preparatorio 5.docx

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS  –  ESPE.  ESPE. Departamento de Eléctrica y Electrónica.

Electrónica I. TEMA: CIRCUITOS LIMITADORES, LIMITADORES, CAMBIADORES DE NIVEL Y MULTIPLICADORES DE TENSIÓN.

Preparatorio de la practica #2.2 NRC: 3314 Integrantes: Eduardo Nuñez Steven Calahorrano Ing. Margarita Medina A. 2016  –  2017  2017

1. TEMA:  CIRCUITOS LIMITADORES, CAMBIADORES DE NIVEL Y MULTIPLICADORES DE TENSIÓN. 2. MARCO TEÓRICO Consultar sobre: Principio de funcionamiento de los Limitadores . 1.1 Básicamente un Limitador o Recortador es un circuito capaz de suprimir porciones  positivas o negativas de una señal. Como su nombre lo indica, este circuito limita la tensión evitando que a un circuito lleguen tensiones que pueden ser perjudiciales. Esto se hace posible debido al uso de diodos rectificadores y resistencias en su diseño.

Figura 1: Circuito limitador 

Datateca. Limitadores. Obtenido de: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/243006/Contenidos/Circuitos_con_diodos/circuitos_limitadores_s ujetadores_y_multiplicadores_de_voltaje.html

1.2

La relación que debe existir entre la constante de tiempo de un cambiador de nivel y la frecuencia de la señal de entrada. entrada.

La Constante del tiempo se denota por:



=

Se sabe que la constante de tiempo  debe ser alta para evitar que el capacitor se descargue, por lo que se recomienda que al menos 5 veces dicha relación, sea mayor que el período donde no conduce el diodo, de esta manera se asegura que la relación RC pueda mantener al capacitor cargado hasta que el circuito trabaje en el período donde el diodo se polariza directamente de nuevo.

Figura 2: Relación constante de Tiempo vs Frecuencia

Es decir que:

5 ≫ 2 Dónde:

 Es el periodo donde no conduce el diodo. 

5 ≫ 21  ≫ 101   ≫ 0.1

Bibliografía Boylestad, R., & Nashelsky, L. (2007 ). Electrónica, Teoría de Circuitos. Mc. Graw Hill.

1.3 Dos aplicaciones de los circuitos Multiplicadores de Tensión. Los multiplicadores juegan un rol muy importante en diferentes campos de la electrónica, sobre todo en la instrumentación por su aplicación en el proceso de control de señales. Por ejemplo: 

Tubo de rayos catódicos

Figura 3: Rayos catódicos

Una aplicación de los circuitos multiplicadores de tensión es en los rayos catódicos. Los electrones deben ser acelerados para chocar con la pantalla a una velocidad muy grande, se excita un electrón de fósforo y al volver cede energía en forma de luz. Para acelerar los electrones hace falta una tensión muy grande para que ganen velocidad.

Bibliografía Multiplicadores de tensión. (2016). Sc.ehu.es. Obtenido 24 June 2016, de: http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema4/Paginas/Pagina17.htm 

Válvula de vacío:

Ilustración 4. Válvula de Vacío.

Es un componente electrónico utilizado para amplificar, conmutar, o modificar una señal eléctrica mediante el control del movimiento de los electrones en un espacio vacío a muy  baja presión, o en presencia de gases especialmente seleccionados, esto lo realiza mediante un multiplicador de tensión. Fuente dobladora de tención. (2016). Construyasuvideorockola.com. Obtenido 24 June 2016, de: http://construyasuvideorockola.com/proy_doblador.php

3. Procedimiento Circuito Limitador. 2.1 Proponga un problema y diseñe el circuito que resuelva dicho problema evidenciando el funcionamiento del circuito limitador a un nivel entregado por el docente. En una empresa requiere un circuito limitador que permita obtener un valor de voltaje negativo que varíe entre los valores de la gráfica para proteger sus equipos de variaciones bruscas de voltaje, se posee a disposición diodos, resistencias, y fuentes de alimentación.

Las gráficas del voltaje y corriente son las siguientes:

Figura 4: Circuito a diseñar

9 

 2

π

3 2

2π

Figura 5: Vin voltaje de entrada

Vo[V]

π

a

-1.3

-6.187

Figura 6: Vo voltaje de salida

b

2π

wt



[mA]

1.3 π

a



b

2

-7.7

Figura 8: Corriente I1



[mA]

0.59 π

3π

2π

4π

5π

Figura 7: Corriente I2  

Cálculo de las formulas Poner el sentido de la corriente para que el diodo se polarize directamente.

I1

IT

I2

 =  +  =0.7[]

+ +0.7 = 0





0



(1)

0.7 + =0   =  + 0.7  2 =  0.7   12>>00 . .  + 0.7 >0 5  >0.7  . >0.7  .

=0.7 0.7  .

=0.7 

Corriente I1



0







0



Cálculo de los valores

= 1 =  0.7 1  = 32  32 0.7  +  1 = 1 =2 1 =  0.7 1 =0.7 1.3=0.7  =2[] 2 =  0.7  20.7− =2.2[Ω]  = 0.59∗10

=9   = 1+2 32   7.7 ∗2.2 9 ∗2 1 =  = 7.7∗10− 1=1[Ω]  1.3   = 2 = 2.2∗10 =0.76[]  =  ∗=7.7 ∗1000

Figura 9: Circuito diseñado completamente

Cálculo de los ángulos 







=180°+− (1.93) =188.30° 6. 1 87 − =360° ( 9 ) =351.7° 2.1.1 Utilizando el simulador, compruebe la forma de onda del voltaje de salida.

Figura 10:Onda del voltaje de salida

2.1.2 Calcule el voltaje medio de la señal de salida y compruébelo con un multímetro.

 1  =  ∫     1  = 360 ∫ 1.3  +∫ 9 +∫ 1.3   =2.70 []

Figura 11: Voltaje medio

2.1.3 Realice un cuadro con los resultados obtenidos. Calculado VDC= -2.70 [V]

Simulado VDC= -2.70 [V]

Circuito Cambiador de Nivel. 3.1 Proponga un problema y diseñe el circuito que resuelva dicho problema evidenciando el funcionamiento del circuito cambiador de nivel entregado por el docente, para que trabaje a una frecuencia de 2Kh.

Una empresa necesita diseñar un cambiador de niveles cuya frecuencia igual a 2 [kHz]. Para realizar el diseño la empresa posee capacitores, diodos, resistencias, y fuentes de voltajes. El voltaje de salida debe ajustarse a la siguiente gráfica.

Figura 12: Circuito a diseñar 

Figura 13: Señal de entrada

I





0 

 2 

I1

=1+2  > 0  .

=0.7[] ++0.7=0 =0.7  = 2 9sin2 = 9 =8.3[] >  . =8.3[]

I2

Vo

I Figura 14: Diodo polarizado inversamente

+8.3+=0 =8.3 

Gráfico de la onda de salida

= =0[]  =  =9[] =98.3=0.7[] = =0[] =8.3=8.3[]  =   =9[] =98.3=17.3[] = =0[] =8.3=8.3[]  =   =0[] =0.7=0.7[]

Vo

Vo[V]

0.7

wt -18.3



Calculo de la resistencia

Valor del capacitor a utilizar será de:

51≫ 2

=100[µ]  = 1  = 1 = 21 =0.5[] 0.5[] − ≫0.5[Ω] 1 ≫ 10∗100∗10 Resistencia a utilizar será de: 1=10[Ω]  0. 7  = 10 =0.049[] Resistor a utilizar de: 1=10[Ω], =0.25[] 

Figura 15: Circuito diseñado



Cumpliendo con la Condición:

3.1.1

∆  = ∆ 9918=18 =0.717.3 Compruebe la forma de onda del voltaje de salida con el osciloscopio

Figura 16: Voltaje de salida Vo

3.1.2 Calcule el voltaje de salida medio y compruébelo con el multímetro

 1  = 510− ∫ 98.3  = 5101 − 9510−+9cos08.3510−  = 8.29 []

Figura 17: VDC 

3.1.3 Disminuya considerablemente la constante de tiempo del circuito y obtenga la forma de onda del voltaje de salida. Si se disminuye la constante de tiempo también decaerá R y C, debido a que, son  proporcionales entre sí por lo tanto:

Si

 = 1[] y  = 1[Ω]

Figura 18: Vo reduciendo la constante de tiempo

3.1.4 Mida el voltaje medio

Figura 19: Vdc

3.1.5 Realice un cuadro con los resultados obtenidos. Calculado VDC= -8.29 [V]

Simulado VDC= -8.29 [V]

Reduciendo el capacitor y la resistencia Calculado VDC= -6.80 [V]

Simulado VDC= -6.80 [V]

Circuito Multiplicador de Tensión. 4.1 Proponga un problema y diseñe el circuito que resuelva dicho problema evidenciando el funcionamiento de un circuito multiplicador de tensión entregado por el docente.

En una empresa se acaba de dañar una fuente de voltaje que proporcionaba 16,8[V] a un dispositivo, se tiene que solucionar este problema, para lo cual se posee diodos rectificadores, capacitores y una fuente de voltaje cuyo rango máximo es 9[V]. Diseñe un circuito multiplicador de voltaje el cual permita que el dispositivo de esta empresa pueda funcionar.

Figura 20:Esquema del circuito



Análisis

Figura 21: Grafica del voltaje de entrada



0  



    

 > 0 → 1 .,2 . +0.7+1=0 1=0.7 π →  =  2 1=0.7 +0.7+2=0 2=0.7 =1+2 =21.4

Figura 22: Grafica de cargas de capacitores y voltaje de salida

Figura 23: 2 Grafica del voltaje de entrada



0  



    

 > 0 → 1 .,2 . +0.7+1=0 1=0.7 π →  =  2 1=0.7 +0.7+2=0 2=0.7 =1+2 =21.4

Figura 24: Grafica de cargas de capacitores y voltaje de salida

Debido a la disposición del circuito no hay cargas que puedan hacer que el capacitor se descargue, por lo tanto utilizaremos capacitores de valores comerciales de 330 y 100 micro faradios, con diodos 1N4007. De la siguiente manera:

=21.4 =29 1.4 = 16.6 []

4.1.1 Utilizando el simulador, compruebe la forma de onda del voltaje de salida.

4.1.2 Realice un cuadro con los resultados obtenidos Voltaje calculado 16.6

Voltaje simulado 16.8