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Informe de Laboratorio de Circuitos Doblador Recortadores y Respuesta en Frecuencia Profesores: Pablo Aqueveque, Aqueveque, Esteban Pino Ayudantes: María Ignacia Aguilera, Javier Chávez, Soledad Muñoz Salvador Gallardo Riquelme, Nicolás Muñoz Arias
Ingeniería Civil Biomédica, Departamento Departamento Ingeniería Eléctrica, Eléctrica, Universidad de Concepción, Concepción, C
[email protected] [email protected]
Abstract- Se desarrollaron actividades empíricas empíricas que abordan la respuesta en frecuencia de circuitos dobladores y recor reco el objetivo de identificar que ocurre con las diferentes señales y parámetros al variar la frecuencia en la fuente de entrada una carga resistiva en los diferentes circuitos. Estos análisis fueron posibles gracias a la implementación de cada circuito y generador de funciones en el cual podemos controlar variables tales como el tipo de la señal de entrada y/o sus parámetro un osciloscopio el cual nos permitió observar detalladamente el comportamiento de cada señal de forma práctica. En con encontró que en un circuito doblador la señal muestra un rizado al añadir una carga resistiva al circuito así mismo mismo se com como dice la teoría el voltaje máximo de salida es el doble del de entrada. Otro resultado relevante corresponde a la con que al utilizar diodos de una respuesta mayor de frecuencia el circuito toleraba mayores valores de frecuencia antes rectificar. De forma global se puede inferir que los diodos que tienen tienen la cualidad de al rectificar soportar soportar mayores frecu los elegidos para diferentes aplicaciones, debido a la mayor tolerancia que estos eventuales circuitos tendrían.
I.
II.
INTRODUCCIÓN
Los circuitos recortadores se encargan de eliminar una porción de la señal alterna alterna que entra al circuito, circuito, también se puede decir decir que limitan el valor máximo que puede tomar una señal, por otro lado se entiende por circuito doblador aquel que aumenta el voltaje alterno de entrada en un factor que dependerá de la cantidad de diodos y condensadores con los que se haya diseñado el circuito, por lo t anto el valor de entrada se puede duplicar, triplicar, cuadruplicar, etc. En el contexto del presente informe se insertan nuevas definiciones con respecto a los diodos utilizados en cada implementación, es por ello que cobra importancia diferenciar las características de un diodo 1N4007 y un diodo 1N4148, 1 N4148, el primero se considera un diodo “lento” esto es por qué rectifica a la frecuencia que nos entrega una red eléctrica es decir a unos 50 o 60 Hz , por su parte el diodo 1N4148 reacciona en muy pocos segundos (4ns (4n s aproximadamente) por lo cual se utiliza para cualquier frecuencia y para diferentes aplicaciones, por
MATERIALES Y MÉTOD
A. Materiales: 1)
Equipos: Para poder ejecutar la implementación fue necesario contar con: •
• •
• •
Osciloscopio: Tektronix TDS 1002B Two chan 1GS/s) Multímetro Digital: Meterman Modelo 37XR Transformador Reductor (220 Vrms / 12 Vrms Sign up to vote on this title 500 [mA]. Generador Funciones GW Instek GFG-821 Useful de Not useful Fuente de Poder DC: GW Instek GPS-3030D Vmax=30 [V])
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B.
MC34063 Reproductor de
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III.
Métodos
Los conceptos teóricos requeridos como conocimientos previos para la adecuada ejecución de las actividades prácticas próximamente descritas son los siguientes: Circuito Doblador: Circuito formado por diodos y capacitores el cual tiene como entrada una señal alterna cuyo voltaje continúo de salida será el doble del de la entrada.
•
Rectificador Con Ao
DESARROLLO
Esta experiencia tiene como objetivo implemen configuraciones de circuitos con presencia de semicon específico diodos. Dichas implementaciones tendrán l configuraciones: Circuitos Dobladores, Circuitos Re Circuitos Rectificadores en Alta y Baja Frecuencia.
Iniciando con la primera implementación ya ant es m tendrá que visualizar las características de operación de Circuitos Recortador: Este circuito elimina una porción de dobladores, que están configurados de manera tal que la señal alterna que ingresa al circuito, se diseña usando un obtener un voltaje de salida 2 veces mayor que el voltaj dicha relación se muestra en la ecuación 1, tales c diodo una resistencia y fuentes alterna y continua. característicos para variados usos en la electró Diodo 1N41487: Es un diodo que rectifica a una frecuencia funcionamiento, viene dado por que al ser suministrado sinusoidal, esta señal poseerá 2 semiciclos uno positivo, mayor a la del diodo 1N4007. configuración de este circuito nos dejara polarizado dire Rectificador: Es un elemento compuesto por diodos de los 2 diodos y a la vez se cargara 1 condensador, ha semiconductores, el cual principalmente permite convertir máximo, y el otro semiciclo el diodo que estaba polariz cambia su polarización y empieza a conducir, lo qu e qui la corriente alterna en corriente continua, en el presente trabajo se usaron rectificadores de media onda y rectificador el capacitor 2 se carga al máximo, entre ambos semici que se deben sumar los valores de voltajes máxi de onda completa tipo puente. condensadores, ya que cuando no poseen carga no s Ripple: Al rectificar una señal de corriente alterna a descargar y es por eso que se llama doblador. Además, corriente continua es muy probable que quede una pequeña dobladores se le agrega una carga en la salida, dicha seña porción de la componente alterna en la señal continua voltaje de rizado, por la caída de potencial que está p rectificada, este resto es lo que se conoce como ripple o resistencia. Para poder disminuir el voltaje de rizado You're Readingrespuesta, a Preview es necesario aumentar el valor de la capacitan rizado.
•
•
•
•
la actividad Unlock full access withEn a free trial. 2, se implementa un circuito recortad
el cual se diseñara para que recorte la señal de voltaje sup para ello, es necesario constar con 1 fuente de poder Download With Free Trial dependerá de que voltaje esté presente en el diodo para Las expresiones matemáticas que nos permiten obtener salida de 3[V], además el circuito debe constar con distintos resultados numéricos son: resistencia y la señal de alimentación alterna será propo el generador de funciones que se fijara con un voltaje rm . = 2 · . (1) a una operación de 100 Hz, y se dispondrá de 2 formas señal sinusoidal y una señal triangular.
B.1
Ecuaciones
Ecuación 1. Relación entre el voltaje de e ntrada y de salida en un circuito doblador
= = ·
(2)
Ecuación 2. Corriente Media en los Terminales de la Carga.
= =
Ecuación 3. Voltaje Medio en los Terminales de la Car
(3)
En las actividades 3 y 4, el propósito es poder visual de operación en la rectificación de onda completa e frecuencia. En el caso se title dispondrá de 4 diod Signde uplatoactividad vote on3, this configurados para ser rectificadores de onda completa t Not useful seUseful en la salida agrega una carga, en la cual se medida y vi el osciloscopio la señal de salida en base a la variación de en la entrada del circuito. Esta configuración de rectific
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RESULTADOS
1N4007
A continuación, se entregaran los datos obtenidos en cada una de las experiencias:
C1 10µF Vs 220 Vrms/ 50Hz
C2 10µF
A. Experiencia N° 1: Circuitos Dobladores En esta sección, se mostraran las implementaciones de los circuitos dobladores con carga y sin carga, junto con las distintos tipos de mejoras a través del aumento de la capacitancia. Además, se entregara la visualización grafica obtenida a través del osciloscopio. En las figuras 1 y 2 se muestra el circuito doblador sin carga y con carga de 10 k, junto con capacitores de 1µF. En las figuras 3 y 4, se visualiza el esquema del circuito pero aumentando el valor del capacitor. Y en las figuras 5 y 6, se aumenta el valor del condensador a 100 µF.
1N4007
Fig.4 Circuito Doblador con Carga de 10 k y Capacitore 1N4007
C1 100µF
1N4007
Vs 220 Vrms/ 50Hz
C2 100µF
C1 1µF Vs 220 Vrms/ 50Hz
1N4007
C2 1µF
Fig.5 Circuito Doblador sin Carga con Capacitores de 1
1N4007
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1N4007
Unlock full access with a free trial. Fig.1 Circuito Doblador sin Carga con Capacitores de 1 µF C1 100µF
Download With Free Trial Vs
1N4007
220 Vrms/ 50Hz
C2 100µF
C1 1µF R 10kΩ
Vs 220 Vrms/ 50Hz
1N4007
C2 1µF
Fig.6 Circuito Doblador con Carga de 10 k y Capacitores 1N4007
Fig.2 Circuito Doblador con Carga de 10 k y Capacitores de 1 µF 1N4007
TABLA I Sign de upVoltajes to votePresentes on thisentitle Parámetros Circuito Doblador Co de 1µF, sin Carga Useful Not usefuly con Carga de 10 k Parámetros Voltaje
Teórico 16,9 [V]
Experimental 17,1 [V]
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TABLA II Parámetros de Voltajes Prese ntes en Circuito Doblador Con Capacitores de 10µF, sin Carga y con Carga de 10 k Parámetros Voltaje Entrada Doblador
Teórico 16,9 [V]
Experimental 17,0 [V] Sin Carga
Voltaje Salida Doblador
33,94 [V] Con Carga
Vmax Vmin Vmedio ∆V Factor de Ripple Vmax Vmin Vmedio ∆V Factor de Ripple
32,8 [V] 32 [V] 32,5 [V] 0,8 [V] 0,025 31,2 [V] 26,8 [V] 29,3 [V] 4,4 [V] 0,15
Fig.8 Señal Visualizada del Circuito Doblador con Carga d Capacitores de 1 µF
TABLA III Parámetros de Voltajes Prese ntes en Circuito Doblador Con Capacitores de 100µF, sin Carga y con Carga de 10 k Parámetros Voltaje Entrada Doblador
Teórico 16,9 [V]
Experimental 17,0 [V] Sin Carga
Voltaje Salida Doblador
33,94 [V] Con Carga
Vmax 34,4 [V] Vmin 34 [V] Fig.9 Señal Visualizada del Circuito Doblador sin Carga y Ca Vmedio 34 [V] 10 µF ∆V 0,4 Reading [V] You're a Preview Factor de Ripple 0,012 Vmax Unlock 33,6 full[V] access with a free trial. Vmin 32,4 [V] Vmedio 33 [V] 1,2 [V] ∆V Download With Free Trial Factor de Ripple 0,036
Fig.10 Señal Visualizada del Circuito Doblador con Carga d Capacitores de 10 µF
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Fig.7 Señal Visualizada del Circuito Doblador sin Carga y Capacitores de
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la tabla VI y se puede observar las señales de salida el osciloscopio en la figura 22.
R 1kΩ Generador de Funciones e!a" inusoida" de 5Vrms/ 100Hz DC
Fig.12 Señal Visualizada del Circuito Doblador con Carga de 10 k y Capacitores de 100 µF
B. Experiencia N° 2: Circuitos Recortadores
Fig.13 Circuito Recortador de Señal Sinusoidal 5Vrms/
En esta actividad, se implementa el circuito recortador que se muestra en la figura 13, y que corresponde a que fue alimentado por un generador de funciones con una señal de forma sinusoidal y la figura 14 muestra un circuito suministrado por el mismo generador de funciones pero esta vez la señal es triangular, el propósito es eliminar los valores de tensión superiores a 3[V], los valores serán entregados en la tabla IV, y la visualización de las señales serán entregadas desde la figura 15 a la fi gura 16.
R 1kΩ
Generador de Funciones e!a" %rian&u"ar de 5Vrms/ 100Hz
DC
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C. Experiencia N° 3: Respuesta en Frecuencia en Fig.14 Circuito Recortador de Señal Triangular 5Vrms/ Rectificador de Onda Completa con Diodos 1N4007With Free Trial Download En esta sección, se verán la respuesta en frecuencia de un rectificador de onda completa compuesto por diodos 1N4007, en la figura 17, se muestra la configuración esquemática del circuito, además se compilan los datos de las mediciones obtenidos y se disponen en la tabla V, junto con esto se puede apreciar en las figuras 18-19-20, la visualización de la señal correspondiente a variaciones de frecuencia. La alimentación de este los circuitos de las actividades 3 y 4 se realizan a través del generador de funciones.
D. Experiencia N° 4: Respuesta en Frecuencia en
TABLA IV Parámetros de Voltajes de las Fuentes Presentes en el Circu
Parámetro Voltaje Fuente dc Voltaje Fuente ac
Ideal 3 [V] 5 [Vrms]
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Real 2,3 5,02[Vrm
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%ra)o
%ra)o 5Vrms
C*
Fig.20 Señal Visualizada de Circuito Rectificador Onda Compl 1N4007 a 1 MHz de Frecuencia de Entrada
Fig.16 Señal Visualizada Circuito Recortador de Señal Triangular 5Vrms/100Hz
5Vrms
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R1
C*
1 kΩ 1'(1
1'(1
Fig.17 Circuito Rectificador Onda Completa con Diodos 1N4007
Fig.21 Circuito Rectificador Onda Completa con Diodos
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Fig.18 Señal Visualizada de Circuito Rectificador Onda Completa con Diodos 1N4007 a 100Hz de Frecuencia de Entrada
Fig.22 Señal Visualizada de Circuito Rectificador Onda Compl a 10 kHz de Frecuencia de Entrada Sign 1N4148 up to vote on this title
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useful V NotTABLA
Parámetros de Rectificador de Onda Completa con Diod
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TABLA VI Parámetros de Rectificador de Onda Completa con Diodos 1N4148 en Alta Frecuencia Frecuencia Entrada 1 Hz 10 Hz 100 Hz 1 kHz 10 kHz 100 kHz 200 kHz 1 MHz 3 MHz
Parámetros Voltaje Entrada Vrms 2 Hz 5 [Vrms] 20 Hz 5 [Vrms] 202 Hz 5 [Vrms] 2 kHz 5 [Vrms] 20,3 kHz 5 [Vrms] 201 kHz 5 [Vrms] 400 kHz 5 [Vrms] 2 MHz 5 [Vrms] 6 MHz 5 [Vrms]
Frecuencia Salida
Voltaje Medio Salida 3,15 [V] 3,13 [V] 3,02 [V] 3,02 [V] 3,11 [V] 3,14 [V] 3,17 [V] 3,37 [V] 3,69 [V]
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Estos gráficos muestran a que frecuencia los diodo sufrir daños en su operación. Los gráficos de a continuac en el eje y la variable de 20log (Ganancia) Vs. Frecuen parámetros electrónicos de relevancia en estos circuitos.
Ganancia 0,63 0,626 0,604 0,604 0,622 0,628 0,634 0,674 0,738
20Log(Ganancia) Vs. Frec para Diodos 1N400 0
) a i c n a -5 n a G ( g -10 o L 0 2
E. Diagrama de Bode
1 Hz
10 Hz 100 Hz 1 kHz 10
-15
Aquí se presentaran los diagramas de bode, que indica a que Frecuencia frecuencia aproximada los diodos 1N4007 y 1N4148 empiezan a tener 20.o&/G problemas de operación, ya que no empezara a rectificar de manera adecuada. Se puede apreciar que en el gráfico de los diodos 1n4007, el rango de operación en respuesta en frecuencia mayores a 10kHz los 20Log(G) Vs. Frecuencia diodos dejaran de rectificar onda completa y sufrirán alteraciones en la señal de salida, mientras que en el gráfico de los diodos 1N4 148, el Diodos 1N4148 comportamiento en respuesta de la frecuencia es mucho mayor tiene Reading a Preview un rango más elevado de operación, ya que son diodosYou're más rápidos y 0 ) solo son afectados por frecuencias superiores a los 3MHz. 1 Hz 10 Hz 100 Hz 1 kHz 10 k G Unlock full access with a free ( trial. g o L 0 2
1
Ganancia Vs. Frecuencia para Download With Free Trial -5 Diodos 1N4007
Frecuencia
20.o&/G
a i c n0#5 a n a G
F. Pregunta de Investigación •
0 1 Hz
10 H z 100 H z 1kH z 10kH z 100kHz 1+ Hz Frecuencia
Ganancia
Ganancia Vs. Frecuencia para
Modelos de baja frecuencia y alta frecuencia e rectificadores.
Sign rectificadores up to vote on1N4007 this titlese consideran di Los diodos debido a queUseful en comparación los diodos 1N4148 ("r Nota useful primeros dejan de rectificar a una menor frecuencia, es d comienza a distorsionarse a frecuencias más bajas que rápido. Esto se puede observar en los gráficos mostrados
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Distintos encapsulados de diodos rectificadores de baja y alta frecuencia.
Existen variados tipos de encapsulados de diodos, p or ejemplo los diodos 1N4007 tienen un encapsulado DO-41 de plástico, mientras que el diodo de 1N4148 era de vidrio, eso se puede deber a que deben soportar un mayor rango de frecuencia y ese tipo de material es más resistente, también existen diodos con encapsulado cerámico que soportan altos niveles de voltaje, existirán variados tipos de encapsulados según sea la aplicación que se lleve a cabo con los dispositivos semiconductores.
V.
CONCLUSIÓN
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[2]
Pablo Aqueveque, Apuntes “Diodos”, Marzo 2014.
[3]
C. J. Savant, Martin S. Roden, Gordon L. Carpenter, Tercera Edicion, “Diseño Electrónico”, Capitulo 1 Circuitos con Diodos Semiconductores”, Editorial Pearso
[4] http://www.unicrom.com/Tut_duplicadores-tension.asp
[5] http://www.cabezacuadrada.cl/product.php?id_product=2 [6] http://www.profisica.cl/comofuncionan/como.php?id=51 [7] http://es.scribd.com/doc/61312655/Diodos-especiales
VII.
OBSERVACIONES Y CUADR EVALUACIÓN
Considerando los datos obtenidos en las actividades prácticas ya descritas y la información entregada por el osciloscopio referente al comportamiento de cada señal se pudieron obtener las siguientes inferencias, conclusiones, y/o comentarios. En un circuito doblador, en el semiciclo positivo de la onda de entrada el diodo uno se polariza directamente de manera que el capacitor uno se carga a una tensión máxima (el diodo dos esta polarizado inversamente y no conduce), luego en el semiciclo negativo el diodo dos se polariza directamente cargando el capacitor dos a un voltaje máximo. Como los dos capacitores están en serie las tensiones You're Reading a Preview almacenadas se suman lográndose el doblador de tensión; esto explica la forma de la señal del circuito doblador de la actividad número uno. full access with a free trial. De lo anterior se puede inferir que estos circuitos sonUnlock utilizados para conseguir altas tensiones partiendo de unas inferiores, como lo que ocurre en los tubos de rayos catódicos de los televisores de color.With Free Trial Download Ahora bien, al agregar una carga resistiva al circuito doblador, este nos muestra una señal con un rizado, de ellos podemos concluir que esto ocurre ya que el condensador se comienza a descargar a través de la carga lo cual hace que disminuya su voltaje, hasta un punto en el que el voltaje de entrada es mayor, en ese instante el diodo vuelve a conducir y se carga el condensador. En el proceso de variar la frecuencia entregada a un circuito rectificador de onda completa nos pudimos comprobar los enunciados teóricos ya que los diodos 1N4148 dejaban de rectificar (la señal se distorsionaba) aproximadamente a frecuencias iguales o superiores a 1MHz en cambio el circuito con diodos 1N4007 esto ocurría cuando la frecuencia bordeaba los 10kHz , esto nos indica que los diodos rápidos (1N4148) son muy eficaces en el procesamiento y detección de señales de radiofrecuencia y son usados como fu entes conmutadas
Sign up to vote on this title Useful Not useful ÍTEM PRESENTACIÓN INVESTIGACIÓN
MÁXIMO 1.0 0.5
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