Objetivo general. Objetivos específicos. Materiales y equipo CIRCUITOS RECTIFICADORES. Electrónica I. Guía 3 1 / 9

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1 Electrónica I. Guía 3 1 / 9 Facultad: Ingeniería. Escuela: Electrónica. Asignatura: Electrónica I. Lugar de ejecución: Fundamentos Generales, aula 3.21 (Edificio 3, 2da planta). CIRCUITOS RECTIFICADORES Objetivo general Analizar el comportamiento de los circuitos rectificadores de onda completa, comparando su operación (de los circuitos reales) con las predicciones que proponen los modelos lineales. Objetivos específicos Familiarizar al estudiante con el comportamiento de los diodos cuando se les aplica una señal alterna (AC). Observar el comportamiento del circuito puente rectificador, utilizando los instrumentos de laboratorio. Determinar de forma experimental los parámetros más importantes de un circuito rectificador. Materiales y equipo 1 Unidad PU-2000 con PU Osciloscopio digital PicoScope 2204A. 4 diodos 1N4004 (podrían ser entregados en un bloque empaquetado). 4 LEDS. 1 Resistor de 220 Ω. 1 Resistor de 470 Ω. 1 Resistor de 1 kω. 1 Resistor de 10 kω. 1 Capacitor de 100 uf. 2 cables de conexión para osciloscopio. 2 Cables de conexión para el multímetro. 2 Cables de conexión para el PU breadboard. 1 Pinza. 1 Tenaza. Alambre de telefonía.

2 2 / 9 Electrónica I. Guía 3 Introducción teórica En las mayoría de aplicaciones electrónicas una parte de los circuitos (sino la mayoría) se energizan usando corriente directa (DC), pero el suministro comercial de energía se realiza utilizando corriente alterna (AC), por lo que se hace necesario utilizar un circuito que transforme la señal AC en una señal que se asemeje a las de DC. El nivel de semejanza depende mucho del tipo de circuito electrónico que se espera energizar. A los circuitos que realizan esta transformación se les llama Rectificadores y están compuestos principalmente por diodos. Existen dos configuraciones fundamentales: el rectificador de media onda y el rectificador de onda completa. Para las aplicaciones que utilizan circuitos integrados es necesario añadir un filtro al proceso de rectificación para lograr la calidad que estos dispositivos requieren. La implementación del rectificador de media onda es muy simple pues solo necesita un diodo, pero la señal que se obtiene es de baja calidad (no se asemeja mucho a la DC, por lo que solo se aconseja en contadas aplicaciones. El circuito y su operación se describen en la Figura 1. Figura 1: Rectificador de media onda. La señal alterna cambia continuamente de signo (la mitad del período en positivo y la otra mitad en negativo), lo que causa cambios en la polarización del diodo que oscila entre la polarización directa e inversa. Si se aplica el modelo ideal para realizar el análisis se puede observar que el modelo predice un comportamiento de interruptor que se abre y cierra permitiendo el paso de la corriente en un solo sentido, este es en si el efecto de la rectificación, tal como se muestra en la figura 2.

3 Electrónica I. Guía 3 3 / 9 Figura 2: Operación del rectificador de media onda. La implementación del rectificador de onda completa se puede realizar de varias maneras: utilizando dos diodos, lo que implica usar un transformador con derivación central, como se muestra en la Figura 3a. La otra posibilidad emplea cuatro diodos y no necesita el transformador con derivación central así como se muestra en la Figura 3b. Figura 3: Rectificadores de onda completa. (a) Usando transformador con derivación central y (b) Con puente rectificador. Al analizar la operación del puente rectificador se observa que mientras la señal se encuentre en el semi ciclo positivo los diodos D2 y D3 se encuentran polarizados en directa y los otros dos en inversa. Si se aplica el modelo ideal (los diodos operan como interruptores) permite el paso de la corriente como se muestra en la Figura 4a. Al pasar al semi-ciclo negativo los diodos que se polarizan en directa son D1 y D4, es importante notar que la señal de entrada es negativo, pero en el resistor la corriente circula en el mismo sentido que en el semi-ciclo positivo, por lo que la polaridad del voltaje no cambia (ver figura 4b).

4 4 / 9 Electrónica I. Guía 3 Figura 4: Operación del rectificador de onda completa en puente. (a) Semi-ciclo positivo y (b) Semi-ciclo negativo. NOTA: En esta práctica se utilizarán algunos diodos LED S para mostrar la operación de los circuitos rectificadores, pero esto solo es por motivos didácticos. Procedimiento PARTE II. Rectificador de media onda. 1. Antes de iniciar la actividad asegúrese que la fuente del PU-2000 se encuentra apagada, además todos los controles se encuentran ajustados a su posición mínima o desactivados. 2. Tome uno de los diodos Led que se le ha proporcionado e identifique sus terminales Ánodo (A) y Cátodo (K) e implemente el circuito que se muestra en la Figura Encienda la fuente de alimentación y verifique el correcto funcionamiento del circuito. Figura 5: Rectificador de media onda utilizando diodo led. 4. Usando el multímetro determine las coordenadas del punto de operación (punto Q) del LED. IDQ = VDQ = 5. En el Generador de Señales del PU-2200 ajuste una frecuencia de 1Hz 6. En el circuito implementado sustituya la fuente DC de +5.0 V por la señal que se obtiene del borne etiquetado TTL OUTPUT, esta es una señal pulsante que oscila entre dos valores, +5.0 V y 0.0 V. Qué observa en la operación del circuito? Cómo relaciona esto con lo descrito en la introducción teórica?

5 Electrónica I. Guía 3 5 / 9 7. En el borne etiquetado como OUTPUT Hi (del Generador de señales), con el PicoScope ajuste y mida una señal cuadrada de 4.0 Voltios pico. NOTA: Si lo desea para la calibración del voltaje puede usar una frecuencia aproximada de 200 Hz, pero luego ajuste de nuevo a la frecuencia de 1Hz). 8. En el circuito que ha implementado sustituya la fuente de DC de +5.0V por la señal que ha ajustado. Describa sus observaciones 9. Cambie la forma de onda a triangular y seno. Describa sus observaciones 10. Sustituya el Led por un diodo 1N4004 y el resistor de 220Ω por un resistor de 1 kω. 11. Ajuste con el PicoScope la señal senoidal de entrada a 5.0 Voltios pico y 200 Hz. 12. Aplique la señal al circuito y observe en el osciloscopio de forma simultánea la señal de entrada y la señal en el resistor R1. NOTA: Debe utilizar acople DC y seleccione un valor de VOLT/DIV en ambos canales que le muestre una imagen clara. Al cambiar VOLT/DIV del Ch-B este empezará a medir recuerde que inicia apagado por defecto. 13. Dibuje en la Figura 6 las señales que observa e indique los valores máximos y mínimos de la señal, además escriba las escalas de utilización del osciloscopio. Tiempo: s/div CH-A: v/div CH-B: v/divo Figura 6: Formas de onda en el rectificador de media onda. 14. Usando el multímetro en DC, mida los voltajes de entrada, en el diodo y en el resistor. Vin = VD = VR = 15. Usando el multímetro mida el voltaje de AC en el resistor. VR = 16. Cómo interpreta estos resultados?

6 6 / 9 Electrónica I. Guía Reduzca la amplitud al mínimo, apague la fuente y desarme el circuito. PARTE III. Rectificador de onda completa (Puente rectificador). 18. En el Generador de señales ajuste en la salida OUTPUT Hi una onda cuadrada de 4.0 Voltios pico a frecuencia mínima (1 Hz). 19. Implemente el circuito que se muestra en la Figura 7, encienda la fuente y describa sus observaciones respecto a la operación del circuito: 20. Cómo relaciona esto con lo descrito en la introducción teórica? Figura 7: Rectificador de onda completa en Puente, utilizando Led s. 21. Desconecte el generador de señales y ajústelo a una señal senoidal de 7 voltios pico y 200 Hz 22. Sustituya los Leds por diodos 1N4004 y el resistor de 220Ω por uno de 1kΩ y conecte solamente una de las puntas del PicoScope a la resistencia de carga para ver la salida del circuito. Nota: No es posible ver de manera simultánea la señal de entrada y la de salida ya que por la configuración del circuito si se coloca la punta del canal A entre los terminales del generador de señales para ver la señal de entrada, el terminal de tierra de la punta aterriza este punto eliminando uno de los diodos y al conectar la punta del canal B entre las terminales del resistor vería en el osciloscopio una señal de salida de un rectificador de media onda, para solventar este problema lo mejor es agregar un transformador a la entrada para aislar las dos tierras. 23. Dibuje la señal que observa en la Figura 8 e indique los valores máximos y mínimos de la señal, además escriba las escalas de utilización del osciloscopio.

7 Electrónica I. Guía 3 7 / 9 Tiempo: s/div CH-B: v/div Figura 8: Señal de salida en el puente rectificador. 24. Determine la frecuencia de la señal de salida. F = Hz y usando el multímetro determine voltaje en el resistor, tanto en DC como en AC. V R-DC = V V R-AC = V 25. Cambie la señal del generador de señales para que sea una señal cuadrada. Describa sus observaciones:. 26. Desconecte el osciloscopio y apague la fuente de alimentación. PARTE IV. Filtro RC en circuitos rectificadores. 27. Conecte el capacitor C1 en paralelo a R1. NOTA: DEBE RESPETAR LA POLARIDAD DE LOS CAPACITORES ELECTROLITICOS. 28. Encienda la fuente de alimentación y active el osciloscopio. Describa sus observaciones sobre la operación del circuito: 29. Dibuje la señal que observa en la Figura 9a e indique los valores máximos y mínimos de la señal. Además escriba las escalas de utilización del osciloscopio. 30. Determine la frecuencia de la señal. F = Hz y usando el multímetro determine voltaje en el resistor, tanto en DC como en AC. V R-DC = V V R-AC = V 31. Cambie el acople del osciloscopio a AC y ajústelo hasta que tenga una imagen adecuada para medir el voltaje pico a pico de rizo. VRpp = V

8 8 / 9 Electrónica I. Guía Dibuje la señal que observa en el osciloscopio en la Figura 9b. 33. Cambie el resistor R1 por 470 Ω y observe la salida en el osciloscopio con acople DC: Qué nota de interesante en la medición? 34. Usando el multímetro determine voltaje en el resistor, tanto en DC como en AC. V R-DC = V V R-AC = V. 35. Sustituya el resistor de carga por uno de 10.0 kω. Qué ocurrió con la señal? 36. Usando el multímetro determine voltaje en el resistor, tanto en DC como en AC. V R-DC = V V R-AC = V. Tiempo: s/div CH-B: v/div Tiempo: s/div CH-B: v/div Figura 9. Salida del Puente rectificador en acople. (a) DC y (b) AC. 37. Apague la fuente de alimentación, cierre la aplicación PicoScope 6 y desmonte el circuito. Análisis de Resultados 1. Para el rectificador de onda completa con filtro calcule la corriente de DC que entregan a R1 para los tres diferentes valores. 2. Calcule el factor de rizo del último circuito implementado. 3. Calcule el voltaje de rizo pico a pico que se obtendría si sustituyéramos en el último circuito el capacitor de 100uF por uno de 330μF.

9 Electrónica I. Guía 3 9 / 9 Investigación Complementaria 1) Investigue en la hoja de datos del fabricante si es posible utilizar los diodos con los que trabajó en esta práctica para rectificar una señal senoidal de 220Vrms en configuración de puente. Justifique su respuesta. 2) Investigue cuáles son las maneras de regular el potencial de salida de una fuente DC, ya sea de manera fija o regulable. Bibliografía Boylestad, R - Nashelsky, L, Electrónica: Teoría de Circuitos y dispositivos electrónicos, sexta edición PRENTICE HALL Savant C. - Roden M. - Carpenter G. Diseño electrónico: Circuitos y sistemas, tercera edición PRENTICE HALL 2000.