Informe Circuito cargador de celular

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  • 8/16/2019 Informe Circuito cargador de celular

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    CIRCUITOS ELECTRONICOS

    UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL

    FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA E INFORMATICA

    ING MECATRONICA

    INFORME DEL CIRCUITO CARGADOR DE BATERIA DE CELULAR 

    CURSO:

    CIRCUITOS ELECTRONICOS

    TEMA:

    ANALISIS DE CIRCUITO CARGADOR DE BATERIA DE CELULAR

    PROFESOR:

    ING.SORIANO

    ALUMNO:

    CAMACHO PEREZ JORGE LEONARDO

    CICLO:

    7°CICLO

    2016

    INTRODUCCION:

    CIRCUITOS ELECTRONICOS

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    Fu!"# $ %&'(!"%)'*!

    C+(,+!!"# $ u!% -u!" $ %&'(!"%)'*!:

    La función de una fuente de alimentación es convertir la tensión alterna en una tensión continua y lo másestable posible, para ello se usan los siguientes componentes: 1.- Transformador de entrada; 2.-

    ectificador a diodos; !.- "iltro para el ri#ado; $.- egulador %o estabili#ador& lineal. 'ste (ltimo no esimprescindible.

    Transformador de entrada:

    'l trasformador de entrada reduce la tensión de red %generalmente 22) o 12) *& a otra tensión más

    adecuada para ser tratada. +olo es capa# de trabaar con corrientes alternas. 'sto uiere decir ue la

    tensión de entrada será alterna y la de salida tambin.

    /onsta de dos arrollamientos sobre un mismo n(cleo de 0ierro, ambos arrollamientos, primario y

    secundario, son completamente independientes y la energa elctrica se transmite del primario al

    secundario en forma de energa magntica a travs del n(cleo. 'l esuema de un transformador 

    simplificado es el siguiente:

    La corriente ue circula por el arrollamiento primario %el cual está conectado a la red& genera una

    circulación de corriente magntica por el n(cleo del transformador. 'sta corriente magntica será más

    fuerte cuantas más espiras %vueltas& tenga el arroyamiento primario. +i acercas un imán a untransformador en funcionamiento notarás ue el imán vibra, esto es debido a ue la corriente magntica

    del n(cleo es alterna, igual ue la corriente por los arrollamientos del transformador.

    'n el arroyamiento secundario ocurre el proceso inverso, la corriente magntica ue circula por el n(cleo

    genera una tensión ue será tanto mayor cuanto mayor sea el n(mero de espiras del secundario y cuanto

    mayor sea la corriente magntica ue circula por el n(cleo %la cual depende del n(mero de espiras del

    primario&.

    or lo tanto, la tensión de salida depende de la tensión de entrada y del n(mero de espiras de primario y

    secundario. /omo fórmula general se dice ue:

    *1 3 *2 4 %51652&

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    7onde 51 y 52 son el n(mero de espiras del primario y el del secundario respectivamente.

     8s por eemplo podemos tener un transformador con una relación de transformación de 22)* a 12*, no

    podemos saber cuántas espiras tiene el primario y cuantas el secundario pero si podemos conocer su

    relación de espiras:

    51652 3 *16*2

    51652 3 22)612 3 19,!!

    'ste dato es (til si ueremos saber ue tensión nos dará este mismo transformador si lo conectamos a

    12)* en lugar de 22)*, la tensión *2 ue dará a 12)* será:

    12) 3 *2 4 19,!!

    *2 3 12)619,!! 3 , *

    or el primario y el secundario pasan corrientes distintas, la relación de corrientes tambin depende de la

    relación de espiras pero al revs, de la siguiente forma:

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    'l rectificador se conecta despus del transformador, por lo tanto le entra tensión alterna y tendrá uesacar tensión continua, es decir, un polo positivo y otro negativo:

    La tensión *i es alterna y senoidal, esto uiere decir ue a veces es positiva y otras negativa. 'n unosciloscopio veramos esto:

    La tensión má=ima a la ue llega *i se le llama tensión de pico y en la gráfica figura como *ma=. la tensiónde pico no es lo mismo ue la tensión efica# pero estan relacionadas, or eemplo, si compramos untransformador de voltios son voltios eficaces, estamos 0ablando de *i. ero la tensión de pico *ma=vendrá dada por la ecuación:

    *ma= 3 *i 4 1,$1$2

    *ma= 3 4 1,$1$2 3 9,$9 *

    ectificador a un diodo

    'l rectificador mas sencillo es el ue utili#a solamente un diodo, su esuema es este:

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    /uando *i sea positiva la tensión del ánodo será mayor ue la del cátodo, por lo ue el diodo conducirá:en *o veremos lo mismo ue en *i

    @ientras ue cuando *i sea negativa la tensión del ánodo será menor ue la del cátodo y el diodo nopodrá conducir, la tensión *o será cero.

    +eg(n lo ue acabamos de decir la tensión *o tendrá esta forma:

    /omo puedes comprobar la tensión ue obtenemos con este rectificador no se parece muc0o a la de unabatera, pero una cosa es cierta, 0emos conseguido rectificar la tensión de entrada ya ue *o es siempre

    positiva. 8unue posteriormente podamos filtrar esta seAal y conseguir meor calidad este esuema no sesuele usar demasiado.

    ectificador en puente

    'l rectificador mas usado es el llamado rectificador en puente, su esuema es el siguiente:

    /uando *i es positiva los diodos 72 y 7! conducen, siendo la salida *o igual ue la entrada *i

    /uando *i es negativa los diodos 71 y 7$ conducen, de tal forma ue se invierte la tensión de entrada *i0aciendo ue la salida vuelva a ser positiva.

    'l resultado es el siguiente:

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    *emos en la figura ue todava no 0emos conseguido una tensión de salida demasiado estable, por ello,será necesario filtrarla despus.

    's tan com(n usar este tipo de rectificadores ue se venden ya preparados los cuatro diodos en un solocomponente. +uele ser recomendable usar estos puentes rectificadores, ocupan menos ue poner loscuatro diodos y para corrientes grandes vienen ya preparados para ser montados en un radiador. 'ste esel aspecto de la mayora de ellos:

    Tienen cuatro terminales, dos para la entrada en alterna del transformador, uno la salida positiva y otro lanegativa o masa. Las marcas en el encapsulado suelen ser:

    B ara las entradas en alterna

    C ara la salida positiva

    - ara la salida negativa o masa.

    ectificador a dos diodos

    La forma de la onda de salida es idntica a la del rectificador en puente, sin embargo este rectificador precisa de un transformador con toma media en el secundario. ?n transformador de este tipo tiene unacone=ión suplementaria en la mitad del arrollamiento secundario:

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    5ormalmente se suele tomar como referencia o masa la toma intermedia, de esta forma se obtienen dosseAales senoidales en oposición de fase. dos seAales de este tipo tienen la siguiente forma:

    'l esuema del rectificador con dos diodos es el siguiente:

    Tal y como son las tensiones en 8 y en D nunca podrán conducir ambos diodos a la ve#. /uando 8 seapositiva %D negativa& el ánodo de 71 estará a mayor tensión ue su cátodo, provocando ue 71 condu#ca./uando D sea positiva %8 negativa& el ánodo de 72 estará a mayor tensión ue su cátodo, provocando ue72 condu#ca. Ebtenindose la misma forma de *o ue con el puente rectificador:

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    La ventaa de este montae es ue solo utili#a dos diodos y solo conduce uno cada ve#.

    /ada de tensión en los diodos:

    /uando 0ablábamos de los diodos decamos ue eran como interruptores ue se abren y se cierran seg(nla tensión de sus terminales. 'sto no es del todo correcto, cuando un diodo está cerrado tiene una cadade tensión de entre ),F voltios y 1 voltio, dependiendo de la corriente ue este conduciendo esta cadapuede ser mayor.

    'sto uiere decir ue por cada diodo ue este conduciendo en un momento determinado se GpierdeG unvoltio apro=imadamente.

    'n el rectificador de un diodo conduce solamente un diodo a la ve#, por lo tanto la tensión de pico *ma= dela salida será un voltio inferior a la de la *ma= de entrada. or eemplo: supón ue tienes un transformador de * y uieres saber la tensión de pico ue te ueda cuando le pones un rectificador de un diodo, latensión de salida de pico *ma= será la siguiente:

    *ma= 3 4 1.$1$2 - 1 3 F, *

    'n el rectificador en puente conducen siempre dos diodos a la ve#, se dice ue conducen dos a dos, por lotanto la tensión de pico de la salida *ma= será dos voltios inferior a la *ma= de entrada. or eemplo:supón el mismo transformador de voltios y uieres saber la tensión de pico ue te ueda al ponerle unrectificador en puente, la tensión de salida de pico *ma= será la siguiente:

    *ma= 3 4 1.$1$2 - 2 3 , *

    Hui#ás te e=traAe ue el rectificador en puente sea el mas usado pese a ue GpierdeG mas voltios. ero tenen cuenta ue la forma de onda del rectificador con un diodo y el rectificador en puente no son iguales y alfinal acaba rindiendo muc0o meor el puente de diodos.

    E& -'&"+:

    La tensión en la carga ue se obtiene de un rectificador es en forma de pulsos. 'n un ciclo de salidacompleto, la tensión en la carga aunmenta de cero a un valor de pico, para caer despues de nuevo a cero.'sta no es la clase de tensión continua ue precisan la mayor parte de circuitos electrónicos. Lo ue senecesita es una tensión constante, similar a la ue produce una batera. ara obtener este tipo de tensiónrectificada en la carga es necesario emplear un filtro.

    'l tipo mas com(n de filtro es el del condensador a la entrada, en la mayora de los casos perfectamenteválido. +in embargo en algunos casos puede no ser suficiente y tendremos ue ec0ar mano de algunoscomponentes adicionales.

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    "iltro con condensador a la entrada:

    'ste es el filtro mas com(n y seguro ue lo conocerás, basta con aAadir un condensador en paralelo con lacarga %L&, de esta forma:

    Todo lo ue digamos en este apartado será aplicable tambin en el caso de usar el filtro en un rectificador en puente.

    /uando el diodo conduce el condensador se carga a la tensión de pico *ma=. ?na ve# rebasado el picopositivo el condensador se abre. Ior uJ debido a ue el condensador tiene una tensión *ma= entresus e=tremos, como la tensión en el secundario del transformador es un poco menor ue *ma= el cátododel diodo está a mas tensión ue el ánodo. /on el diodo a0ora abierto el condensador se descarga atravs de la carga. 7urante este tiempo ue el diodo no conduce el condensador tiene ue Gmantener eltipoG y 0acer ue la tensión en la carga no bae de *ma=. 'sto es prácticamente imposible ya ue aldescargarse un condensador se reduce la tensión en sus e=tremos.

    /uando la tensión de la fuente alcan#a de nuevo su pico el diodo conduce brevemente recargando elcondensador a la tensión de pico. 'n otras palabras, la tensión del condensador es apro=imadamente iguala la tensión de pico del secundario del transformador %0ay ue tener en cuenta la cada en el diodo&. Latensión *o uedará de la siguiente forma:

    La tensión en la carga es a0ora casi una tensión ideal. +olo nos ueda un peueAo ri#ado originado por la

    carga y descarga del condensador. ara reducir este ri#ado podemos optar por construir un rectificador enpuente: el condensador se cargara el doble de veces en el mismo intervalo teniendo as menos tiempopara descargarse, en consecuencia el ri#ado es menor y la tensión de salida es mas cercana a *ma=.

    Etra forma de reducir el ri#ado es poner un condensador mayor, pero siempre tenemos ue tener cuidadoen no pasarnos ya ue un condensador demasiado grande origina problemas de conducción de corrientepor el diodo y, por lo tanto, en el secundario del transformador %la corriente ue conduce el diodo es lamisma ue conduce el transformador&.

    'fecto del condensador en la conducción del diodo:

    /omo venimos diciendo 0asta a0ora, el diodo solo conduce cuando el condensador se carga. /uando elcondensador se carga aumenta la tensión en la salida, y cuando se descarga disminuye, por ello podemos

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    distinguir perfectamente en el gráfico cuando el diodo conduce y cuando no. 'n la siguiente figura se 0arepresentado la corriente ue circula por el diodo, ue es la misma ue circula por el transformador:

    La corriente por el diodo es a pulsos, au mostrados como rectángulos para simplificar. Los pulsos tienenue aportar suficiente carga al condensador para ue pueda mantener la corriente de salida constantedurante la no conducción del diodo. 'sto uiere decir ue el diodo tiene ue conducir Gde ve#G todo lo ueno puede conducir durante el resto del ciclo. 's muy normal, entonces, ue tengamos una fuente de 1

     8mperio y esos pulsos lleguen 0asta 1) 8mperios o más. 'sto no uiere decir ue tengamos ue poner undiodo de 1) amperios, ?n 15$))1 aguanta 1 amperio de corriente media y pulsos de 0asta !) amperios.

    +i ponemos un condensador mayor reducimos el ri#ado, pero al 0acer esto tambin reducimos el tiempode conducción del diodo, /omo la corriente media ue pasa por los diodos será la misma %e igual a lacorriente de carga& los pulsos de corriente se 0acen mayores:

    K esto no solo afecta al diodo, al transformador tambin, ya ue a medida ue los pulsos de corriente se0acen mas estrec0os %y mas altos a su ve#& la corriente efica# aumenta. +i nos pasamos con elcondensador podramos encontrarnos con ue tenemos un transformador de ), 8 y no podemossuministrar mas de ),2 8 a la carga %por poner un eemplo&.

    *alores recomendables para el condensador en un '/T

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    *ma=: tensión de pico de salida del puente %apro=imadamente *o&

    +i se uiere conseguir un ri#ado del F> puedes multiplicar el resultado anterior por 1,$, y si uieres unri#ado menor resulta mas recomendable ue uses otro tipo de filtro o pongas un estabili#ador.

    'emplo práctico:

    +e desea diseAar una fuente de alimentación para un circuito ue consume 1) m8 a 12*. 'l ri#adodeberá ser inferior al 1)>. ara ello se dispone de un transformador de 1) * y 2, *8 y de un rectificador en puente. 'legir el valor del /ondensador:

    1.- /alculamos la corriente ue es capa# de suministrar el transformador para determinar si será suficiente,esta corriente tendrá ue ser superior a la corriente ue consume el circuito ue vamos a alimentar 

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    La figura muestra dos filtros / entre el condensador de entrada y la resistencia de carga. 'l ri#adoaparece en las resistencias en serie en lugar de 0acerlo en la carga. ?nos buenos valores para lasresistencias y los condensadores seran:

    3 ,9 E

    / 3 1))) M"

    /on estos valores cada sección aten(a el ri#ado en un factor de 1), puedes poner una, dos, tressecciones. 5o creo ue necesites mas.

    La desventaa principal del filtro / es la prdida de tensión en cada resistencia. 'sto uiere decir ue elfiltro / es adecuado solamente para cargas peueAas. 's muy (til cuando tienes un circuito digitalcontrolando rels, en ocasiones estos rels crean ruidos en la alimentación provocando el malfuncionamiento del circuito digital, con una sección de este filtro para la alimentación digital uedasolucionado el problema.

    La cada de tensión en cada resistencia viene dada por la ley de E0m:

    * 3 < 4

    donde < es la corriente de salida de la fuente y la resistencia en serie con la carga.

    "iltro L/:

    /uando la corriente por la carga es grande, los filtros L/ de la figura presentan una meora con respecto alos filtros /. 7e nuevo, la idea es 0acer ue el ri#ado apare#ca en los componentes en serie, las bobinasen este caso. 8demás, la cada de tensión continua en las bobinas es es muc0o menos porue solointervienen la resistencia de los arrollamientos.

    Los condensadores pueden ser de 1))) M" y las bobinas cuanto mas grandes meor. 5ormalmente estas(ltimas suelen ocupar casi tanto como el transformador y, de 0ec0o, parecen transformadores, menos mal

    ue con una sola sección ya podemos reducir el ri#ado 0asta niveles basimos.

    E& /u&%$+:

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    ?n regulador o estabili#ador es un circuito ue se encarga de reducir el ri#ado y de proporcionar unatensión de salida de la tensión e=acta ue ueramos. 'n esta sección nos centraremos en los reguladoresintegrados de tres terminales ue son los mas sencillos y baratos ue 0ay, en la mayora de los casos sonla meor opción.

    'ste es el esuema de una fuente de alimentación regulada con uno de estos reguladores:

    +i 0as seguido las e=plicaciones 0asta a0ora no te costará trabao distinguir el transformador, el puente

    rectificador y el filtro con condensador a la entrada. +uele ser muy normal austar el condensador seg(n laregla del 1)>

    's muy corriente encontrarse con reguladores ue reducen el ri#ado en 1)))) veces %9) dD&, estosignifica ue si usas la regla del 1)> el ri#ado de salida será del ).))1>, es decir, inapreciable.

    Las ideas básicas de funcionamiento de un regulador de este tipo son:

    . La tensión entre los terminales *out y N57 es de un valor fio, no variable, ue dependerá del modelo deregulador ue se utilice.

    . La corriente ue entra o sale por el terminal N57 es prácticamente nula y no se tiene en cuenta paraanali#ar el circuito de forma apro=imada. "unciona simplemente como referencia para el regulador.

    . La tensión de entrada *in deberá ser siempre unos 2 o ! * superior a la de *out para asegurarnos elcorrecto funcionamiento.

    eguladores de la serie F9OO:

    'ste es el aspecto de un regulador de la serie F9OO. +u caracterstica principal es ue la tensión entre losterminales *out y N57 es de OO voltios y una corriente má=ima de 18. or eemplo: el F9) es de *, elF912 es de 12*... y todos con una corriente má=ima de 1 8mperio. +e suelen usar como reguladores fios.

    '=isten reguladores de esta serie para las siguientes tensiones: , , 9, P, 1), 12, 1, 19 y 2$ voltios. +eponen siguiendo las indicaciones de la página anterior y ya esta, obtenemos una *out de OO *oltios y sinri#ado.

    's posible ue tengas ue montar el regulador sobre un radiador para ue disipe bien el calor, pero de esoya nos ocuparemos mas adelante.

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    egulador austable L@!1F:

    'ste regulador de tensión proporciona una tensión de salida variable sin más ue aAadir una resistencia y

    un potenciómetro. +e puede usar el mismo esuema para un regulador de la serie F9OO pero el L@!1Ftiene meores caractersticas elctricas. 'l aspecto es el mismo ue los anteriores, pero este soporta 1,8.el esuema a seguir es el siguiente:

    'n este regulador, como es austable, al terminal N57 se le llama 87Q, es lo mismo.

    La tensión entre los terminales *out y 87Q es de 1,2 voltios, por lo tanto podemos calcular inmediatamente la corriente

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    Ebservando la fórmula obtenida se pueden sacar algunas conclusiones: cuando austes el potenciómetroal valor mnimo %2 3 )E& la tensión de salida será de 1,2 *. /uando vayas aumentando el valor delpotenciómetro la tensión en la salida irá aumentando 0asta ue llegue al valor má=imo del potenciómetro.

    or lo tanto ya sabemos ue podemos austar la salida desde 1,2 en adelante. 'n realidad el fabricantenos avisa ue no pasemos de !)*.

    /álculo de 1 y 2:

    Los valores de 1 y 2 dependerán de la tensión de salida má=ima ue ueramos obtener. /omo solodisponemos de una ecuación para calcular las 2 resistencias tendremos ue dar un valor a una de ellas ycalcularemos la otra.

    Lo más recomendable es dar un valor de 2$)E a 1 y despear de la (ltima ecuación el valor de 2 %elpotenciómetro&. La ecuación ueda de la siguiente manera:

    2 3 %*out - 1,2& 4 %161,2&

    or eemplo:

    Hueremos diseAar una fuente de alimentación variable de 1,2 a 12v. onemos ue 1 3 2$)E. +olotenemos ue aplicar la (ltima fórmula con *out 3 12 y obtenemos 2:

    2 3 %12 - 1,2& 4 %2$) 6 1,2& 3 2)$ E

    'l valor mas pró=imo es el de 2 RE, ya tendramos diseAada la fuente de alimentación con unpotenciómetro 2 de 2 RE y una resistencia 1 de 2$) E.

    'n teora podemos dar cualuier valor a 1 pero son preferibles valores entre 1))E y !!)E.

    'emplo 1:

    Tenemos una fuente de alimentación variable desde 1,2v a 1v y ),8 con un L@!1F. /omo la tensiónmá=ima de salida son 1v, la tensión de entrada al regulador tendrá ue ser de 19v mas o menos. *amos

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    a calcular la potencia ue disipa el regulador cuando austamos la fuente a 1v, $v y 2v 'n todos los casosla corriente de salida será ),8.

    a 1v la cada de tensión en el regulador será de 19 - 1 3 !*, la corriente es ), 8 luego:

    7 3 ! 4 ), 3 1, S

    a $v la cada de tensión en el regulador será de 19 - $ 3 1$v, la corriente es ),8 luego:

    7 3 1$ 4 ), 3 F S

    a 2v la cada de tensión en el regulador será de 19 - 2 3 1v, la corriente es ),8 luego:

    7 3 1 4 ), 3 9 S

    "ate ue 0emos 0ec0o los cálculos para el meor de los casos en el ue nos 0emos preocupado de uela tensión de entrada al regulador no sea más de la necesaria, aun as tenemos ue poner un radiador ue

    pueda disipar poco más de 9S. 's un radiador bastante grande para una fuente de medio amperio nadamás. 'ste es un problema ue surge cuando ueremos diseAar una fuente con un alto rango de tensionesde salida. rueba a 0acer el cálculo para una fuente variable 0asta !)v y 18, salen mas de !) S.

    'emplo 2:

    Hueremos una fuente fia con una salida de * y ).8, vamos a calcular la potencia ue se disipa en elregulador usando un transformador de F voltios y otro de 12 voltios.

    para el transformador de F voltios: La *ma= de salida del transformador será F 4 1,$1$2 3 P,Pvdescontando la cada en los diodos del puente serán F,Pv a la entrada del regulador. /omo la salida es de

    v la potencia disipada 7 será:

    7 3 %F,P - & 4 ), 3 1,$ S

    para el transformador de 12 voltios: La *ma= de salida del transformador será 12 4 1,$1$2 3 1,Pvdescontando la cada en los diodos del puente serán 1$,Pv a la entrada del regulador. /omo la salida esde v la potencia disipada 7 será:

    7 3 %1$,P - & 4 ), 3 $,P S

    /on los dos transformadores estaramos consiguiendo una salida de v y ), 8, sin embargo, con el de

    12* nos 0ara falta poner un radiador en el regulador ue nos podramos 0aber a0orrado comprando untransformador de F*.

    OBJETIVOS:

    @ediante este trabao, tenemos el obetivo de anali#ar los diferentes tipos de comportamientos de losdispositivos ue en su conunto, ayudan a reali#ar el correcto funcionamiento del circuito del cargador decelular, estos datos son anali#ados con los instrumentos respectivos como el multmetro.

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    PROCESO EPERIMENTAL:

    Diagrama del cargador de celular

    • 'n el proceso e=perimental ue se generó podemos observar ue el circuito electrónico mostrado

    en la figura está compuesta de diversos componentes, ue a la ve# son funcionales, el primer pasóue reali#amos para las mediciones mostradas del circuito, fue calcular el valor las impedancias delos diodos ue conforman el bridge diodeU en un circuito sin alimentar.

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    D'+$+# M$')'*! 1 M$')'*! 2 M$')'*! I!"!#'$%$

    D1 22 V )F V 2P V 2. m8

    D2 22 V 1) V 21 V 2.$ m8

    D )2 V 9P V 21 V 2.$ m8

    D 2) V )P V 2P V 2. m8

     

    • ?na ve# ya reali#ada la medición del circuito sin suministrar energa elctrica, procedemos a

    desoldar los componentes de los diodos ue conforman el Dridge diode, para reali#ar la respectiva

    medición de la corriente y as calcular la má=ima carga ue el circuito puede ofrecer como

    alimentación.

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    • ?na ve# ya conectado en serie los terminales de los diodos con el multmetro se procede a verificar

    los datos ue nos proporciona con respecto a la intensidad de corriente %m8&.

    M$')'*! 1 M$')'*! 2 M$')'*!

    D'+$+ Z! 1 29 W 29 W 2.$ m8

    D'+$+ Z! 2 9)F W 9)1 W 2. m8

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    CONCLUSIONES

    ?na ve# reali#adas las diferentes pruebas %medición& pudimos notar el comportamiento individual de

    cada componente ue en su conunto facilitan la funcionalidad del circuito, tambin aprendimos los

    conceptos teóricos de cada uno de los componentes para as comprender el circuito. 

    BIBLIOGRAFIA:

    3"",#:44#.5'',$'%.+/45''4Fu!"$%&'(!"%)'8C8B!

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