PRÁCTICA

Rectificadores Monofásicos.

Saberes teóricos:Teoría de Semiconductores, Diodos, Rectificación, Análisis de señales en Voltaje / Tiempo y Frecuencia.

EXPERIENCIA EDUCATIVAELECTRÓNICA ANALÓGICA

1.1 Antecedentes.

Previo a la realización de la práctica, investigue y conteste en hojas adicionales los siguientes conceptos básicos:

1 ¿Qué es un semiconductor?2 ¿Cómo están distribuidos en cada órbita los electrones en el Si y en el Ge?3 ¿Qué nombre reciben los electrones de la última órbita?4 ¿Qué es un enlace covalente?5 ¿Cómo se hace un cristal tipo P y uno tipo N?6 ¿Qué es lo que se forma internamente cuando unes un cristal tipo P con uno tipo N?7 ¿Cómo se llaman las terminales de un Diodo y como las identificas?8 ¿Qué es la Polarización Directa y la Inversa en un Diodo? 9 ¿Qué valor tiene el Voltaje de Umbral en un Diodo de Si y en uno de Ge en Polarización

Directa?10 ¿Define que es el PIV?11 ¿A que se le llama corriente de fuga de un Diodo y en qué orden de unidades anda?12 ¿Define que es un Ciclo (senoidal), haz un gráfico de él en ejes V-T y colócale en el eje

horizontal, las unidades a las que es igual?13 ¿Menciona qué es un Periodo, su símbolo y en que unidades se da? 14 ¿A que se le llama Frecuencia, su fórmula y sus unidades?

1.2 Objetivos.

Reforzar los conocimientos teóricos adquiridos en el aula. Aplicar técnicas y procedimientos para realizar mediciones con instrumentos analógicos

y/o digitales. Aprender el manejo de dispositivos semiconductores (Diodos) de acuerdo a sus terminales

y características. Determinar el valor y la tolerancia de un elemento Resistivo mediante el Código de

colores y con el Multímetro en la función de Ohm. Convertir un V.C.A. Monofásico en un V.C.D. Pulsante. Calcular el Factor de Rizo de la señal rectificada. Aprender a hacer una lista de materiales y equipos a partir de un diagrama o circuito. Simular circuitos con el Programa Virtual NI Multisim 10.1.

1.3 Documentos Relacionados con la Práctica.

Manual de Usuario del Osciloscopio Analógico BK Precision. Manual de reemplazo de Semiconductores ECG o equivalente.

1.4 Definiciones y Terminología.

a. Valor Pico a Pico.- ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

b. Valor Pico.-___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

c. Valor Promedio de C.A.-___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

d. Valor Eficaz o RMS.- ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

e. Valor Promedio de C.D.- ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

f. Dibuja un ciclo Senoidal en ejes V-T, y colócale los incisos anteriores.-___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1.5 Información Estadística Relacionada.

No Aplican antecedentes estadísticos.

1.6 Notas de Procesos y Materiales.

1. Los 3 circuitos Rectificadores Monofásicos serán armados en el Proto-Board.2. Verifique las terminales de los Diodos (ánodo y cátodo) antes de energizar los circuitos.3. El Osciloscopio Analógico BK Precision y el Multímetro Digital se conectarán como lo

indica el diagrama del Rectificador en cuestión.

4. Los Materiales que serán utilizados y las características de los mismos están debidamente descritos en cada circuito, ya que éstos fueron hechos con el Programa Virtual de la National Instruments MultiSim 10.1.

1.7 Desarrollo de la Práctica (procedimientos prácticos).

Con un simple Diodo, se convertirá un Voltaje Monofásico de C.A., a uno de C.D. Pulsante de Media Onda (+). En donde el Diodo Rectificador D1 solo dejará pasar los Semiciclos Positivos de la Señal Senoidal, ya que, con respecto a éstos, se encuentra Polarizado Directamente, presenta baja resistencia y se comporta como un circuito cerrado. A los Semiciclos Negativos los recorta, ya que con respecto a ellos se Polariza Inversamente, presenta muy alta resistencia y se comporta como un circuito abierto. Por lo tanto solo hay corriente IL en la RL de 10 KΩ cada vez que pasa un Semiciclo Positivo. El valor pico de la Señal Rectificada será aproximadamente 0.7 V menor, que el valor pico de la Señal Senoidal, debiéndose esto al Voltaje de Umbral de D1.

Antes de conectar los cables en los equipos verifique el estado físico de los mismos. (con el óhmetro verifique su continuidad y realice una inspección visual de posibles rupturas del aislamiento o de las terminales).

Emplee siempre que sea posible el color negro para la terminal de tierra (o común) y el rojo para el vivo.

Conecte siempre la terminal de tierra antes que la viva.

Antes de encender el equipo generador o fuentes verifique que no existan posibles cortos al unirse accidentalmente cables de conexión y/o extensión (caimanes) así como que ningún compañero tenga algún contacto físico con las mismas.

Verifique que el Osciloscopio tenga las perillas de calibración para su base de tiempo y volts por división completamente en sentido de las manecillas del reloj (full clockwise).

Al tomar las lecturas recuerde tomar en cuenta la atenuación de la punta y el factor de amplificación del canal respectivo.

Antes de conectar el voltímetro seleccione la función de voltaje adecuada y póngalo en su escala máxima.

Una vez obtenida la primera lectura seleccione la escala más adecuada al valor medido para reducir el error debido al factor de escala.

Desconecte la terminal roja antes de cambiar la perilla selectora.

Rectificador Monofásico de Media Onda.

Calcular:

VP = √2* V r.m.s. =

VCD = [(√2 * V r.m.s.) / π] =

VCD = 0.45 * V r.m.s. =

Medir el VCD Rectificado y la Frecuencia de la señal desplegada en el Osciloscopio.

VCD = 0.318 * VP. = f = 1/T =

El P.I.V. para D1, deberá de ser como mínimo 1 VP; VP del Secundario.

Para el circuito Rectificador Monofásico de Onda Completa, se utilizarán 2 Diodos, los cuales trabajarán de manera alternada, ya que cuando D1 deja pasar el Semiciclo Positivo de la Señal Senoidal y se comporta como un circuito cerrado, D2 se encuentra sin conducir por tener presente el Semiciclo Negativo en su Ánodo, comportándose entonces como un circuito abierto, esta situación se invierte y ahora es D2 quien conduce y D1 no.

Cabe observar, que ya sea que conduzca D1 ó D2, el circuito se cerrará por el Conductor Central del Secundario del Transformador. Como se podrá ver, cada Diodo aporta un Semiciclo de Señal Rectificada. Por lo tanto la Corriente IL en la RL de 10 KΩ es unidireccional y siempre estará presente. En este circuito también el valor pico de cada Semiciclo de la Señal Rectificada será menor cada uno en 0.7 V, por el Voltaje de Umbral de D1 y de D2.

V1

6 Vrms 60 Hz 0°

R110kΩRL

D1

1N4001

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

U1

DC 10MOhmVcd

2.461 V+

-

Rectificador Monofásico de Onda Completa con 2 Diodos.

Calcular:

VP = √2* V r.m.s. =

VCD = [(2√2* V r.m.s.) / π] =

VCD = 0.90 * V r.m.s. =

Medir el VCD Rectificado y la Frecuencia de la señal desplegada en el Osciloscopio.

VCD = 0.636 * VP. = f = 1/T =El P.I.V. deberá ser como mínimo 2 VP para cada uno de los Diodos Rectificadores (D1 y D2). VP

del Secundario + VP en la RL.

Con el circuito Rectificador de Onda Completa Tipo Puente, se necesitarán 4 Diodos, y efectuar la conexión que muestra el Circuito para convertir V.C.A. a V.C.D. (+) Pulsante.Cuando el Semiciclo Positivo de la Señal Senoidal se encuentra en la parte superior del Secundario del Transformador, éste polariza Directamente al Diodo cuyo Ánodo está conectado en éste punto comportándose éste como un circuito cerrado, dejando pasar la corriente IL por la RL de 10 KΩ y por el Diodo cuyo Cátodo está conectado a la parte inferior del Secundario del Transformador, cerrándose el circuito de esta manera.

D1

1N4001

D2

1N4001

V1

6 Vrms 60 Hz 0°

V2

6 Vrms 60 Hz 0°

R110kΩRL

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

U1

DC 10MOhmVcd

4.923 V+

-

Cuando la Señal Senoidal se invierte, y el Semiciclo Positivo se encuentra ahora en la parte inferior del Secundario del Transformador. El Diodo cuyo Ánodo se encuentre conectado en esta parte inferior se polarizará Directamente y dejará pasar la corriente IL por la RL y por el Diodo cuyo Cátodo está conectado en la parte superior del Secundario del Transformador, cerrándose de esta forma el circuito. Nuevamente la IL en la Carga es unidireccional y siempre presente.Cada Semiciclo Positivo presente en la Carga es aportado por cada pareja de Diodos. El valor pico de cada Semiciclo de la Señal Rectificada será menor que el valor pico de la Señal Senoidal aproximadamente 1.4 V, esto se debe a la suma de los Voltajes de Umbral de cada pareja de Diodos, como se dijo antes, cada Semiciclo Positivo es entregado por cada par de Diodos.

Rectificador Monofásico de Onda Completa con 4 Diodos.

Calcular:

VP = √2* V r.m.s. =

VCD = [(2√2* V r.m.s.) / π] =

VCD = 0.90 * V r.m.s. =

Medir el VCD Rectificado y la Frecuencia de la señal desplegada en el Osciloscopio.

VCD = 0.636 * VP. = f = 1/T = El P.I.V. deberá ser como mínimo 1 VP para cada uno de los Diodos Rectificadores

D1

1N4001

D2

1N4001

D31N4001

D41N4001V1

6 Vrms 60 Hz 0°

R110kΩRL

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

U1

DC 10MOhmVcd

4.467 V+

-

(D1, D2, D3 y D4) ó 2 VP entre 2 Diodos. VP del Secundario + VP en la RL.

FACTOR DE RIZO DE LA SEÑAL RECTIFICADA.

El porcentaje de rizo de una señal Monofásica Rectificada de Media Onda puede calcularse:

VPico Media Onda =

Vr (r.m.s.) = 0.385 * VP.=

VCD = 0.318 * VP.=

r = [Vr (r.m.s.) / VCD] 100 % = El porcentaje de rizo de una señal Monofásica Rectificada de Onda Completa puede calcularse:

VPico Onda Completa =

Vr (r.m.s.) = 0.308 * VP.=

VCD = 0.636 * VP.= r = [Vr (r.m.s.) / VCD] 100 % =

Tarea:

Arme los 3 circuitos Rectificadores Monofásicos en el Programa NI MultiSim 10.1; a la fuente V1 de C.A. modifíquele el valor de V r.m.s. por el valor real medido a su fuente de C.A. para calcular VP y VCD.Haga la simulación, con los cursores del Osciloscopio virtual mida los valores máximos del V.C.A. y el V.C.D. pulsante, compare éstos valores con los obtenidos físicamente.Imprima éstas Gráficas en color y anéxelas a su Práctica para su reporte final. (No se admitirán copias).

1.8 Guía para la Solución de Problemas.

Si no despliega ninguna señal en el osciloscopio verifique:

o La calibración del Osciloscopio con la señal de calibración del mismo.

o Verifique la continuidad en la o las puntas de prueba.

1.9 Comentarios y Conclusiones.

¿Qué aprendió en esta práctica?Respuesta:

¿Qué equipo(s) empleo para la realización de la práctica?Respuesta:

¿Qué procedimientos le parecieron los más interesantes?Respuesta:

¿Qué procedimientos se le complicaron?Respuesta:

¿Considera que hace falta algún otro procedimiento para clarificar más los objetivos de la práctica?

Respuesta:

Si su respuesta anterior fue afirmativa describa brevemente cual.Respuesta:

Exprese una crítica al desarrollo de la práctica y los resultados obtenidos.Respuesta:

Mencione algo para mejorarla ya sea modificando el o los procedimientos o sugiriendo nuevos experimentos.

Respuesta:

1.10 Apéndices y Bibliografía.

Bibliografía.

1. Electrónica Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos. Octava Edición. Robert Boylestad - Louis Nashelsky. Pearson. Prentice Hall.

2. Electrónica Industrial 1. Principios Básicos de los Rectificadores. Robert Arnold - Hans Brandt. Trillas.

3. Electrónica Industrial. Dispositivos y Sistemas.Timothy J. Maloney. Prentice Hall.4. Electrónica y Automática Industriales 1. Serie: Mundo Electrónico. Marcombo Boixareu.5. Manual de reemplazo de Semiconductores ECG o equivalente.