Circuito Rectificador de precisión de onda completa

Práctica2. Circuito Rectificador de precisión de onda completa Instrumentación y Control I: enero-mayo 2016

Br. Jesús Emanuel Puc Acosta, Br. Lindi Chin Chuc, Br. Rajiv Alonso Moguel Salazar Ingeniería Mecatrónica, Ingeniería Física, Ingeniería Mecatrónica FIUADY [email protected], [email protected] ; [email protected]

Resumen— En esta práctica se realiza una combinación de circuitos (transformador con divisor de voltaje y un rectificador de onda completa) para acondicionador y luego medir el voltaje proporcionado por una toma de corriente de la CFE (Comisión Federal de Electricidad) el cual se despliega en una pantalla LCD a partir de un microcontrolador con el fin de estudiar configuraciones electrónicas que nos permitan tratar señales recibidas a partir de un dispositivo de control.

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Atenuar la señal de voltaje de una toma de la CFE para su posterior utilización.

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Diseñar una configuración de transformador con divisor de voltaje.

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Diseñar una configuración de rectificador de precisión de onda completa.

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Simular las dos configuraciones anteriores en algún software de apoyo de circuitos eléctricos (i.e. Proteus).

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Armar los circuitos físicos de las configuraciones anteriores en un tablero de pruebas (protoboard).

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Medir la señal eléctrica acondicionada de una toma de CFE utilizando un microcontrolador-

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Desplegar en una pantalla LCD el valor de entrada recibido en el microcontrolador.

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Verificar el comportamiento de los circuitos combinados.

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Concluir ventajas y desventajas de la configuración.

CONTENIDO— 1. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA. 2. MARCO TEÓRICO. 3. MATERIALES Y COMPONENTES 4. DESARROLLO 5. RESULTADOS OBTENIDOS 6. CONCLUSIONES 7. REFERENCIAS

1. OBJETIVO El objetivo general y los específicos que se desean alcanzar en esta práctica se presentan a continuación. OBJETIVO GENERAL Acondicionar señales eléctricas, a través de combinaciones de circuitos, para su posterior utilización en dispositivos de control como es el caso de los microcontroladores. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Esta práctica ha sido desarrollada en la Facultad de Ingeniería de la UADY

2. MARCO TEÓRICO CIRCUITO RECTIFICADOR DE PRECISIÓN DE ONDA COMPLETA El sistema mostrado en la ilustración 1 está dividido en dos bloques claramente diferenciados. El primer bloque es un Amplificador Operacional Rectificador de media onda de salida negativa, y el segundo bloque

es un Amplificador Operacional Sumador inversor de dos entradas. Una de las entradas del segundo bloque toma la señal directamente de la señal de entrada U E a través de una resistencia de magnitud R1 mientras que la otra entrada viene de la salida del primer operacional igualmente a través de una resistencia de valor R1 .

3. MATERIALES Y COMPONENTES

Ilustración 2. Amplificador operacional TL084

Ilustración 1. Rectificador de precisión de onda completa basado en OPAMs. El primer amplificador es un rectificador de media onda, el segundo es un sumador inversor a dos entradas.

Ilustración 3. Juego de resistencias de 1 K y diodo 1N4004

Cuando la tensión de entrada U E se encuentra en semiciclo positivo el segundo operacional da salida negativa con ganancia -1 a partir de la señal directa de entrada, y salida positiva con ganancia +2 a partir de la señal procedente del primer operacional. Cuando la tensión de entrada V ¿ se encuentra en semiciclo negativo el segundo operacional da salida positiva con ganancia -1 a partir de la señal directa de entrada, y salida nula a partir de la señal procedente del primer operacional. El rectificador proporciona en V S semiciclos positivos para cualquiera de los semiciclos de entrada VE

Ilustración 4. Transformador AC DC

La ecuación que rige el funcionamiento del circuito propuesto en la ilustración 1 es: R2 ∨U ∨…(1) R1 E Que permite obtener el valor de tensión a la salida en función del de entrada. US ¿

R2=R1 , obtenemos la función valor Para absoluto, es decir, un rectificador de onda completa de salida positiva que se define con la ecuación: U S ¿∨U E∨… (2)

Ilustración 5. Protoboard

const float VLo = 0.0; const float VAGND = 2.5; const float Div = 0x3fff; void main(void) { M8C_EnableGInt; LCD_Start(); PGA_Start(PGA_MEDPOWER); ADCINC_Start(ADCINC_MEDPOWER); ADCINC_GetSamples(0); LCD_Position(00,0); LCD_PrCString("Voltaje:"); while(1){ while(ADCINC_fIsDataAvailable() == 0); ADCData = ADCINC_wClearFlagGetData(); Voltaje = ADCData*(VHi-VLo)/Div; LCD_Position(1,0); LCD_PrString(ftoa(Voltaje, &Status)); }

Ilustración 6. Kit Microcontrolador y equipo PSoC. }

4. DESARROLLO El primer paso fue hacer el diagrama del circuito rectificador de precisión de onda completo y simularlo en Proteus. Una vez terminada la simulación, trabajamos y verificamos diversos factores que habían provocado errores en la primera práctica, tales como la forma de usar los dos voltajes, verificar las referencias a tierra, y que la programación fuera correcta. Posteriormente se empleó un kit Microcontrolador y equipo PSoC (ilustración 6) para escribir un programa que permitiera desplegar en una pantalla LCD los voltajes de salida del circuito rectificador. Para el programa en PSoC simplemente se conectó las referencias a tierra AGND y se dejó el valor con uno de los puertos, para tener la tierra verdadera (en este caso, se representa como un voltaje pequeño llamado “voltaje de offset”, presente en los equipos de hoy día), eliminándolo o disminuyéndolo para ver el valor más preciso. El PSoC no admite valores mayores a 5 volts, así que se usará un juego de resistencias para reducir el voltaje final y evitar el peligro. El código del programa es el siguiente: #include #include "PSoCAPI.h” #include "stdlib.h" WORD ADCData; float Voltaje; int Status; const float VHi = 5.0;

Finalmente se procedió a armar el circuito en el protoboard (ilustración 5), a continuación serán presentados los resultados obtenidos.

5. RESULTADOS Como primer paso, se procedió a atenuar la señal de voltaje de 110 V procedente de una toma de la CFE, para ello se utilizó un divisor de voltaje con R1=990 kΩ y R2=100 kΩ, con la configuración mostrada en la ilustración 5.

Ilustración 5. Divisor de voltaje.

El voltaje de salida está dado por la siguiente fórmula: R2 V out =V ¿ … .(1) R1 + R 2 La elección de las resistencias se basó en la obtención de aproximadamente un décimo del

voltaje de entrada, el cuál después de haber pasado por el transformador, mostrado en la ilustración 4, tenía un valor pico a pico de 50.4 V. Y por tanto un valor RMS de :

La ilustración 8 muestra el armado del circuito en el protoboard.

V RMS =V pico∗.707=( 25.2 )∗( .707 ) V RMS =17.81V Aplicando la fórmula1 obtenemos un voltaje de salida de 1.6 – 2V. La ilustración 6 presenta el esquemático del rectificador de precisión de onda completo diseñado en Proteus. El circuito está compuesto por un OPAM TL084 (ilustración 2), 6 resistencias de 1 kΩ, y 2 diodos 1N4004 (ilustración 3).

Ilustración 8. Circuito rectificador de onda completa.

Durante la práctica encontramos varias dificultades (mala

Ilustración 6. Esquemático de circuito rectificador de onda completa.

Para verificar el funcionamiento del circuito, este fue simulado en Proteus, obteniendo resultados satisfactorios, los cuales son mostrados en la ilustración 7.

Ilustración 7. Simulación de circuito rectificador de onda completa.

alimentación de voltaje, quemado de OPAM, señal de salida no era rectificada, etc.) y no logramos desplegar el voltaje de salida en la pantalla LCD del microcontrolador. El mayor problema encontrado fue al momento de alimentar el circuito rectificador, ya que el amplificador TL084 provocaba una gran caída de tensión, resultando la señal de salida con un voltaje pico de 52 mV. La ilustración 9 muestra la señal de salida obtenida.

6. CONCLUSIONES Para poder terminar las prácticas de manera satisfactoria, será necesario verificar parte por parte el funcionamiento del circuito y de los componentes empleados, facilitando la identificación de errores o daños causados a los componentes.

7. REFERENCIAS

Ilustración 9. Señal de salida del circuito rectificador de onda completa.

Solicitamos la ayuda de un compañero de Mecatrónica, quién nos ayudó a armar nuevamente el circuito en otro protoboard y verifico las conexiones de alimentación. Sin embrago, los resultados siguieron siendo erróneos y no logramos terminar la práctica.

1. Moderador del foro. foros electrónica.es. Disponible en: http://www.foroselectronica.es/f111/amplificadoroperacional-rectificador-onda-completa-2074.html (última consulta el 07/02/2016) 2. Departamento de electrónica y tecnología de computadores. Universidad de Granada. Disponible en: http://electronica.ugr.es/~amroldan/asignaturas/cur so0809/ftc/temas/Tema_01F_AO_Rectificador.pdf (última consulta el 07/02/2016)