Electrónica A/D

PRACTICA Nº 1

1. TEMA: RECTIFICACIÓN MONOFASICA DE MEDIA Y RECTIFICACION DE ONDA COMPLETA CON PUENTE DE GRAETZ.

2. OBJETIVOS:

Rectificar CA monofásica mediante un solo diodo. Rectificar una toma alterna monofásica utilizando cuatro diodos en configuración Puente. Comprobar la teoría y los cálculos referentes a cada tipo de rectificación. Simular los circuitos para verificar aun mejor sus resultados.

3. MATERIALES:

Transformador 110/12 VCA. Cables de conexión con terminales tipo banana. Cable multipar. Sonda de interfaz para el osciloscopio. Project board. Resistencias 1k-1/2w Diodos 1A-100v Multímetro, osciloscopio.

4. MARCO TEORICO

4.1 Rectificación

Un circuito rectificador es un circuito que convierte potencia de ca en potencia de cc, particularmente el rectificado de media onda generalmente se usa sólo para aplicaciones de baja corriente o de alta frecuencia, ya que por razones económicas es más fácil distribuir corriente alterna que corriente directa. Sin embargo existen aplicaciones eléctricas que requieren de una rectificación de corriente como son los circuitos electrónicos y otros dispositivos que se usan a diario en la industria.

Para rectificar la corriente utilizamos un semiconductor llamado DIODO, el cual está formado por un ánodo y un cátodo en cada extremo. Si se conecta la fuente de tensión al diodo de forma que el potencial negativo este unido al cátodo y el positivo al ánodo se dice que el diodo está en polarización directa, al aplicar está tensión el diodo conduce.

4.2 Osciloscopio

El osciloscopio es un instrumento que permite visualizar fenómenos transitorios así como formas de ondas en circuitos eléctricos y electrónicos. Lo que se puede realizar con el osciloscopio son las siguientes opciones:

Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal. Determinar indirectamente la frecuencia de una señal. Determinar que parte de la señal es DC y cual AC. Localizar averías en un circuito. Medir la fase entre dos señales.

4.3 Tipos de osciloscopio

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Los Osciloscopios pueden ser analógicos ó digitales. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla.

Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se producen aleatoriamente).

4.4 Funcionamiento

4.4.1 Osciloscopio analógico

Cuando se conecta la sonda a un circuito, la señal atraviesa esta última y se dirige a la sección vertical. Dependiendo de donde situemos el mando del amplificador vertical atenuaremos la señal ó la amplificaremos. En la salida de este bloque ya se dispone de la suficiente señal para atacar las placas de deflexión verticales (que naturalmente están en posición horizontal) y que son las encargadas de desviar el haz de electrones, que surge del cátodo e impacta en la capa fluorescente del interior de la pantalla, en sentido vertical. Hacia arriba si la tensión es positiva con respecto al punto de referencia (GND) ó hacia abajo si es negativa.

4.4.2 Osciloscopios digitales

Los osciloscopios digitales poseen además de las secciones explicadas anteriormente un sistema adicional de proceso de datos que permite almacenar y visualizar la señal.

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Cuando se conecta la sonda de un osciloscopio digital a un circuito, la sección vertical ajusta la amplitud de la señal de la misma forma que lo hacia el osciloscopio analógico.

4.5 Usos del osciloscopio

Los osciloscopios son de los instrumentos más versátiles que existen y los utilizan desde técnicos de reparación de televisores hasta médicos. Un osciloscopio puede medir un gran número de fenómenos, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc.

A: PROCEDIMIENTO. (MEDIA ONDA)

1A. Conectamos el primario del transformador a 120VCA de la red monofasica existente en el laboratorio; medimos el voltaje eficaz en el secunadrio del transformador y con este valor de voltaje medido realizamos y detallamos los CALCULOS según lo vimos en teoria.

Vef= 12,30 V (medido en el secundario, sirve para realizar los cálculos).

CÁLCULOS:

Vp= Vef0.707

=12,30V0.707

=17,39V

Vmá x=Vp−0.6=17,39V−0.6=16,79V

Vmed=V RC=Vmá x ∙0.318=16,79V ∙0.318=5,34V

Vmá x . inv .=17,39V

IRC=I D=V RCRc

=5 ,34 V1k Ω

=5 .34mA

2A. Una vez realizados los cálculos, procedemos a ARMAR el circuito de la figura.

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3A.Utilizar el osciloscopio para visualizar las ondas correspondientes: GRAFICAR exactamente la forma de onda obtenida en el SECUNDARIO del transformador y sobre la RC. En cada onda ACOTAR los valores observados. (tener en cuenta las escalas en tiempo y amplitud que se emplean en el osciloscopio).

SECUNDARIO :

ESCALAS PARA LA MEDICIÓN EN EL SECUNDARIO:

X: 5ms/DIV (tiempo)

Y: 5V/DIV (voltaje)

SOBRE LA RC:

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ESCALAS PARA LA MEDICIÓN EN RC:

X: 5ms/DIV (tiempo)

Y: 5V/DIV (voltaje)

4A. MEDIR el Voltaje Medio sobre la RC (con un voltímetro CC en paralelo a RC) y la IRC (con un amperímetro CC en serie a la RC).

VRC = 5,37 V

IRC = 5,52 mA

5. ANALISIS DE RESULTADOS

Con los datos obtenidos en los puntos anteriores LLENAR el siguiente cuadro comparativo de resumen, ANALIZAR y EXPLICAR las diferencias en caso de haberlas. *(El periodo T y la frecuencia F, se obtendrán con relación a la onda en RC, mida el T en el grafico de RC y calcule F = 1/T).

Resultados obtenidos en el LABORATORIO (punto 3A, 4A)

Resultados obtenidos en el CALCULO (punto 1A)

Vef = 12,30 V (medido en el secundario) Vef = 12,30 V (medido en el secundario) Vp = 18 V Vp = 17,39 V

Vmax= 16,80 V Vmax= 16,79 VT = 16.60 ms (en la onda RC)* F = 60Hz (dato conocido)

F = 60,24 Hz (1/T)* T = 16.66 ms (1/60Hz)VRC= 5,37 V (valor medio) VRC= 5,34 V (valor medio)

IRC = 5,52 mA IRC = 5,34 mAID = 5,52 mA ID = 5,34 mA

Los valores de los cálculos, son más altos debido a que se toman más decimales, y los de el laboratorio se toma con instrumentos distintos, pero es una tolerancia pequeña. Esto se debe a los errores en la medición en el laboratorio, ya que los voltajes no son constantes en el transformador debido a que en la red está variando constantemente este valor.

El período no se puede medir con precisión, ya que se realiza una visualización en la pantalla del osciloscopio, y a lo mucho se puede diferenciar una décima de medida.

6. CONCLUSIONES:

Se logró rectificar la corriente alterna a continua, por medio de un diodo, con esto nos damos cuenta que este semiconductor es eficaz para rectificar la corriente, ya que mejorando los circuitos rectificadores se lograra una mejor utilización en instrumentos que necesitan de corriente pura o directa.

Como se observa en los respectivos gráficos, las ondas obtienen diferente forma ya sea para el secundario del transformador como para la resistencia RC, esto se debe a que el diodo solo toma el positivo de la onda (media onda), de ahí el nombre de circuito rectificador de media onda.

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Como ya se explicó anteriormente, los valores obtenidos en las mediciones y cálculos difieren en lo mínimo, debido a los distintos valores que puede tomar el secundario del transformador de la red de energía eléctrica ya que el voltaje varía ligera y constantemente.

7. BIBLIOGRAFIA Y DIRECCIONES ELECTRONICAS VERIFICABLES.

http://es.wikipedia.org/wiki/Osciloscopio http://apuntes.rincondelvago.com/rectificado-de-media-onda.html

B: Procedimiento. (Onda Completa)

8. MARCO TEÓRICO:

8.1 Rectificador de onda completa

Es un circuito empleado para convertir una señal de corriente alterna de entrada en corriente continua de salida pulsante. A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal positiva o negativa de corriente continua.

Existen dos alternativas, bien empleando dos diodos o empleando cuatro diodos (puente de Graetz).

8.2 Puente de Graetz

El puente rectificador es un circuito electrónico que utiliza cuatro (4) diodos, con la finalidad de convertir una señal sinusoidal alterna a la entrada (cuyo valor medio es cero) en una señal rectificada con una componente DC no nula. El circuito de la figura, muestra un puente rectificador en donde durante el semiciclo positivo conducen los diodos D1 y D2 los cuales se encuentran polarizados en directo, mientras que los diodos D3 y D4 están polarizados en inverso. Cuando la polaridad de la fuente Vs cambia al semiciclo negativo el diodo D3 se encontrará polarizado directamente así la corriente circulará: primero por el diodo D3, segundo por la resistencia de carga RL y después por el diodo D4, ya que el diodo D2 se encuentra polarizado en inverso. De esta manera en la resistencia RL siempre la polaridad será + arriba y - abajo.

8.3 Principales ventajas

Las principales ventajas del circuito puente son las siguientes:

Las corrientes del primario y del secundario del transformador de alimentación son senoidales, y puede emplearse un transformador más pequeño que en el caso del circuito de onda completa para la misma salida.

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Se utiliza un transformador sin toma central y cada diodo sólo soporta, en el ciclo inverso, la tensión del transformador.

El circuito en puente se puede emplear, por tanto, en aplicaciones para alta tensión.

1B. Conectamos el primario del transformador a 120VCA de la red monofasica existente en el laboratorio; medimos el voltaje eficaz en el secunadrio del transformador y con este valor de voltaje medido realizamos y detallamos los CALCULOS según lo vimos en teoria.

Vef= 12,30 V (medido en el secundario, sirve para realizar los cálculos)

CÁLCULOS:

Vp= Vef0.707

=12 ,30V0.707

=17,39V

Vmá x=Vp−1.2=17,39V−1.2V=16,19V

Vmed=V RC=Vmá x ∙0.636=16,19V ∙0.636=10 ,30V

Vmá x . inv .=17,39V

IRC=VmedRc

=10 ,30V1k Ω

=10 ,30mA

ID=I RC2

=10 ,30mA2

=5 .15mA

2B. Una vez realizados los cálculos, procedemos a ARMAR el circuito de la figura.

3B. Utilizar el osciloscopio para visualizar las ondas correspondientes: GRAFICAR exactamente la forma de onda obtenida en el SECUNDARIO del transformador y sobre la RC. En cada onda ACOTAR los valores observados. (tener en cuenta las escalas en tiempo y amplitud que se emplean en el osciloscopio).

SECUNDARIO :

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ESCALAS PARA LA MEDICIÓN EN EL SECUNDARIO:

X: 5ms/DIV (tiempo)Y: 5V/DIV (voltaje)

SOBRE LA RC:

ESCALAS PARA LA MEDICIÓN EN RC:

X: 2ms/DIV (tiempo)Y: 5V/DIV (voltaje)

4B. MEDIR el Voltaje Medio sobre la RC (con un voltímetro CC en paralelo a RC) y la IRC (con un amperímetro CC en serie a la RC).

VRC = 10,12 V

IRC = 10,70 mA

9. ANALISIS DE RESULTADOS

Con los datos obtenidos en los puntos anteriores LLENAR el siguiente cuadro comparativo de resumen, ANALIZAR y EXPLICAR las diferencias en caso de haberlas. *(El periodo T y la frecuencia F, se obtendrán con relación a la onda en RC, mida el T en el grafico de RC y calcule F = 1/T).

Resultados obtenidos en el LABORATORIO (punto 3B, 4B)

Resultados obtenidos en el CALCULO (punto 1B)

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Vef = 12,30 V (medido en el secundario) Vef = 12,30 V (medido en el secundario) Vp = 18 V Vp = 17,39 V

Vmax= 16 V Vmax= 16,19 VT = 8,28 ms (en la onda RC)* F = 120 Hz (en la onda RC)

F =(1/T)= 120,77 Hz (en la onda RC)* T = 8.33 ms (en la onda RC)VRC= 10,12 V (valor medio) VRC= 10,30 V (valor medio)

IRC = 10,70 mA IRC = 10,30 mAID = 5,35 mA ID = 5,15 mA

Como se observa existe una ligera variación en los resultados calculados y medidos en el laboratorio, pero que no son de consideración. Esto se debe a los errores que se producen en la medición en el laboratorio, ya que los voltajes no son constantes en el transformador debido a que en la red el voltaje está variando constantemente.

El período no se puede medir ni apreciar con precisión, ya que se realiza una visualización en la pantalla del osciloscopio, y por tanto se puede tomar valores con un pequeño error ya que nuestra vista lo que puede diferenciar será hasta una décima de medida.

10. CONCLUSIONES

Se logró rectificar la corriente alterna a continua, por medio de un puente de Graetz o cuatro diodos, con esto nos damos cuenta que podemos rectificar completamente la corriente con ayuda de este tipo de puente, logrando una mejor utilización, aunque no sea aplicable aún a instrumentos que requieren una corriente pura o estable, por ello es necesario filtrar esta corriente pulsante mediante un condensador como ya lo veremos más adelante.

Como se observa en los respectivos gráficos, las ondas obtienen diferente forma ya sea para el secundario del transformador como para la resistencia RC, esto se debe a que el puente toma tanto el lado positivo (D1 y D3) como el lado negativo (D2 y D4) de la onda del secundario del transformador.

Por estética se recomienda utilizar un puente de Graetz ya fabricado, porque se puede compactar los circuitos y trabajar con comodidad, a la vez que brinda una mejor apariencia y la electrónica también busca reducir los tamaños de los circuitos.

Los valores obtenidos en las mediciones y cálculos difieren en lo mínimo, debido a los distintos valores que puede tomar el secundario del transformador de la red de energía eléctrica ya que el voltaje varía constantemente.

11. BIBLIOGRAFIA Y DIRECCIONES ELECTRONICAS VERIFICABLES.

http://apuntes.rincondelvago.com/fuente-de-alimentacion-con-circuito-integrado.html . http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador_de_onda_completa . Clases_Electrónica_08.PDF. Antonio Bosnjak Seminario.

12. ANEXO: Simulación en EWB, presentar para cada tipo de rectificación:

El circuito dibujado en el simulador. La forma de onda sobre RC. La forma de onda alterna de entrada (puede optar por no usar transformador sino

directamente una fuente de CA del valor requerido).

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Medir el voltaje y la corriente.

CIRCUITO RECTIFICACION MEDIA ONDA

Forma de onda en el terminal secundario del transformador - Medición de voltaje y corriente

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Forma de onda en resistencia RC - Medición de voltaje y corriente

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CIRCUITO RECTIFICACION ONDA COMPLETA

Forma de onda en el terminal secundario del transformador - Medición de voltaje y corriente

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Forma de onda en resistencia RC - Medición de voltaje y corriente

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