LAB01_ RECTIFICADORES

8/11/2019 LAB01_ RECTIFICADORES

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ELECTRONICA II Ing. Luis Ariel Mesa M. Pgina 2

Rect if icador de o nda co mpleta: Este circuitogenera una seal c.c. con todos los semiciclosde la seal, invirtiendo todos los semiciclos auna misma polaridad.

Rect i f icador de onda completa contransformador de tap centra l , es aquel cuyodevanado secundario est dividido en dos para

disponer as de dos voltajes secundarios. Rect if icador de onda co mpleta con pu ente

de diodos, este circuito utiliza 4 diodos enconfiguracin de puente para la rectificacin deonda completa. El anlisis se realiza porseparado para cada semiciclo de la seal deentrada.

Caracterstic a Tensin -Corrien te: Cuando elvoltaje est por encima de 0V, la corriente quecircula es muy pequea, hasta que no se alcanza latensin de barrera ( ). El paso de conduccin acorte no es instantneo: a partir de la resistenciaque ofrece el componente al paso de la corriente

disminuye progresivamente, hasta quedar limitadasolo por las resistencias internas de las zonas P yN. La intensidad que circula por la unin aumentarpidamente. En el caso de los diodos de silicio, se sita en torno a 0,7 V. Cuando se polariza contensiones menores de 0V, la corriente es muchomenor que la que se obtiene para los mismosniveles de tensin que en directa, hasta llegar a laruptura, en la que de nuevo aumenta.

Caracterist ica V-I de un dio do d e unin PN.

. PROCEDIMIENTO

4.1 Rectificadores

En las figuras siguientes se pueden observaralgunos tipos de rectificadores, los cuales han deser implementados para la prctica. El valor de laresistencia con la que se va a trabajarcorresponde 700, para el caso Comercial seutiliza una resistencia de 680.

La frecuencia de trabajo corresponde a 150 Hz.La amplitud debe ser de 10V excepto para elrectificador tipo tap central.

Antes de realizar los montajes, consultar lascaractersticas que deben tener cada uno de loselementos que se van a utilizar.

FIGURA O1: Circuito Rectificador de Media Onda

FIGURA O2: Rectificador de onda completa conderivacin central.

FIGURA O3: Rectificador de onda completa tipopuente (Puente de Graetz).

Para este laboratorio implementan el rectificador demedia onda con una seal sinusoidal de entrada yel rectificador de onda completa tipo puente conuna seal triangular.

R1700

0

D1

D1N4007

V1

FREQ = 150 Hz

VAMPL = 10 V

VOFF = 0

V1

FREQ = 150

VAMPL = 10

VOFF = 0

D1D1N4007

R1

700

D2

D1N4007

V2

FREQ = 150

VAMPL = 10

VOFF = 00

V1

FREQ = 150

VAMPL = 10

VOFF = 0

D1

D1N4007

D3

D1N4007

D2

D1N4007

D4

D1N4007

R1700

0


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Para el informe:

i. Analice cada circuito y determine(analticamente) el valor promedio, rmsy pico del voltaje a la entrada delrectificador y el entregado por el

rectificador a la carga.

SEMICICLO (+)

Se toma el valor mximo de amplitud de

SEMICICLO (-)

SEMICICLO (+)

SEMICICLO (-)


ii. Realice una simulacin de cada uno de losrectificadores empleando las sealesestipuladas para cada grupo.

iii. Obtenga con el osciloscopio el valorpromedio, rms y pico del voltaje sobre laentrada y sobre la carga y compare con losobtenidos analticamente incluyendoestos en una tabla.

ANEXO 01: Parametros de rendimientoMedia Onda.

GRAFICA 01: En esta imagen s e presentan los datos

que se le ingresan al rect i f icador de media Onda.

GRAFICA 02: En esta imagen se observan los datos

que se le ingresa a la entrada del rect i f icador de

media Onda.

R1700

0

D1

D1N4007

V1

FREQ = 150 Hz

VAMPL = 10 V

VOFF = 0

R1700

0

D1

D1N4007V1

FREQ = 150 Hz

VAMPL = 10 V

VOFF = 0


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iv. Determine y mida la potencia de disipacinen la resistencia.

v. Determine y mida la corriente que pasa poruno de los diodos en cada montaje.

Cto. Correspondiente:

vi. Determine y obtenga en el osciloscopio, lasformas de onda de voltaje en el diodo(acople DC) y obtenga la diferencia entre elvoltaje de pico inverso que soporta el diodoy el voltaje inverso mximo que soporta encada uno de los montajes.

vii. Determine y mida el Angulo (desfaseocasionado en la salida por el efecto deldiodo). (nicamente para el rectificadorde media onda.)

4.2 Rectificadores con transformador

Implemente los rectificadores de onda completa(puente de graetz y tipo tap central) ahora con untrasformador conectado a la red elctricagarantizando una corriente de salida superior a 1A. Dimensione adecuadamente cada uno de losdispositivos, determinando la potencia pico y lapotencia promedio entregada a la carga.

4.3 Rectificadores con filtro

Rectificador de onda completa en puente. Usandoun puente rectificador integrado, con unaresistencia de carga de 120 (determinar lapotencia de la misma), variar el valor delcondensador de filtro en la salida en 0, 220F,2200F, respectivamente.

D1

D1N4007

V1

FREQ = 150

VAMPL = 10

R1

700

0

R.SHUNT

1V-V+

Time

0s 4ms 8ms 12ms 16ms 20ms

Valor Voltaje que pasa a traves de laresistencia de Shunt

-10mV

0V

10mV

20mV13.209m


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5. ANALISIS DE RESULTADOS5.1 Rectificadores

I. Con la informacin suministrada por losfabricantes, realice una tabla con lascaractersticas tcnicas ms importantesde cada uno de los diodos utilizados paralos montajes (IDmax, Von, Potenciamxima, frecuencia de operacin, rango detemperatura de operacin, etc.).

PARAMETRO UNITSCLASES DIODOS

1N4001 1N4004 1N4007

IDmax A 1

Von a 1A V 1,1

Pmax W 3,0

VRRM V 50 400 1000

Temperatura C -55 a 175

Encapsulado DO-41

TABLA 01: Datos caractersticos de los diodosutilizados para el desarrollo de esta prctica.Fuente:Datasheet FAIRCHILD SEMICONDUCTOR.

GRAFICA 01: Frecuencia de operacin

II. Realice las formas de onda de entrada ysalida. Analice cada circuito determinandoel valor promedio, rms y pico del voltaje ala entrada del rectificador y el entregadopor el rectificador a la carga.

SEMICICLO (+)


SEMICICLO (-)

SEMICICLO (+)

SEMICICLO (-)


III. Simulacin de los rectificadores de mediaonda.

POLARIZACION DIRECTA

POLARIZACION INVERSA

R11k

0

D1

D1N4007

V1TD = 1n

TF = 7.46mPW = 1nPER = 14.92m

V1 = 7

TR = 7.46m

V2 = -7

V

R11k

0

D1

D1N4007V1

TD = 1n

TF = 7.46mPW = 1nPER = 14.92m

V1 = 7

TR = 7.46m

V2 = -7V

Tiempo (ms)0 4 12 20 28 36

SE ALENTRADA

SE AL SALIDARECTIFICADA

-8V

-4V

0V

4V

8V6.99

6.30

ms)Tiempo (ms)0 4 12 20 28 36

SEALENTRADA

SE AL SALIDARECTIFICADA

-8V

-4V

0V

4V

8V

-6.3-6.94


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Dependiendo de la polarizacin en la que seencuentre el diodo este va a permitir el pasode corriente y as entrara en conduccin.

IV. TABLA 02: Datos Obtenidos con elosciloscopio, anlisis terico y por medio

de las simulaciones.OSCILOSCOPIO ANALITICO SIMULACIONIN OUT IN OUT IN OUT

14.2 6.64 14 6.3 13.9 6.30

4.15 2.04 4.94 2.22 4.11 2.39

0.36 1.5 0 1.4 0.26 1.37

No se presenta gran variacin en los datos.

V. Obtenga analticamente las curvas detransferencia.

La curva de transferencia muestra la relacinentre una seal de entrada y una seal desalida. El anlisis del circuito ideal arrojo elsiguiente resultado:

VI. Con el osciloscopio en acople DC

GRAFICA 02: Acople DC: En este modo se ve lacomponente continua y la componente alterna.

VII. Con el osciloscopio en acople AC

GRAFICA 03: Acople AC: En este modo slo se vela componente alterna de la seal. El osciloscopiointroduce un condensador que bloquea lacomponente continua y en consecuencia slo sevisualiza la componente alterna.

ACOPLE DC ACOPLE AC

IN OUT IN OUT

14.2 V 6.56 V 14.1 V 6.4 V

4.15 V 2.57 V 4.11V 3 V

0.36 1.5 V 0.16 V 1.6 V

TABLA 03: Valores de voltaje con el osciloscopioacoplado en DC y AC.

VIII. Determine y mida la potencia de disipacinen la resistencia.

OSCILOSCOPIO

CARGA

2.04 V

1.62 mA

2.88 V 2.29 mA

6.59mW

TABLA 04: La potencia disipada en la carga esde 6,6mW.

IX. Determine analticamente la forma de ondade la corriente que pasa por los diodos enlos montajes: Revisar Anexos

Onda de entrada:Onda triangular.

GRAFICA 05: Visualizacin de la curvacaracterstica del diodo, onda de entrada triangularen modo XY invertida.

GRAFICA 06: Utilizando una resistencia shuntse obtiene la forma de onda de la corriente enel diodo, experimentalmente.


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I. Obtenga con el osciloscopio el valorpromedio, rms y pico del voltaje a laentrada del rectificador y sobre la carga

y, compare con los obtenidosanalticamente.

FIGURA O2: Rectificador de onda completa conderivacin central.

Un transformador de toma central es aquelcuyo devanado secundario esta dividido endos para disponer asi de los dos voltajessecundarios Vs.

GRAFICA 10: Seal presentada en elosciloscopio correspondiente a la entrada deldiodo D1.

GRAFICA 11: Seal presentada en el osciloscopiocorrespondiente a la entrada del diodo D2.

GRAFICA 12: Forma de Onda presentada en elosciloscopio correspondiente a la salida delrectificador.

Al igual que para el rectificador de media onda,el anlisis de este circuito se hace porseparado para cada semiciclo de la seal deentrada, determinando la salida Vo en cadacaso.Indicando que solo trabaja un diodo porsemiciclo, reflejando el siguiente resultado:

GRAFICA 14: Seal entrada de los diodos, graficarealizada en simulacin.

GRAFICA 15: Seal salida, Onda rectificada contransformador con derivacin central.

EXPERIMENTAL SIMULACIONENTRADA SALIDA ENTRADA SALIDA

V1

FREQ = 60VAMPL = 21.9

VOFF = 0

0V2

FREQ = 60VAMPL = 21.9

VOFF = 0

D1

D1N4007

D2

D1N4007

R1

1k

V+

V-V+

V+

V-

V-

0 8 16 24 32Seal Entrada D1 Seal Entrada D2

-40V

-20V

0V

20V

40V

Tiempo (

Tiempo (ms)0 8,35 16,65 25,0 33,36

0V

10 V

20 V

25 V


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22.2 V 10.7 V 21.92 V 21.15 V

15.9 V 15.1 V 15.53 V 14.85 V 77.1 mV 13.4 V 6.85 mV 13.33 V

TABLA 05: Datos Obtenidos como el valorpromedio, rms y pico del voltaje a la entradadel rectificador y sobre la carga en la parteexperimental y en la parte analtica.

II. Determine la potencia de disipacin enla resistencia.

III. Determine y mida la corriente pico y enrms que pasa por cada diodo en los

montajes.

GRAFICA 16: Seal presentada en elosciloscopio correspondiente a la corriente que

pasa a travs del diodo para rectificador contap central. La cual nos permite observar unvalor de e

PUENTE DE GRAETZ

I. Circuito rectificador con puente.

FIGURA O3: Rectificador de onda completa tipopuente (Puente de Graetz).

GRAFICA 17: Seal generada por el transformadorla cual ingresa al rectificador tipo puente, con

.

GRAFICA 18: Forma de onda completa Rectificada

con puente de Graetz, con

Este circuito utiliza 4 diodos en configuracinde puente para la rectificacin de ondacompleta. El anlisis se realiza por separado

para cada semiciclo de la seal de entradapolarizando dos diodos respectivamente. Deeste circuito se concluye:

V5

FREQ = 60VAMPL = 43.84VOFF = 0

D6D1N4007

D7D1N4007

D8D1N4007

D9D1N4007

R41k

0

V+

V-

V+

I

V-


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GRAFICA 20: Seal onda de entrada al rectificadorpor medio de las simulaciones.

GRAFICA 21: Forma de onda vista a la salida delrectificador.

EXPERIMENTAL SIMULACIONENTRADA SALIDA ENTRADA SALIDA

40.0 V 134.2 V 21.92 V 40.36 V 28.7 V 26.9 V 15.53 V 28.33 V

75.7 mV 23.4 V 6.85 mV 25.31 V

TABLA 06: Datos Obtenidos como el valorpromedio, rms y pico del voltaje a la entradadel rectificador y sobre la carga en la parte

experimental y en la parte analtica.

II. Determine la potencia de disipacin enla resistencia.

III. Corriente pico y en rms que pasa porcada diodo en los montajes.

GRAFICA 22: Seal presentada en el

osciloscopio correspondiente a la corriente que

pasa a travs del diodo para rectificador.

IV. Determine experimentalmente losparmetros de rendimiento para cadarectificador.

PARAM.

RECT.

MEDIA

ONDA

ONDA

COMP.TAP

ONDA

COMP.

PUENTE

2.23 V 13,5 V 27,91 V

2,23 mA 13,5 mA 27,91 mA

3,5 V 15 V 31 V

3,5 mA 15 mA 31 mA

4,97 mW 182,3 mW 0,8 W

12,3 mW 225 mW 0,96 W

40,57 % 81 % 83,33 %

2,7 V 6,54 V 13,5 V

156,97 % 111,11 % 111,07 %

121,07 % 48,44 % 48,37 %

0,287 0,81 0,83

1 1 1

1 0,27 0

0,707 0,965 1

2 1,365 1,4142

TABLA 07: Parmetros de Rendimiento para loscircuitos rectificadores ya mencionados.

En los circuitos trabajados, las simulaciones tienen

una diferencia de valores respecto a los circuitos de

los montajes, esto se debe a que el trabajo virtualprocede con valores ideales que no varan para

cada elemento del circuito. Por lo tanto, habr una

tasa de error absoluto que se referir al

.

Trabajando con el error absoluto se determina el

error relativo, refirindose este a la variacin con

relacin al valor bruto como una fraccin:

Tiempo (ms)0 4 12 20 28

-50 V

0 V

50 V

Tiempo (ms)

0 4 8 12 16 20 24 28 320V

20 V

45 V


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Finalmente habr un error porcentual

en los valores:

CIRCUITOIDEAL

(V)REAL

(V)ERROR

ABSOLUTO RELATIVO %

ONDA 13.9 14.2 0.3 (V) 0.2113 (V) 2.113

ONDACOMP.TAP 21.92 22.2 0.28 (V) 0.0126 (V) 1.26

ONDACOMP.

PUENTE43.84 40.0 3.84 (V) 0.096 (V) 9.6

TABLA 08: Clculos, valores reales e ideales consu respectivo error porcentual.

5.3 Rectificadores con filtro

Rectificador de onda completa. Usando unpuente rectificador integrado, con una , variar el valor del condensador de

filtro en la salida en 0, 220F, 2200F,respectivamente.

CARACTERISTICAS

PUENTE

INTEGRADO

GBU-6J

600 V 420 V 600 V 6 A

-55 a 150 CValor Resistencia Carga [].

Potencia de la resistencia de carga.

I. Para cada uno de los valores delcondensador de filtro, mida y grafiquelas formas de onda del voltaje en lacarga y la corriente en la entrada delrectificador.

MONTAJE 1: SIN CONDENSADOR DE FILTRO.

GRAFICA 23:Seal de corriente entrante alpuente rectificador.

Formas de onda del voltaje en la carga Paradiferentes valores del condensador de filtro.

GRAFICA 24: Forma de onda de rectificadorcon RL= 120 y sin filtro.

MONTAJE 2: CONDENSADOR DE FILTRO .

GRAFICA 25:Forma de onda de rectificadorcon filtro C=220 uF.

GRAFICA 26: Forma de onda del pico decorriente con filtro C=220 uF.

MONTAJE 3: CONDENSADOR FILTRO .


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GRAFICA 27: Forma de onda de rectificadorcon filtro C=2200 uF.

GRAFICA 28: Forma de onda del pico decorriente con filtro C=2200 uF.

FILTRADO: Estos capacitores se utilizan parael filtrado el cual consiste en mejorar la tensinde salida de un circuito rectificador al objeto deque se parezca lo ms posible a un voltaje decontinua. Para ello, en los circuitosrectificadores se suele colocar en paralelo a la

carga un condensador, entre mayor sea lacapacitancia mayor ser la eficiencia.

Observar anexos para anlisis de filtrado ensimulacin.

NOTA: Se debe tener cuidado de reconocer sise est trabajando con tap central.

II. Circuito rectificador para diferentestipos de filtrado.

PARAM. SIN

FILTRO

FILTRO

FILTRO

27,91 V 14,96 V 14,73 V

27,91 mA 0,125 A 0,123 A

31 V 15,02 V 14,73 V

31 mA 0,125 A 0,123 A

0,8 W 1,87 W 1,82 W

0,96 W 1,88 W 1,82 W

83,33 % 99,4 % 100 %

13,5 V 1,36 V 136,4 mV

111,07 % 100,4 % 100 %

48,37 % 9,1 % 0,93 %

0,83 0,172 0,171

1 0,96 1

0 4,55 4,3

1 0,206 0,226

1,4142 1,34 4,25

TABLA 09: Parmetros de Rendimiento confiltrado.

5. CUESTIONARIO

1. Explique cada uno de los parmetros tcnicosque entrega la hoja de especificaciones de undiodo.Cualquier dodo est caracterizado por losiguientes factores.

Corriente directa mxima (If): Es la corrientemxima que puede atravesar el diodo en directa sinque este sufra ningn dao, puesto que una altacorriente puede provocar un calentamiento porefecto joule excesivo.Tensin de ruptura en polarizacin inversa (PIV):Es la tensin a la que se produce el fenmeno deruptura por avalancha.Tensin mxima de trabajo en inversa (VRWM): Esla tensin que el fabricante recomienda nosobrepasar para una operacin en inversa segura.Corriente en inversa (IR): es habitual que se

exprese para diferentes valores de la tensininversa.Cada de tensin en PD (VF): Pese a que se hasealado los0.7 V como valor tpico, en muchasocasiones aportan datos detallados de esta cadade tensin.

Estas caractersticas debern ser tenidas en cuentaen el momento de la eleccin del modelo ms


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Estos convertidores no necesitarn, por lotanto, de doble encendido en los tiristores,como ocurre en los rectificadores controlados,dando una caracterstica de salida con msondulacin que sus equivalentes montajes atiristores.

Con los Convertidores Semicontrolados seconsigue mayores potencias que las obtenidaspara los Convertidores Controlados empleandoel mismo ngulo de disparo, sin embargo lrendimiento de stos ltimos ser mayor.

NOTA IMPORTANTE: El rectificador de mediaonda no se usa en aplicaciones industriales por suspsimas caractersticas y nicamente se incluyeaqu por motivos didcticos.

CONCLUSIONES Los circuitos rectificadores de media onda

presentan un alto rizado en la seal de salida.Aunque este rizado puede ser disminuido alcolocar un capacitor en paralelo a la carga.

Para un circuito rectificador de media onda laseal de salida tiene la misma frecuencia que laseal de entrada, mientras que en un circuitorectificador de onda completa la seal de salidapresenta el doble de la frecuencia de la seal

de entrada. Se observ el alto grado de realismo y laobtencin de datos precisos que al compararsu resultado con el calculado por la aplicacin(analtico y experimental), su deteccin deerrores fue mnimo.

En el circuito rectificador de media onda, seutiliza para cambiar una seal de AC a unaseal de DC ya que el diodo permite y mantieneel flujo de corriente en una sola direccin.

En los circuitos rectificadores las ondas pierdensu parte negativa, dando lugar a una

multiplicacin de su periodo.

REFERENCIAS[1] BOYLESTAD, Robert L. Electrnica: Teora deCircuitos. Editorial Prentice Hall, 1995.

[2]MALVINO, Albert Paul. Principios de electrnica.Editorial McGraw-Hill, 1991.

[3]MILLMAN, Jacob. Electrnica integrada.Editorial Hispano Americano, 1986.

[4] Gua SISistema Internacional de Unidades.

ICONTEC. ISBN 958938329-7

[5]Gua sobre incertidumbre en la medicinindustrial. ICONTEC. ISBN 958938365.

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