Circuito con diodos con entrada de CA. Rectificación monofásica

Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Ingeniería Eléctrica

Electrónica I Practica No 5. Circuito con Diodos con entradas de CA rectificación monofásica de media onda con entrada acoplada por transformador.

Índice Contenido Índice............................................................................................................................................. 2 Objetivos. ...................................................................................................................................... 3 Marco Teórico................................................................................................................................ 3 Rectificador de media onda........................................................................................................ 3 Rectificador de media onda. ....................................................................................................... 4 Rectificador de Onda Completa Con Tap Central. ....................................................................... 5 Que es un rectificador no controlado. .................................................................................... 6 Tipos de circuitos rectificadores. ............................................................................................ 6 RECTIFICADOR MONOFASICO DE MEDIA ONDA... ....................................................................... 7 RECTIFICADOR ONDA COMPLETA… ............................................................................................ 7 RECTIFICADOR TRIFÁSICO MEDIA ONDA… .................................................................................. 7 Material y Equipo Utilizado. ........................................................................................................... 8 Procedimiento Experimental. ......................................................................................................... 9 Simulación ................................................................................................................................... 11 .................................................................................................................................................... 12 Conclusiones................................................................................................................................ 13 Referencias Bibliográficas ............................................................................................................ 14

Objetivos.   

Comprobar la operación de un transformador monofásico con núcleo de hierro. Implementar un rectificador monofásico no controlado de media onda. Comprobar los resultaos con la teoría vista en clase por medio de la comprobación analítica y simulación computacional.

Marco Teórico. Una de las aplicaciones más importantes de los diodos, es el diseño de los circuitos rectificadores. Un diodo rectificador es esencial en las fuentes de alimentación CD necesarias para alimentar equipos electrónicos. Observemos en la figura que nos muestra un diagrama en bloques, la fuente de alimentación se conecta a la línea de 120V (rms) y a una frecuencia de 60Hz tomados de la red de CA, y este entrega un voltaje V0 de CD a un circuito electrónico representado por la carga. V0 de CD debe de ser tan constante como sea posible. El primer bloque de una fuente de alimentación de CD es el transformador de potencia, que consta de dos bobinas separadas y devanadas alrededor de un núcleo de hierro que acopla magnéticamente ambos devanados. El devanado primario con N1 vueltas, está conectado a la red de 120 V de CA y el devanado secundario con N2 vueltas se conecta al circuito de la fuente de alimentación de CD. Entonces, se forma un voltaje vs de CA de 120 (N2/ N1) V (rms) entre los dos terminales del devanado secundario. Al seleccionar una razón apropiada de vueltas (N2/ N1) para el transformador, el diseñador puede reducir el voltaje de línea al valor necesario para obtener una salida específica de voltaje CD de la fuente.

Rectificador de media onda

Debido a que un diodo pude mantener el flujo de corriente en una sola dirección, se puede utilizar para cambiar una señal de ac a una de dc. En la figura se muestra un circuito rectificador de media onda. Cuando la tensión de entrada es positiva, el diodo se polariza en directo y se puede sustituir por un corto circuito. Si la tensión de entrada es negativa el diodo se polariza en inverso y se puede remplazar por un circuito abierto. Por tanto cuando el diodo se polariza en directo, la tensión de salida a través del resistor se puede hallar por medio de la relación de un divisor de tensión sabemos además que el diodo requiere 0.7 voltios para polarizarse así que la tensión de salida está reducida en esta cantidad (este voltaje depende del material de la juntura del diodo). Cuando la polarización es inversa, la corriente es cero, de manera que la tensión de salida también es cero. Este rectificador no es muy eficiente debido a que durante la mitad de cada ciclo la entrada se bloquea completamente desde la salida, perdiendo así la mitad de la tensión de alimentación. Por dicha razón este circuito tiene un alto factor de rizo que más adelante se hallara.

Rectificador de media onda.

Rectificador de Onda Completa Con Tap Central.

El rectificador de onda completa utiliza ambas mitades de la onda senoide de entrada; para obtener una salida unipolar, invierte los semiciclos negativos de la onda senoidal. En esta aplicación se utiliza en el devanado central del transformador con la finalidad de obtener dos voltajes VS iguales, en paralelo con las dos mitades del devanado secundario con las polaridades indicadas. Cuando el voltaje de línea de entrada, que alimenta al devanado primario, es positivo, ambas señales marcadas como VS serán positivas. En este caso D1 conduce y D2 estará polarizado inversamente. La corriente que pasa por D1circulara por la carga y regresara ala derivación central del secundario. El circuito se comporta entonces como rectificador de media onda, y la salida durante los semiciclos positivos será idéntica a la producida por el rectificador de media onda. Ahora, durante el semiciclo negativo del voltaje de ca de la línea, los voltajes marcados como VS serán negativos. Entonces D1 estará en corte y D2 conduce. La corriente conducida por D2 circulara por la carga y regresa a la derivación central. Se deduce que durante los semiciclos negativos también el circuito se comporta como rectificador de media onda, excepto que ahora el diodo D2 es el que conduce. Lo más importante es que la corriente que circula por la carga siempre pasa por la misma dirección y el voltaje vo será unipolar. La onda de salida se obtiene suponiendo que un diodo conductor tiene una caída constante de voltaje VDO, es decir, se desprecia el efecto de la carga. Valor medio o promedio de la rectificación de onda completa.

Valor eficaz de la rectificación de la onda completa.

Factor de riple de la rectificación de onda completa

Rectificador de Onda Completa con derivación central

Que es un rectificador no controlado.

No controlados: la tensión de salida depende de la carga. Controlados: es posible regular la tensión de salida. Tipos de circuitos rectificadores.

Dependiendo de la señal de salida: *Media onda. *Onda completa. Dependiendo de la señal de entrada: *Monofásico *Trifásico

RECTIFICADOR MONOFASICO DE MEDIA ONDA... La parte negativa de la señal es rectificada. Conseguimos elevar el valor medio de la señal.

Mientras mayor sea la inductancia, el paso por 0 se realizara con mayor retardo y por lo tanto el tramo negativo de tensión aumentara y el valor medio se reducirá.

RECTIFICADOR ONDA COMPLETA… Es el que se utiliza si lo que se desea es utilizar todo el voltaje del secundario del transformador (en el caso de un transformador con derivación central). En el circuito con transformador con derivación central, la tensión de salida depende de la mitad de la tensión del secundario En este circuito el transformador es alimentado por una tensión en corriente alterna. Los diodos D1 y D3 son polarizados en directo en el semi-ciclo positivo, los diodos D2 y D4 son polarizados en sentido inverso. Ver que la corriente atraviesa la resistencia de carga RL.

RECTIFICADOR TRIFÁSICO MEDIA ONDA… Este tipo de convertidor nos proporciona una tensión de salida alta, en comparación con los rectificadores controlados monofásicos. Es muy usado para trabajar con altas potencias, ya que se obtiene a la salida una corriente y voltaje bastante continuo.

Material y Equipo Utilizado.               

7 Diodos 1N4007 Transformador con derivación central 127 VCA-12 VCA capacidad 2A a 1A 3 Resistencias de 10kΩ ½ Watt. 3 Resistencias de 1kΩ ½ Watt. 1 Punta para osciloscopio no atenuada 2 Portafusibles tipo americano 1 Protoboard de 64 lineas Cable telefónico para conexiones 2 fusibles tipo americano 4A 250V 4 cables con puntas banana-caimán 4 cables con puntas caimán-caimán 2 cables con puntas banana-banana Multimetro Digital. Osciloscopio Digital 1 Punta para osciloscopio atenuada

Procedimiento Experimental. Antes de comenzar se reviso el buen estado de los componentes, incluyendo el transformador. Una vez de haber revisado los componentes se paso a comprobar las tensiones en el transformador. Además de observar la forma de onda de entrada y de salida especificando valor máximo y mínimo, así como el periodo de la señal.

TENSIONES EN EL TRANSFORMADOR PRIMARIO Vmax

Vmax

Vrms

12.8 V

Multímetro Osciloscopio

Vrms

SECUNDARIO

6.27 V

19.4 V

13.7 V

10 V

6.86 V

12.68 V

12.68 V

6.34 V

6.34 V

Cálculos Simulación

Forma de Onda de entrada:    

VPP = 39.2V Vmax = 19.6 Vmin = -19.6 V P = 5ms

Forma de Onda de SALIDA:    

VPP = 19.8V Vmax = 10 V Vmin = -10 V P = 5ms

Además de comprobar las tensiones y corrientes en la carga. TENSION Y CORRIENTE EN LA CARGA Vmax Multimetro Osciloscopio

19

Vcd

Vca

Vrms

Icd

Ica

5.70

7.12

9.16

5.79

7.10

5.85

7.15

9.24

Irms

Cálculos Simulación

Por último por medio de un circuito rectificador monofásico no controlado de media onda, se comprobó las tensiones y corrientes en el diodo rectificador. Además de observar la forma de onda de entrada y de salida especificando valor máximo y mínimo, así como el periodo de la señal.

TENSIONES Y CORRIENTES EN UN DIODO RECTIFICADOR VPI Multimetro Osciloscopio

Icd

Ica

Irms

5.79mA

7.10mA

-19 V

Cálculos Simulación

Forma de Onda de ENTRADA:   

Vmax = 19 V Vmin = 0 V P = 5ms

Forma de Onda de SALIDA:   

Vmax = 800 mV Vmin = -19 V P = 5ms

Simulación

Conclusiones En esta práctica aprendimos utilizar el transformador, y sabemos la tensión que entregan sus salidas,pudimos observar que la salida de el transformador tiene la misma forma de onda que la fuente pero en este caso se reducía el valor de la tensión, realizamos un circuito rectificador de media onda y pudimos observar a través del Osciloscopio la forma de onda en la carga y el diodo

En esta práctica lo primero que se realizo fue observar la forma de onda de entrada en el osciloscopio, así como el valor máximo y mínimo y el periodo de la señal. Se tomaron lecturas de Vcd y Vca. Esto para poder visualizar la forma de onda de salida en el osciloscopio, así como el valor máximo y mínimo y el periodo de la señal. Por medio de un protoboard se realizo un circuito rectificador monofásico no controlado de media onda, con esto se pudo observar la forma de onda de la tensión a través del diodo en el osciloscopio, así como el valor máximo y mínimo y el periodo de la señal. Con esto se pudo comprobar la operación de un transformador monofásico con núcleo de hierro. Además de comprobar los resultados con la teoría vista en clase por medio de la comprobación analítica. En esta práctica comprobamos las salidas de un transformador monofásico con derivación central con ayuda de un multímetro y anotamos los datos obtenidos, comprobamos q era un transformador reductor ya que en sus extremos da una salida de tensión de 12v y la derivación central con un extremo da 6v después de comprobar sus tensiones pasamos a observar su forma de onda y se observe que era la misma solo que la de 6v su amplitud de onda es más corta a comparación con la de 12v ya que solo el transformador reduce tensión y la corriente es la misma para las dos salidas, anotamos su máximo y mínimo así como su periodo de la señal y lo comprobamos con lo visto en la teoría y en efecto se llegó al mismo resultado. Después elaboramos un circuito rectificador monofásico no controlado de media onda procedimos a tomar lecturas como en el transformador pero ahora ya con los diodos integrados también observamos su forma de onda y se dibujó, anotamos su valor máximo y mínimo y su periodo de la onda como ya era de esperar la onda q observamos era la misma ya vista antes en clase se formaba media onda, las mediciones las checamos a los diodos solos a la resistencia y al circuito completo y observamos su diferencias. En conclusión esta práctica apoyo para reforzar la parte teórica y también para comprobar el comportamiento del rectificador de media onda.

En esta práctica fue sencilla ya que se hicieron rectificadores de media onda y solo era colocar el diodo, el potenciador y la resistencia en serie para sacar las mediciones y las formas de onda de estos. En el multisim se notó una variación pero se asemeja a lo que vimos en el laboratorio. También se introdujo en esta práctica lo que es un transformador reductor de 127V a 12V para

poder trabajar en el circuito. Este tiene una segunda derivación la cuál arroja la mitad del voltaje de lo que la derivación principal proporciona, o sea 6V. Se terminó muy rápido la práctica por lo cual se procedió a realizar la práctica 6 por el corto tiempo que restaba y algunas complicaciones no se terminó esta última pero habiendo finalizado la 5 en tiempo.

Referencias Bibliográficas http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador_de_onda_completa http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema4/Paginas/Pagina4.htm http://paginas.fisica.uson.mx/horacio.munguia/aula_virtual/Cursos/Instrumentacion%20I/Docum entos/Circuitos_Rectificadores.pdf