CIRCUITOS LIMITADORES DE VOLTAJE Y RECTIFICADOR DE

MEDIA ONDA (λ/2)Rodríguez Vásquez B, Moya Lagos D, Domínguez Castillo I, Quevedo Meza E, Solís Oncoy D

Universidad nacional de ingeniería

Facultad de ingeniería eléctrica y electrónica

sommario— In questo laboratorio di analizzare come si può limitare la tensione di ingresso mediante l'attuazione di limitatore di tensione del circuito che deve essere alimentato da una sorgente di corrente e può vedere come viene tagliato l'ingresso per collegare un oscilloscopio per controllare l'altro circuito implementare un raddrizzatore a semionda che consistono di una fonte alternativa di una data resistenza e di effettuare le misurazioni di tensione in uscita utilizzando un oscilloscopio si può vedere che la parte negativa della forma d'onda di ingresso appare non solo lasciando la lato positivo quindi procedere per misurare la sua ampiezza e frequenza dell'onda.

I.INTRODUCCION

En el momento de iniciar nuestro estudio de circuitos limitadores y rectificadores vemos que las señales de salida de la cargas pueden ser limitadas a ciertos valores y en el caso de rectificadores de media onda se puede aprecias la onda de salida de la carga a comparación de la onda de salida no presenta parte negativa debido a los diodos instalados en los circuitos que veremos a continuación en el laboratorio.

II.FUNDAMENTO TEORICO

LIMITADORES DE VOLTAJE

Un limitador o recortador es un circuito que, mediante el uso de resistencias y diodos, permite eliminar tensiones que no nos interesa que lleguen a un determinado punto de un circuito. Mediante un limitador podemos conseguir que a un determinado circuito le lleguen únicamente tensiones positivas o solamente negativas, no obstante esto también puede hacerse con un sólo diodo formando un rectificador de media onda, de forma que nos vamos a centrar en un tipo de limitador que no permite que a un circuito lleguen tensiones que podrían ser perjudiciales para el mismo.

RECORTADOR SIN POLARIZACION

Imaginemos que en un caso como en el de la figura, no nos interesa que al circuito que estamos

protegiendo (en este caso el elemento que vamos a proteger es la resistencia de carga RL) le lleguen tensiones superiores a 0.7 V, tanto positivos como negativos. Montando los dos diodos y la resistencia limitadora como se ve en la figura, nosotros conseguimos que cualquier tensión que exceda de 0.7 V o disminuya de -0.7 V, se vea recortada por los diodos. Estos 0.7 V de los que hablamos son la barrera de potencial del diodo. Hay que tener en cuenta que la resistencia limitadora (Rlim) es mucho menor que la resistencia de carga (RL), de este modo la tensión que cae en la resistencia limitadora es prácticamente nula y podemos despreciarla.

Aunque la resistencia limitadora pueda parecer innecesaria, es importante entender que en realidad es parte imprescindible del limitador, ya que si no estuviera conectada, al polarizarse uno de los diodos directamente (los dos diodos no pueden estar polarizados directamente al mismo tiempo), este comenzaría a conducir la corriente eléctrica sin control y se destruiría. Como su propio nombre indica, la resistencia limitadora tiene como función limitar la corriente que atraviesa los diodos.

De este modo, si la tensión de entrada supera por cualquier motivo los 0.7 V el diodo D1 quedará polarizado directamente y recortará el exceso de tensión. De igual forma, cuando la tensión de entrada disminuya de -0.7 V, el diodo D2 quedará polarizado directamente y recortará el exceso de tensión que podría dañar nuestra carga.

RECORTADOR POLARIZADO

Muchas veces no nos interesa que los diodos recorten las tensiones de entrada a los 0.7 V o a los -0.7 V. Por ejemplo, puede que lo que estemos buscando es que a la entrada no le lleguen tensiones superiores a los 10 V o inferiores a los -10 V (estas tensiones son aleatorias, nosotros elegimos las que más nos interesen), en ese caso no podemos usar el circuito antes mencionado, ahora necesitamos un limitador polarizado. La única diferencia respecto al anterior limitador es que en este caso vamos a polarizar los diodos con baterías, a fin de que sea necesaria una tensión de entrada mayor que 0.7 V para que los diodos se polaricen directamente.

Si lo que buscamos es que la tensión en la carga no sea mayor de 10 V ni inferior de -10 V, montaremos el siguiente circuito.

Veamos cómo funciona el circuito:

Cuando la tensión de entrada se mantiene dentro de sus límites normales, esto es, entre 10 V y -10 V, ninguno de los diodos hace nada.

En el momento en que la tensión es superior a los 10.7 V (los 10 V de la batería más los 0.7 V de la barrera de potencial del diodo), el diodo D1 queda polarizado directamente y empieza a conducir, de esta forma no permite que la tensión en la carga aumente.

Si la tensión de entrada disminuye de los -10.7 V, en este caso es el diodo D2 el que se polariza directamente y comienza a conducir, no permitiendo que la tensión en la carga disminuya hasta niveles peligrosos.

Hay que destacar que en lugar de baterías, también podrían conectarse diodos zener polarizados inversamente cuya tensión Zener fuera igual a la de las baterías que necesitamos colocar. Además las dos baterías o diodos zener no tienen por qué tener el mismo potencial, todo depende de qué niveles de tensión queramos proteger el circuito. Es muy importante tener en cuenta que, en este último caso, en el que queremos recortar de forma diferente el semiciclo positivo y el negativo, se debe tener la precaución de que la segunda fuente sea mayor que la primera. No puede ser la primera mayor que la segunda, pues, llegado el caso en el que ambos diodos se cierren, cosa que puede

ocurrir si (Vi-I.Rlim)>E1 (y por ende si E1>E2, (Vi-I.Rlim)>E2), con lo que ambos diodos están en polarización directa, o cortocircuitados, y la E1 intentará llevar a E2 al potencial que ella posee, con lo que se destruirá la batería.

FORMA DE ONDA

Ahora estudiaremos más a fondo qué es lo que hace el limitador estudiando las distintas formas de onda de la tensión en la entrada y en la carga, en el caso concreto en el que nuestra carga no soporta tensiones mayores de 10 V o menores de -10 V.

Imaginemos que alimentamos el circuito con una tensión de entrada Vi senoidal de 30 V eficaces, en el dibujo es la línea sinusoidal

de color verde. Esta tensión de entrada tiene picos cuyo valor alcanza los 42 y -42 V respectivamente. El caso es

que si estos valores de tensión llegaran a la carga esta quedaría dañada o se destruiría.

Para evitar que esto ocurra, conectamos la resistencia limitadora, los diodos y las baterías o diodos zener, como hemos visto antes.

Estudiemos cuando comienza a conducir el diodo D1:

La batería que está conectada al diodo D1 polariza su cátodo a 10 V, considerando el diodo ideal, comenzará a conducir cuando la tensión en su ánodo sea mayor que en su cátodo, esto ocurre sólo cuando la tensión de entrada es superior a 10 V.

Cuando Vi supera los 10 V, se convierte en una tensión peligrosa para la carga RL, no obstante en ese mismo momento la tensión en el ánodo del diodo D1 comienza a ser superior que la tensión en su cátodo, con lo que el diodo D1 queda polarizado directamente y comienza a conducir la corriente eléctrica, a partir de este momento la tensión sobrante de la tensión de entrada Vi se ve recortada y no puede llegar a la carga tal y como se ve en la figura de la derecha.

Estudiemos cuando comienza a conducir el diodo D2:

Este caso es igual al anterior. La batería polariza el ánodo de D2 a -10 V. Cuando la tensión de entrada Vi es más baja de lo que la carga puede soportar (en nuestro caso menor que -10 V), el cátodo del diodo D2 queda a un potencial menor que -10 V, con lo que el diodo se polariza directamente y recorta en este caso, las tensiones negativas de entrada que podrían resultar perjudiciales para la carga, tal y como se aprecia en la gráfica.

III.DESARROLLO Y ANALISIS

HAGA UNA TABLA COMPARANDO LOS VALORES TEÓRICOS CON LOS VALORES EXPERIMENTALES.

RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA

Voltaje de salida (V0) Voltaje R1experimental -5.8

teórico -4.1

LIMITADOR DE VOLTAJE

Voltaje de salida (V0) Voltaje D1experimental 6.75

teórico 5.2¿POR QUÉ EN EL PASO 3, LA TENSION DC ES NEGATIVA?

La medición de la tensión DC se hace por el valor medio que es la siguiente:

Como es un limitador de voltaje, recorta la parte positiva, eso hace q el área de la parte negativa sea mayor y de un resultado negativo.

¿POR QUÉ LA ONDA DE TENSIÓN MEDIDA CON EL OSCILOSCOPIO EN R1 TIENE ESA FORMA?

Para el funcionamiento del diodo la tensión tiene que ser mayor a la fuente DC, para valores menores a la fuente DC la tensión medida será igual a la fuente de entrada AC. Cuando supera a la tensión DC, el diodo se pone en corto y el voltaje de salida es igual a la tensión DC.

¿POR QUE EN EL PASO 9, LA TENSION MEDIDA CON EL MULTIMETRO ES NEGATIVA?

Durante el semiciclo positivo de la tensión se tiene una medida onda positiva, este aspecto supone que el diodo se encuentra en polarización directa, si este fuera ideal no se tendría una caída de voltaje. Sin embargo durante el semiciclo negativo de la tensión presenta una media onda sinusoidal negativa. Por tanto, el diodo se encuentra polarizado en inversa, por lo que no habría corriente y su voltaje sería igual al de la fuente.

Obteniéndose la siguiente tensión para el diodo:

Sabemos que cuando medimos un voltaje cualquiera con el voltímetro en DC, estamos midiendo el valor medio de dicho voltaje por lo tanto el voltaje medio en el diodo será negativa.

¿QUE SUCEDE EN EL PASO 12 CUANDO DE INVIERTE EL DIODO D2?

Diodo sin invertir

Diodo invertido

Al invertir el sentido del diodo los cambios que se pueden apreciar mediante la gráfica es que la onda de salida es negativa en comparación a la onda de entrada en respecto al valor de voltaje pico se mantiene constante tanto como la frecuencia.

IV.RESULTADOS

ERROR ENTRE LOS VALORES TEORICOS CON LOS EXPERIMENTALES

Error en el rectificador de media onda

EVo = 5.8−4.1

4.1 = 41.46%

EVR1 =

4.5−3.953.95

= 13.92%

Error en el limitador de voltaje

EVo = 6.75−5.2

5.2 = 29.8%

EVD1 =

6.76−5.25.2

= 30%

GRAFICOS DE LAS FORMAS DE ONDA EN LOS CIRCUITOS

Rectificador de media onda

Limitador de voltaje

V.CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

En el

circuito de media onda observamos que para obtener la forma de la señal del diodo debemos hacer una resta entre los dos canales del osciloscopio (señal de entrada menos la señal de la carga).

Para poder determinar el voltaje pico a pico de la onda debemos multiplicar el número de divisiones verticales por el voltaje divisor que marca en el osciloscopio, así obtendremos el voltaje de dicha onda.

En el circuito fijador, observamos en el osciloscopio que la señal de entrada y salida son diferentes debido a que la señal de salida es en DC.

En el circuito de media onda observamos que la señal que entra es una senoidal y que la señal de salida en la carga de la resistencia es una señal que sale positiva y continuo debido al diodo rectificador.