practica6 lab electronica

PRÁCTICA # 6 RECTIFICADORES Y FILTROS CAPACITIVOS OBJETIVOS: 

Aplicar los conocimientos adquiridos de las materias antes vistas para comprender los circuitos rectificadores monofásicos de media onda y de onda completa.



Comprender como afecta la correcta selección de un filtro para la obtención de una señal no regulada menos variable.

TEORÍA: RECTIFICADORES MONOFÁSICOS DE MEDIA ONDA. Dentro de los rectificadores, los rectificadores monofásicos de media onda son los más sencillos, ya que están compuestos por un único diodo en serie con una carga y una fuente como se muestra en el circuito adjunto. Su salida contiene rizado a la frecuencia alterna de entrada provocando que el filtrado sea más difícil que en otros montajes donde las frecuencias de rizado son múltiplos de la entrada. Adicionalmente se muestra la curva de transferencia Vo/Vi. D1

Io

+ Vak -

+

+ Vi = Vs sen(wt)

Vo

-

R

-

En este circuito cuando la tensión de la fuente Vi es positiva, el diodo D1 conduce y la caída de tensión en la carga Vo seguirá a Vs considerando a D1 como un interruptor ideal (Vak = 0), por otra parte cuando la fuente Vi es negativa, D1 se encuentra en estado de corte, lo que origina una caída de tensión nula en la carga (Vo = 0). Debido a que la carga es resistiva, la intensidad de corriente Io tendrá la misma forma de onda que Vo, alcanzando un valor máximo de Vs/R. Con esto podemos concluir que el valor promedio de Vo vendría dado por: T

Vo( prom) 

1 Vi t d t  T 0 

Vo( prom)

1  Vs sent d t  2 0

Vo( prom) 

Vs



A continuación se muestran las gráficas de las señales Vi, Vo, Io y Vak, versus t, verticalmente.

1

RECTIFICADORES MONOFÁSICOS DE ONDA COMPLETA. En los rectificadores monofásicos de onda completa (o de tipo puente) se tienen cuatro diodos que conducen en parejas, de forma que un diodo del nivel superior de una de las ramas conduce a la vez que el diodo del nivel inferior de la rama contraria. Adicionalmente se muestra la curva de transferencia Vo/Vi. Io Vak

D1

Id1

D3

Id3

+ +

+ Vi = Vs sen(wt)

Vo

-

R

-

D4

Id4

D2

Id2

2

En el intervalo comprendido entre 0 ≤ ωt ≤ π, la tensión de alimentación Vi se encuentra en su semiciclo positivo, por lo que los diodos D1 y D2 se encuentran en conducción, mientras que los diodos D3 y D4 están apagados al encontrarse polarizados inversamente. Así las intensidades Id1 e Id2 que circulan por D1 y D2 respectivamente, valen Io, así como la corriente que circula por la fuente, y la tensión de salida Vo sería igual a Vs. Con esto podemos concluir que el valor promedio de Vo vendría dado por: T

Vo( prom)  Vo( prom) 

1



1 Vi t d t  T 0 

V sent d t  s

0

Vo( prom) 

2Vs



A continuación se muestran las gráficas de las señales Vi, Vo, Id1, Id2, Id3, Id4, Io y Vak, versus t, verticalmente.

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FUENTES NO REGULADAS.

Como se ve en el diagrama de bloques, las fuentes no reguladas incluyen un transformador, un rectificador (por lo general tipo puente), y un filtro que en el caso de las fuentes en el rango de voltajes y potencias bajas es puramente capacitivo. Cuando las fuentes no reguladas son el primer bloque de las fuentes reguladas, la carga es el regulador. Las fuentes no reguladas se usan en aquellos casos en los que las variaciones del voltaje de salida no son críticas. Las podemos encontrar en varios circuitos desde circuitos de radio hasta cargadores de pilas, por lo que se caracterizan por su bajo costo y simplicidad.

El voltaje en la carga que coincide con el del condensador, tiene la forma de onda presentada en la siguiente gráfica. En esta figura están identificados el voltaje máximo (Vmax), el voltaje mínimo (Vmin), el tiempo t0, el período T de la forma de onda sinusoidal de entrada y fracciones del mismo (como por ejemplo T/4).

4

vc Vmax Vmin

v s, rect

t0 T 4

T 2

T +t0 2

t T

Como podemos notar, los voltajes Vmax y Vmin están relacionados mediante la expresión:

Vmin = Vmax sen(t0) Y el voltaje de rizado pico a pico se define como la diferencia de voltaje entre Vmax y Vmin:

Vrpp = Vmax – Vmin PROCEDIMIENTO: RECTIFICADOR MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA.

Fig. 6.1 RECTIFICADOR MONOFÁSICO DE ONDA COMPLETA.

Fig. 6.2

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PRÁCTICA # 6 RECTIFICADORES Y FILTROS CAPACITIVOS DATOS TEÓRICOS NOMBRE.............................................................. PARALELO................. A.- Calcule los valores máximos y mínimos de voltaje del circuito de la Fig. 6.1 si la fuente V1 genera una señal sinusoidal de 10Vp a una frecuencia de 60Hz y si el potenciómetro que se encuentra a la salida está al 75%. Considere 3.93[Vrpp] V-min TEÓRICO (V)

V-min SIMULADO (V)

%ERROR

V-max TEÓRICO (V)

V-max SIMULADO (V)

%ERROR

B.- Realice los mismos cálculos del circuito anterior si se reemplaza el capacitor de 100F por un capacitor de 330F, realice una comparación con el literal anterior. Considere 1.33[Vrpp] V-min TEÓRICO (V)

V-min SIMULADO (V)

%ERROR

V-max TEÓRICO (V)

V-max SIMULADO (V)

%ERROR

C.- Calcule los valores máximos y mínimos de voltaje del circuito de la Fig. 6.2 si la fuente V1 genera una señal sinusoidal de 5Vp a una frecuencia de 60Hz, si el potenciómetro que se encuentra a la salida está al 50%. Considere 1[Vrpp] V-min TEÓRICO (V)

V-min SIMULADO (V)

%ERROR

V-max TEÓRICO (V)

V-max SIMULADO (V)

%ERROR

D.- Realice los mismos cálculos del circuito anterior si se reemplaza el capacitor de 100F por un capacitor de 330F, realice una comparación con el literal anterior. Considere 0.35[Vrpp] V-min TEÓRICO (V)

V-min SIMULADO (V)

%ERROR

V-max TEÓRICO (V)

V-max SIMULADO (V)

%ERROR

NOTA: TODOS SUS CÁLCULOS DEBEN SER REALIZADOS EN HOJAS APARTE. 6

PRÁCTICA # 6 RECTIFICADORES Y FILTROS CAPACITIVOS DATOS EXPERIMENTALES NOMBRE.............................................................. PARALELO................. A. Utilizando la interfaz Lucas-Nuelle y la tarjeta de prueba “Rectifier Circuits”, arme el circuito de la Fig. 6.1. y especifique los valores máximos y mínimos de la señal de salida de este circuito considerando que V1 sea una onda sinusoidal con 20 Vpp, 60 Hz, proveniente de la interfaz Lucas-Nuelle, R = 330Ω y los valores indicados de C en la siguiente tabla. C(F)

Vrpp

10

8.98

47

5.35

100

3.22

200

1.84

300

1.29

Vrpp EXP.

Vo-min TEÓRICO (V)

Vo-max TEÓRICO (V)

Vo-min EXPERIMENTAL (V)

Vo-max EXPERIMENTAL (V)

%ERROR

B. Determine el gráfico resultante de la salida del circuito especificando claramente cada parámetro de la señal cuando C = 10F y C = 300F. Compare las dos gráficas obtenidas.

[V]

[mseg] [V]

[mseg]

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C. Grafique la onda correspondiente al voltaje ánodo–cátodo del diodo D1 especificando cada parámetro cuando C = 300F.

[V]

[mseg] D. Utilizando la interfaz Lucas-Nulle y la tarjeta de prueba “Rectifier Circuits”, arme el circuito de la Fig. 6.2. y especifique los valores máximos y mínimos de la señal de salida de este circuito considerando que V1 sea una onda sinusoidal con 20 Vpp, 60 Hz, proveniente de la interfaz Lucas-Nuelle, R = 330Ω y los valores indicados de C en la siguiente tabla. C(F)

Vrpp

10

6.31

47

2.66

100

1.48

200

0.81

300

0.55

Vrpp EXP.

Vo-min TEÓRICO (V)

Vo-max TEÓRICO (V)

Vo-min EXPERIMENTAL (V)

Vo-max EXPERIMENTAL (V)

%ERROR

E. Determine el gráfico resultante de la salida del circuito especificando claramente cada parámetro de la señal cuando C = 10F y C = 300F. Compare las dos gráficas obtenidas.

[V]

[mseg]

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[V]

[mseg] F. Grafique la onda correspondiente al voltaje ánodo–cátodo del diodo D1 especificando cada parámetro cuando C = 300F.

[V]

[mseg] CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

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