Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
“ESIME ZACATENCO”
Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica AUTORES:
Cruz Marmolejo Marco Antonio Hernández Ibarra Samuel 6CM6
2015300421 2015300843
EQUIPO: 1
INGENIERO (TEORIA): VEGA REYES GABRIEL INGENIERO(LABORATORIO): ENCISO BARRÓN MAURO CESAR “Practica No. 1: Convertidores de C.A. a C.D.”
UNIDAD DE APRENDIZAJE: Laboratorio de “Electrónica Lineal”
FECHA DE INICIO:
FECHA DE TERMINO:
30 de agosto de 2017
13 de septiembre de 2017
FECHA DE ENTREGA: 11 de octubre de 2017
INDICE OBJETIVOS ............................................................................................................ 2 FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO ..................................................................... 2 Rectificador de media onda ................................................................................. 2 Rectificador de onda completa ............................................................................ 3 Rectificador de media onda con filtro C ............................................................... 3 Rectificador de onda completa con filtro C .......................................................... 4 Fuente de alimentación simétrica regulada ......................................................... 4 CALCULOS ............................................................................................................. 5 Circuito 1 (Rectificador de media onda sin filtro C) .............................................. 5 Circuito 2 (Rectificador de onda completa sin filtro C) ......................................... 6 Circuito 3 (Rectificador de media onda con filtro C)............................................. 7 Circuito 4 (Rectificador de onda completa con filtro C) ........................................ 9 DESARROLLO ...................................................................................................... 11 Rectificador de media onda ............................................................................... 11 Rectificador de onda completa .......................................................................... 12 Rectificador de media onda con filtro C ............................................................. 13 Rectificador de onda completa con filtro capacitivo ........................................... 14 Fuente de alimentación simétrica regulada ....................................................... 16 CONCLUSIONES.................................................................................................. 17 Cruz Marmolejo Marco Antonio ......................................................................... 17 Hernández Ibarra Samuel.................................................................................. 17 BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 17
OBJETIVOS Al término de la presente práctica, el alumno será capaz de: -
Medir voltajes y corrientes (picos y promedio) en rectificadores de media onda y onda completa. Describir los cambios que ocurren al variar la carga en circuitos rectificadores con y sin filtro. Medir los voltajes de rizo en circuitos rectificadores con filtro C y RC. Medir los tiempos de conducción en los diodos. Medir el voltaje pico inverso en un diodo. Realizará y probará una fuente regulada simétrica. Utilizará criterios para seleccionar componentes comerciales para los diseños propuestos.
FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO Rectificador de media onda Este circuito es un rectificador de media onda simple. Cuando la tensión de entrada es positiva, el diodo se polariza en directo y se puede reemplazar por un corto circuito (suponiendo que sea ideal). Si la tensión de entrada es negativa, el diodo se polariza en inverso y se puede reemplazar por un circuito abierto (siempre que la tensión no sea muy negativa como para romper la unión). Por tanto, cuando el diodo se polariza directamente, la tensión de salida a través del resistor de carga se puede encontrar a partir de la relación de un divisor de tensión. Por otra parte, en condición de polarización inversa, la corriente es vero, de manera que la tensión de salida también es cero.
Rectificador de onda completa Este circuito transfiere energía de la entrada a la salida durante todo el ciclo y proporciona mayor corriente promedio por cada ciclo en relación con la que se obtiene utilizando un rectificador de media onda. El rectificador de onda completa utiliza un transformador con el fin de obtener polaridades positivas y negativas.
Rectificador de media onda con filtro C En este circuito cuando la tensión de entrada es positiva, el diodo se polariza directamente y el diodo conduce al ser un corto circuito, de esa manera el capacitor se carga al valor de tensión más alto (V máx.) cuando la entrada alcanza su máximo valor positivo o negativo. Cuando la tensión de entrada car por debajo de ese valor, el capacitor no se puede descargar a través del diodo, por lo que la descarga se lleva a cabo a través de la resistencia de carga.
Rectificador de onda completa con filtro C Por medio de este circuito cuando la tensión de entrada es positiva, el diodo 1 se polariza directamente y permite el paso de la corriente (debido a que es un corto circuito) cargando el capacitor al valor de tensión más alto (V máx.) cuando la entrada alcanza su valor máximo positivo o negativo. En el momento en que la tensión cae por debajo de ese valor, el capacitor se descarga por medio de la resistencia de carga debido a que el diodo 1 se polariza inversamente (circuito abierto). Cuando la tensión en el diodo uno es negativa este se polariza inversamente (circuito abierto) y el diodo 2 se polariza directamente (corto circuito), dejando pasar la tensión cargando nuevamente el capacitor y de esta manera se repite el procedimiento.
Fuente de alimentación simétrica regulada Cuando la fuente de tensión es positiva, los diodos 1 y 3 se polarizan directamente y conducen (corto circuito) y los diodos 2 y 4 quedan como circuitos abiertos, de esta manera se carga el capacitor 1 hasta su valor máximo positivo o negativo, y en el momento en el que comienza a descargarse, de este modo la tensión pasa por el regulador 7812 y de esta manera la salida de la tensión es constante. Cuando la fuente de tensión se vuelve negativa, se invierte la situación y los diodos 2 y 4 ahora se polarizan directamente (corto circuito) y los diodos 1 y 3 inversamente (circuito abierto), dejando pasar la corriente al capacitor 2, cargándose de igual manera hasta su valor máximo positivo o negativo, al caer la tensión de ese valor el capacitor se comienza a descargar dejando pasa la corriente ahora por el regulador de voltaje negativo, entregando un voltaje negativo constante a su salida.
CALCULOS Circuito 1 (Rectificador de media onda sin filtro C)
=220Ω =12. 8 V = √ = .(√ 2)=18.101 = =5.76 = = . =26.18− = ∗=26.1 8− 82.24 = =41.12 = =9.05 . . 100= . . = = . =42.39 = = . =9.05 . . 100= . .
Utilizando un transformador de 24 V, con devanado central a 12 V.
(Voltage pico a la salida del transformador)
=
)( ) =
Eficiencia de conversión teórico
%n=
x100= 40.52
Eficiencia de conversión práctico
%n=
x100= 36.52
Circuito 2 (Rectificador de onda completa sin filtro C) Voltaje pico en cada devanado del transformador
=12. 8 = √ =√ 2=12.8√ 2 =18.101 =220 ℎ =52.38 = =2.=11.52 = = . =18.101 = = = . =82.28 = 12.11.75958. 252.138 8 100=81.09 %= = √ = .√ =58.18 = √ = .√ =12.74 649.390 =71.07 %= 12.10.77459. = √ = .√ =59.30 = √ = .√ =12.74
Voltaje promedio y corriente promedio en la carga ;
Voltaje pico en la Rc ;
Eficiencia de conversión teórica
;
Eficiencia de conversión práctica
;
Circuito 3 (Rectificador de media onda con filtro C) Voltaje pico en el transformador
= √
=√ 2=12.4√ 2 =18.101 =220 Ω = .. = =685.4
Valor del capacitor (con el voltaje de rizo de 2v)
Δ=
La frecuencia es la misma de línea 60Hz y de salida 60 Hz Voltaje promedio en la carga
16.66 4 =17.101 =1 2 =18.1011 2220ℎ685. 17.101 =77.73 = = 220ℎ
Corriente promedio en la carga
Voltaje pico inverso en el diodo
==18.101 1 22 ∆= 1 2∆ = 260 18.101 =1.24 = 16.66 =1 2 =18.1011 2100ℎ 685.4 =15.9 15.9 =159 = = 100ℎ 18. 1 01 16. 6 6 Δ= = 100ℎ685.4 =4.40 4. 1 2 4 ∆= 1 2∆ = 260 18.101 =1.84
Tiempo de conducción
Con una
= 16.66 =1 2 =18.1011 2560ℎ 685.4 =17.7 17.7 =31.62 = = 560ℎ 18. 1 01 16. 6 6 Δ= = 560ℎ685.4 =4785.96 785. 1 2 9 6 ∆= 1 2∆ = 260 18.101 =781.68
Con una
Circuito 4 (Rectificador de onda completa con filtro C) Tomando en cuenta:
=220Ω =12. 8 V = √ =(√ 2)=18.101 ∆ = ∴ = ∆
(Voltage pico a la salida del transformador)
Calculamos el valor del capacitor:
=
. . = 342.8
Voltaje de rizo de 2 V con una frecuencia de salida de 120 Hz Voltaje promedio en la carga:
= 1 18.101 1 .. =17.1 = = . ∆= ∆ = . =1.24 =
Corriente promedio en la carga = 77.73 Ma
= =15.90 = 1 18.101 1 .. = = . . =4.39 ∆ = = .. ∆= ∆ = .. =1.84
S i us amos una res is tenci a de carg a =
= 159.01 mA
V
= = 1 18.101 1 .. =17.70 = = . . =785.73 ∆ = = .. ∆= ∆ = .. =781.57
S i us amos una res is tenci a de carg a =
= 31.62 mA
mV
DESARROLLO Rectificador de media onda Construimos un rectificador de media onda como se muestra en la figura 2, utilizando una carga de 220 ohms por lo menos a 2 watts, y un transformador de 24 volts a 1 Ampere, con derivación central. Utilizando solo la derivación central obtuvimos las curvas de: -
El voltaje pico en el secundario del transformador sin el rectificador, es decir, tomando la salida directa del devanado utilizado. El voltaje pico en el secundario del transformador (solo el devanado utilizado), con el rectificador. El voltaje pico en la carga
Para medir el voltaje promedio colocamos un voltímetro de C.D. en paralelo con la carga y se registra la lectura. Por medio de la ley de ohm obtuvimos el valor de la corriente promedio.
Figura 2.- Arreglo para medir Voltajes pico. Registramos las mediciones especificadas en la tabla 1 Parámetro Teórico Práctico 18.101 v 18.101 v Voltaje pico en el transformador 220 ohms 217 ohms Valor de la carga 5.76 v 5.56 v Voltaje promedio en la carga 26.18 mA 25.2 mA Corriente promedio en la carga 18.101 v 18.101 v Voltaje pico en la carga 82.24 mA 84.79 mA Corriente pico en la carga 40.52 36.52 Eficiencia de conversión Tabla 1.- Mediciones para el rectificador de media onda
Rectificador de onda completa Construimos el rectificador de onda completa mostrado en la figura 4, utilizamos una carga de 220 ohms por lo menos a 2 watts, y un transformador de 24 volts a 1 Ampere, con derivación central. Obtuvimos las curvas de: -
El voltaje pico en el secundario del transformador tomado a partir de la derivación hacia uno de los extremos con el rectificador conectado. El voltaje pico en la carga
Figura 4.- Arreglo para medir voltaje pico Registramos las mediciones especificadas en la tabla 2: Parámetro Teórico Práctico Voltaje pico en el 18.101 v 18.101 v transformador, por devanado 220 ohms 217 ohms Valor de la carga Voltaje promedio en la 11.52 v 10.76 v carga Corriente promedio en 52.38 mA 49.9 mA la carga 18.101 v 18.101 v Voltaje pico en la carga Corriente pico en la 82.28 mA 83.87 mA carga Eficiencia de 81.09 71.07 conversión Tabla 2.- Mediciones para el rectificador de onda completa
Rectificador de media onda con filtro C Calculamos un capacitor para obtener el voltaje rizo de 2 volts y lo conectamos según la figura 6. Después obtuvimos la curva de los siguientes parámetros: -
Voltaje en el transformador Voltaje en la carga (voltaje promedio y rizo) Voltaje en el diodo (especificamos el tiempo de conducción)
Para obtener la curva del voltaje en la carga, conectamos el canal 2 del osciloscopio en paralelo con la carga. Observamos que este debe estar en C.A. Para obtener la curva del voltaje en el diodo, realizamos la conexión de la figura y verificamos que el canal del osciloscopio estuviera en C.D.
Figura 6.- Obtención del tiempo de conducción y el voltaje pico inverso Para medir el voltaje de rizo conectamos el canal 2 del osciloscopio en paralelo con la carga. Observamos que este mismo debía de estar en C.A. -
Sustituimos la carga por otra de 100 ohms mínimo a 2 watts y repetimos todo el procedimiento, ya con el capacitor regulado. Y de nueva cuenta volvimos a sustituir la carga por otra de 560 ohms a 2 watts y repetimos una vez más el procedimiento, ya con el capacitor calculado.
Con los datos obtenidos completamos la tabla 3: Parámetro Voltaje pico en el transformador Valor de la carga Valor del capacitor Voltaje de rizo
Teórico
18.101 v 220 ohms
100 560 ohms ohms 685.4 micro-F 785.96 2v 4.40 v ms
Práctico
18.2 v 217 ohms
17.6 v
18.6 v
98 551 ohms ohms 680 micro-F
1.76 v
3.36 v
728mV
Frecuencia de la señal 60 Hz 60 Hz de salida Voltaje promedio en la 17.101v 15.9 v 17.70 v 16.24v 14.86v 17.8 v carga 77.73 159 31.62 75.5 153.2 31.2 Corriente promedio en mA mA mA mA mA mA la carga Voltaje pico inverso -18.101 v -18.2 v -18.8 v -18.5 v en el diodo 1.84 781.68 1.350 1.807 4.120 Tiempo de conducción 1.24 ms ms micro-s ms ms ms en el diodo Tabla 3.- Mediciones para el rectificador de media onda con filtro capacitivo
Rectificador de onda completa con filtro capacitivo Calculamos el capacitor para lograr obtener un voltaje de rizo de 2 volts y conectamos según la figura 8. Obtuvimos la curva de los siguientes parámetros: -
Voltaje en el transformador (por devanado) Voltaje en la carga (voltaje promedio y rizo) Voltaje en el diodo (especificamos el tiempo de conducción)
Para obtener la curva del voltaje en la carga, conectamos el canal 2 del osciloscopio en paralelo con la carga. Observamos que este mismo debía estar en C.A. Para obtener la curva del voltaje en el diodo, realizamos la conexión de la figura y verificamos que el canal del osciloscopio estuviera en C.D.
Figura 8.- Obtención del tiempo de conducción y voltaje pico inverso.
Para medir el voltaje de rizo conectamos el canal 2 del osciloscopio en paralelo con la carga. Observamos que este debía estar en C.A. Dibujamos la curva obtenida. -
Sustituimos la carga de 220 ohms por otra de 100 ohms a 2 watts y repetimos el mismo procedimiento, ya con el capacitor calculado. Sustituimos la carga por otra de 560 ohms mínimo a 2 watts y repetimos todo el procedimiento, ya con el capacitor calculado.
Los valores obtenidos los colocamos en la siguiente tabla 4: Parámetro Voltaje pico en el transformador Valor de la carga
Teórico
18.101 v 220 ohms
Valor del capacitor Voltaje de rizo
Práctico
100 ohms
560 ohms
18.5 v
18.5 v
17.2 v
217 ohms
98 ohms
551 ohms
342.80 micro-F 2v
4.39 v
785.73 mv
330 micro-F 1.64 v
3.14 v
680 mv
Frecuencia de la 120 Hz 120 Hz señal de salida Voltaje promedio 17.1 v 15.9 v 17.7 v 16.78 v 15.81 v 17.52 v en la carga Corriente 77.73 159.01 31.62 77.2 155.8 31.9 mA promedio en la mA mA mA mA mA carga Voltaje pico --36.202 v -37 v -37 v -37.7 v inverso en el diodo Tiempo de 1.24 781.57 1.430 850 1.84 ms 1.2 ms conducción del ms micro-F ms micro-s diodo Tabla 4.- Medición para el rectificador de onda completa con filtro capacitivo.
Fuente de alimentación simétrica regulada Construimos una fuente de alimentación simétrica regulad, como la mostrada en la figura 9. El voltaje regulado de salida debe ser de (+-) 12 volts, con una corriente de aproximadamente 100 mili Amperes. Propusimos parámetros necesarios para utilizar un transformador de 24 volts a 1 Ampere. Obtuvimos las siguientes curvas: -
Voltaje Voltaje Voltaje Voltaje
a la entrada del regulador (7812 y7912), sin carga. a la entrada del regulador (7812 y 7912), con la carga de 100 ohms. a la salida del regulador (7812 y 7912) sin la carga. a la salida del regulador (7812 y 7912), con la carga de 100 ohms.
Figura 9.- Fuente regulada simétrica. Los valores obtenidos los ingresamos en la siguiente tabla 5: Parámetro Regulador 2812 Regulador 2912 100 220 560 100 220 560 Carga 18.4 v -18.2 v Vin sin carga (CD) 12.2 v -12 v Vo sin carga (CD) 16.1 v 17.1 v 17.5 v -16.1 v -17 v -17.6 v Vin con carga 12.1 v 12.2 v 12.2 v -12 v -12 v -12 v Vo con carga 34.16 46.66 Regulación con 33.05 % 40.16 % 43.44 % 41.66 % % % carga Voltaje de rizo a la 118 micro-v 44.4 nv entrada sin carga Voltaje de rizo a la 10 micro-v 12 micro-v salida sin carga 80 Voltaje de rizo a la 2.4 v 1.4 v 800 mv 2.4 v 1.6 v micro.v entrada con carga 108 400 400 Voltaje de rizo a la 400 mv 400 mv 400 mv micro-v mv microv salida con carga Voltaje diferencial 108 micro-v -11.95 micro-v sin carga -400 Voltaje diferencial 2.369 v 1v 400 mv -2.39 v -1.2 v microv con carga Tabla 5.- Mediciones para la fuente de alimentación simétrica regulada.
CONCLUSIONES Cruz Marmolejo Marco Antonio Llegue a la conclusión de que esta práctica nos ayudó a comprender a detalle el funcionamiento de cada parte que componen a una fuente de alimentación, por medio de un circuito rectificador de media onda con y sin filtro capacitivo, un circuito rectificador de onda completa con y sin filtro capacitivo. Para comprender bien estos componentes hicimos cálculos para determinar algunos valores ideales de esta fuente para posteriormente comprobarlos con ayuda de un osciloscopio y de un Vólmetro de CD. Una vez comprendidos estos circuitos, creamos una fuente de alimentación simétrica regulada, la cual entregaba un voltaje de (+-) 12 volts con ayuda de reguladores (7812 y 7912) y por medio de las mediciones conocimos los valores que entregaba la misma. Además, comprobamos que algunos valores son exactamente los mismos sin importar si se está usando una carga o no a la salida de la fuente, y de igual manera algunos valores si cambiaron dependiendo de la carga utilizada a la salida o incluso si no contenía la misma. Hernández Ibarra Samuel Esta práctica me permitió conocer las etapas de creación de una fuente de voltaje de DC puesto que fuimos analizando distintos dispositivos; como los diodos que nos permitieron rectificar las alternancias de un voltaje de CA o los capacitores que nos permiten reducir el voltaje de rizo y finalmente los reguladores de voltaje que nos permiten mantener un nivel voltaje casi constante. Por otra parte, entender que el diseño no solo se trata de ir acomodando dispositivos electrónicos si no que es necesario conocer la parte matemática y los factores que influyen en esta para hacer cálculos precisos y de esta manera hacer un diseño que en verdad sea eficiente. Finalmente es importante señalar que, aunque en el diseño; en la parte teórica se pueden tener datos muy exactos, en la parte real es bastante común encontrar diferencias por diversos factores como los errores por efecto de carga, deficiencias en propias de los dispositivos utilizados o el mal manejo por parte del operario tanto de los dispositivos electrónicos como de los aparatos de medición.
BIBLIOGRAFIA -
Diseño Electrónico. Savant, Jr. Prentice – Hall
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Análisis y aplicaciones de circuitos electrónicos J. A. Maciel Suarez/G. Vega R. Limusa
