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Práctica 5
DIODOS Y RECTIFICACIÓN Pérez Perdomo Marco Antonio
Reyes Camacho Brenda Michelle
Facultad de Ciencias
UNAM
24 de enero de 2016
Resumen El presente experimento tiene como finalidad estudiar los rectificadores compuestos con diodos.
Esto por medio de armar circuitos que se comportan como rectificador de media onda y rectificador
de onda completa. Se obtuvo que en el caso del rectificador de media onda la frecuencia de salida
era igual a la frecuencia de salida, mientras que en el caso del rectificador de onda completa la
frecuencia de salida aumentaba al doble. Se concluyó que entre mayor fuera el valor del
condensador menor seria la componente AC presente en la componente DC.
OBJETIVO Observar y comparar las diferentes opciones de rectificación con diodos.
INTRODUCCIÓN Un rectificador es un circuito el cual convierte la corriente alternativa (AC) de entrada a
corriente directa (DC). Su componente fundamental para diseñarlos son
los diodos rectificadores.
Rectificador de media onda
Es construido con un diodo ya que este pude
mantener el flujo de corriente en una sola
dirección, se puede utilizar para cambiar una
señal de AC a una de DC. Cuando la tensión de
entrada es positiva, el diodo se polariza en directo
y se puede sustituir por un corto circuito. Si la
tensión de entrada es negativa el diodo se polariza
en inverso y se puede remplazar por un circuito
abierto. Por tanto cuando el diodo se polariza en
directo, la tensión de salida a través de la carga se
puede hallar por medio de la relación de un divisor
de tensión sabemos además que el diodo requiere
0.7 voltios para polarizarse así que la tensión de
salida esta reducida en esta cantidad (este voltaje
depende del material de la juntura del diodo).
Cuando la polarización es inversa, la corriente es
cero, de manera que la tensión de salida también
es cero. Este rectificador no es muy eficiente debido a que durante la mitad de cada ciclo la
Rectificador de media onda
entrada se bloquea completamente desde la salida, perdiendo así la mitad de la tensión de
alimentación. El voltaje de salida en este tipo de rectificador es aproximadamente 0.45
voltaje máximo de la señal de entrada.
En este tipo de rectificador se tiene que
(1)
Rectificador de onda completa
De este tipo de rectificador podemos encontrar diferentes versiones dos de ellas son las
siguientes:
Rectificador de onda completa con derivación central
Se muestra el rectificador de onda completa con derivación central, este utiliza ambas
mitades de la onda sinusoidal de entrada; para obtener una salida unipolar, invierte los
semiciclos negativos de la onda sinusoidal. En esta aplicación se utiliza en el devanado
central del transformador con la finalidad de obtener dos voltajes VS iguales, en paralelo
con las dos mitades del devanado secundario con las polaridades indicadas. Cuando el
voltaje de línea de entrada, que
alimenta al devanado primario, es
positivo, ambas señales marcadas
como VS serán positivas. En este caso
D1 conduce y D2 estará polarizado
inversamente. La corriente que pasa
por D1 circulará por la carga y
regresará a la derivación central del
secundario. El circuito se comporta entonces como rectificador de media onda, y la salida
durante los semiciclos positivos será idéntica a la producida por el rectificador de media
onda. Ahora, durante el semiciclo negativo del voltaje de AC de la línea, los voltajes
marcados como VS serán negativos. Entonces D1 estará en corte y D2 conduce. La
corriente conducida por D2 circulara por la carga y regresa a la derivación central. Se
deduce que durante los semiciclos negativos también el circuito se comporta como
rectificador de media onda, excepto que ahora el diodo D2 es el que conduce. Lo más
importante es que la corriente que circula por la carga siempre pasa por la misma dirección
y el voltaje Vo será unipolar. La onda de salida se obtiene suponiendo que un diodo
conductor tiene una caída constante de voltaje VDO, es decir, se desprecia el efecto de la
carga. El voltaje de salida es aproximadamente 0.9 voltaje máximo de la onda.
Rectificador de onda completa con puente de diodo
La figura de la izquiera muestra el circuito conocido como
rectificador en puente de Winstone y la señal de salida
obtenida en este rectificador. Como se observa no hay
Rectificador de onda completa con derivación central
Rectificador de onda completa con puente de diodo.
variaciones en la señal de salida con respecto al rectificador con derivación central, la
diferencia radica en que este no usa derivación y si dos diodos más. Su funcionamiento
radica en que durante los semiciclos positivos del voltaje de entrada vs la corriente es
conducida a través del diodo D1, la carga y el diodo D2 (por ser positivo). Entre tanto los
diodos D3 y D4 están polarizados inversamente. Consideremos la situación durante los
ciclos negativos del voltaje de entrada. El voltaje secundario vs será negativo y entonces -
vs será positivo, forzando la corriente a circular por D3, la carga y D4; entre tanto los
diodos D1 y D2 estarán polarizados inversamente. Cabe anotar que durante los dos ciclos la
corriente circula por la carga en la misma dirección y por tanto Vo siempre será positivo.
Este circuito posee una deficiencia que es la generación de una tierra virtual de vida a la
conexión que posee además sabemos que este circuito decrementa el valor de la salida no
en solo 0.7 voltios, debido a la conexión que posee en serie este circuito. Si una de las
terminales de la fuente se aterra, ninguna de las terminales de la carga se puede aterrar; de
lo contrario provocaría un lazo de tierra, que eliminaría uno de los diodos. Por tanto es
necesario introducir un transformador a este circuito para aislar entre sí las dos tierras. En
este también el voltaje de salida es aproximadamente 0.9 voltaje máximo de la onda.
En el caso del rectificador de onda completa se tiene que
(2)
Factor de rizo
Si bien el objetivo último de un rectificador es obtener una tensión continua, es inevitable
que superpuesta a ésta aparezcan componentes armónicos. Se define el rizado como la
suma de estos componentes:
( ) ( ) (3)
Para cuantificar el rizado se introduce el factor de rizo, definido como el cociente entre el
valor eficaz del rizo y el valor medio de la señal, expresado normalmente en forma
porcentual:
(4)
Y
√
(5)
MATERIAL
4 diodos 1N4006
3 condensador de 220 μf, 1000 μf, 2200 μf
1 osciloscopio
1 resistencia de 2.7 KΩ @ 25W
1 transformador con derivación central (24 V @ 1 A)
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Circuito A
Se realizará el montaje experimental como se muestra en la figura 1.
Circuito B
El circuito B se armará como se muestra en la figura 2.
Circuito C
Se realizará el montaje experimental como se muestra en la figura 3.
Para el llenado de las tablas
En el caso de Vpp (entrada) y la Frecuencia entrada se toman las mediciones antes de
colocar el condensador. Posteriormente, se colocará el condensador para tomar las medidas
de Vpp salida, frecuencia de salida. Al tomar el voltaje Vdc es importante que el
acoplamiento este en “DC”. Por último, para obtener el voltaje el factor de rizo se utiliza la
fórmula 4.
Figura 2
Figura 1
DATOS
A continuación se muestran los resultados del circuito A
VARIABLE CIRCUITO A
220 μF 1000 μF 2200 μF
Vppentrada [V] 35.0±0.05 34.60±0.05 34.40±0.05
Vppsalida [V] 17.80±0.05 17.80±0.05 17.80±0.05
Frecuencia entrada [Hz] 59.95±0.05 60.02±0.05 60.02±0.05
Frecuencia salida [Hz] 59.10±0.05 60.68±0.05 60.10±0.05
Vppr [mV] 448±0.05 114±0.05 56.8±0.05
Vdc [V] 16.70 ± 0.05 16.6±0.05 16.5±0.05
Vrms [V] 0.129±0.005 0.0302±00.05 0.0142±0.005
Factor de Rizo 0.007724551 0.00181928 0.000861
% de la componente de AC 0.76% 0.17% 0.07%
Tabla 1: Resultados adquiridos del circuito A con distintos condensadores.
Figura 3
Figura 4: Datos de circuito A con el condensador de 220 µF
Figura 5: Datos del circuito A con el condensador de 1000 µF
Figura6: Datos del circuito A con el condensador de 2200 µF
VARIABLE CIRCUITO B
220 μF 1000 μF 2200 μF
Vppentrada [V] 34.4±0.05 34.6±0.05 34.6±0.05
Vppsalida [V] 17.2±0.05 17.2±0.05 17.2±0.05
Frecuencia entrada [Hz]
60.02±0.05 60.02±0.05 60.02±0.05
Frecuencia salida [Hz] 120.05±0.05 126.3±0.05 122.9±0.05
Vppr [mV] 0.232±0.05 0.0584±0.05 0.0322±0.05
Vdc [V] 16.8±0.05 16.7±0.05 16.6±0.05
Vrms [V] 0.0603±0.05 0.015±0.05 0.0742±0.05
Factor de Rizo 0.003589286 0.000898204 0.00446988
% de la componente de ca
0.36% 0.09% 0.45%
VARIABLE CIRCUITO C
220 μF 1000 μF 2200 μF
Vppentrada [V] 34±0.05 34±0.05 34±0.05
Vppsalida [V] 16.6±0.05 16.6±0.05 16.6±0.05
Frecuencia entrada [Hz] 60.02±0.05 60.02±0.05 60.02±0.05
Frecuencia salida [Hz] 121.3±0.05 120.4±0.05 120.3±0.05
Vppr [mV] 0.21±0.05 0.056±0.05 0.034±0.05
Vdc [V] 15.9±0.05 15.9±0.05 15.9±0.05
Vrms [V] 0.058±0.05 0.0145 0.007
Factor de Rizo 0.003647799 0.00091195 0.000440252
% de la componente de AC
0.35% 0.10% 0.03%
Tabla 3: Resultados adquiridos del circuito C con distintos condensadores.
Tabla 2: Resultados adquiridos del circuito B con distintos condensadores.
Figura 7: Datos de circuito B con el condensador de 220 µF
Figura 8: Datos de circuito B con el condensador de 1000 µF
Figura 9: Datos de circuito B con el condensador de 2200 µF
Discusión En el caso del circuito A, se observa en la tabla 1 que el circuito que se armó se comporta
como un rectificador de media onda, esto debido a que la frecuencia de entrada y salida son
iguales. Al colocar el condensador de 220µF se obtuvo una factor de rizo de 0.76% , con el
condensador de 1000 µF 0.16%, mientras que con el condensador de 2200 µF 0.07%. Esto
indica que entre mayor sea el valor del condensador menor será la presencia de la
componente AC en la componente DC
El circuito B y C se comportaron como rectificadores de onda completa, esto se puede
observar en la tabla 2 y 3, respetivamente, ya que la frecuencia aumento al doble. Esto es
debido a que en este tipo de rectificadores el periodo de la onda se reduce a la mitad, por lo
que se llega más rápido al Vp. De manera análoga, entre mayor sea el valor del
condensador menor será la presencia de la componente AC en la componente DC.
Referencias
DIEFENDERFER J. “Instrumentación Electrónica", Nueva Editorial
Interamericana.
MUHAMMAD H. RASHID, Electrónica de potencia, Ph.D.,Fellow IEE
Figura 10: Datos de circuito C con el condensador de 220 µF
Figura 11: Datos de circuito C con el condensador de 1000 µF
Figura 12: Datos de circuito C con el condensador de 2200 µF