un

análisis exhaustivo en la eficiencia del

sistema (del montaje especificado) y se

podría concluir que los datos están

aproximados y que se hizo una buena

medición a sabiendas de los errores

existentes en estas medidas,

incertidumbres de los equipos y de los

elementos.

Para el circuito rectificador de onda

completa con τ = 3.3 ms, R = 1000 Ω y

C = 3.3 µF.

Valor

Teórico

Valor

Experim

ental

% de

error

𝑽𝒎𝒂𝒙[𝑽] 20.9 20.9 0

𝑽𝒎𝒊𝒏[𝑽] 0 5.6 0

𝑽𝒓𝟏[𝑽] 20.9 15.3 26.8

𝑽𝒄𝒅[𝑽] 12.27 15.1 23.06

ϒ 1.49 1.01 32.2

𝑽𝒄𝒂[𝑽] 6.76 4.51 33.3

𝑽𝒓𝒎𝒔[𝑽] 14.01 16.9 20.63

FF 1.14 1.12 1.75

𝑰𝒄𝒅[𝒎𝑨] 12.27 15.1 23.06

𝑰𝒓𝒎𝒔[𝒎𝑨] 14.77 16.9 14.42

𝑷𝒂𝒄[𝑾] 0.2069 0.28561 38

𝑷𝒅𝒄[𝑾] 0.1506 0.22801 54.4

ɳ% 72.76 79.83 9.7

En este montaje se puede comprobar que

lo visto en la academia es esencialmente lo

que sucede en la práctica, se puede

observar que a pesar de una cierta

diferencia de valores en los parámetros

medidos de la señal (voltaje en la carga)

hay relación fuerte en los valores

obtenidos en la práctica con los valores

obtenidos en la teoría

OBSERVACIONES

Algo que sucedió en la práctica fue el

hecho de que se estallo un capacitor y

este sucedió porque fue mal

polarizado; no se tuvo precaución y no

se verificó si realmente se estaba

haciendo una conexión funcional,

queda de experiencia para los montajes

futuros.

Las graficas obtenidas de la señal de

salida de los 3 montajes tuvieron el

comportamiento que se esperaba, se

esperaba el aporte de los diodos y la

rectificación de los circuitos.

CONCLUSIONES

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Se debe tener en cuenta que los valores

teóricos no son exactamente iguales a

los experimentales ya que la

incertidumbre en los elementos y en

los equipos juega un papel importante

en la toma de datos, teniendo como tal,

valores experimentales cercanos a los

teóricos pero nunca valores iguales a

los calculados matemáticamente (en la

teoría).

Se pudo comprobar el comportamiento

de un circuito rectificador, este elimina

la componente negativa de la señal

obteniendo así una señal positiva,

rectificada y con cierta componente de

DC que le agrega el condensador ya

que este en ciertos ciclos de tiempo

realiza una descarga.

El rectificador de onda es más eficiente

debido a que se aprovechan los dos

ciclos de la onda.

Se observó y concluyo que el valor del

condensador utilizado en ambos

montajes resultaba insuficiente para

compensar el voltaje de rizo

presentado y llevarlo a un valor

aceptable.

Si se colocase un condensador de

mayor capacidad, se observaría que

desaparece notablemente la tensión de

rizado, convirtiéndose

aproximadamente en una salida de

tensión casi continua, pero sin olvidar

que el rizado podría ser grande, si la

resistencia de carga es muy pequeña.

BIBLIOGRAFIA

Miyara Federico. Rectificación.

Electrónica III, 2005. Tomado de:

http://www.fceia.unr.edu.ar/enica

3/rectif.pdf

.

Muhammad Rashid. Electrónica

de Potencia.

Dewan. Power semiconductor

circuits.

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361

Anexos

Anexo A

Teóricos Experimentales

Media onda Onda

completa

Media onda Onda

completa

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 [𝑚𝑠] τ = 2 ms τ = 10 ms τ = 3,3 ms τ = 2 ms τ = 10 ms τ = 3,3 ms

𝑉𝑚𝑎𝑥[𝑉] 19.8 20.2 20.9 19.8 20.2 20.9

𝑉𝑚𝑖𝑛[𝑉] 0 0 0 1.2 3.4 5.6

𝑉𝑟1[𝑉] 19.8 20.2 20.9 18.6 16.8 15.3

𝑉𝑐𝑑[𝑉] 7.1 10.91 12.27 8.25 10.9 15.1

ϒ 2.79 1.8515 1.49 2.25 1.54 1.01

𝑉𝑐𝑎[𝑉] 7.2 7.9 6.76 7.14 6.75 4.51

𝑉𝑟𝑚𝑠[𝑉] 10.1 13.47 14.01 10.7 13.1 16.9

FF 1.42 1.2346 1.14 1.3 1.2 1.12

𝐼𝑐𝑑[𝑚𝐴] 35.5 10.91 12.27 41.25 10.9 15.1

𝐼𝑟𝑚𝑠[𝑚𝐴] 70 14.28 14.77 53.5 11.88 16.9

𝑃𝑎𝑐[𝑊] 0.707 0.1923516 0.2069 0.57245 0.1556 0.28561

𝑃𝑑𝑐[𝑊] 0.25205 0.119028 0.1506 0.3403 0.11881 0.22801

ɳ% 35.65 61.88 72.76 59.45 76.36 79.83 Tabla del resumen de los datos obtenidos en la práctica (experimentales) y los datos obtenidos en la parte teórica.

Anexo B

Grafica mostrada por el osciloscopio del montaje de media onda con R=200 Ω, C=100 μF y τ=2 ms

Page 9: Informe 1 Electronica de Potencia

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Grafica mostrada por el osciloscopio para el montaje de media onda con R= 1000 Ω, C=10 μF, τ=10 ms

Grafica mostrada por el osciloscopio para el montaje de onda completa utilizando una R=1000 Ω, C=3,3 μF y τ=3,3 ms

Page 10: Informe 1 Electronica de Potencia

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361

Anexo C

Simulación para el montaje de media onda con R=200 Ω, C=10 μF y τ=2 ms

Simulacion hecha para el montaje del circuito de media onda con R= 1000 Ω, C=10 μF y τ=10 ms

Simulacion para el montaje de onda completa con R=1000 Ω, C= 3.3 μF y τ= 3.3 ms