Tema 4: Fuentes y generadores

Transcripción

1 Tema 4: Fuenes y generadores Fuenes de alimenación: : convieren ensión ac en ensión dc E. Mandado, e al. 995 Generadores de funciones: Fuene de señal calibrada y esable Aplicaciones: obención de respuesa frecuencial o emporal: Tes Manenimieno Generadores de señales: Cuadradas Triangulares Senoidales. Pallás. 987 (coresia de POMAX)

2 Tema 4: Fuenes de alimenación Fuene de alimenación: : circuio que conviere la ensión alerna (red indusrial) en una ensión prácicamene coninua Caracerísicas y uilidad: Casi odos los circuios elecrónicos necesian una fuene de alimenación a coninua. En sisemas poráiles (poca poencia) baería Bloques consiuyenes: a grandes rasgos la fuene de alimenación ión consa de res bloques fuene de alimenación regulada o esabilizada ecificador: Transformador ecificador Bloque de filrado Bloque esabilizador Enrada (alerna) Transformador ecificador Filro egulador Salida (coninua

3 Tema 4: ecificación (ransformador) Bloque de ecificación: : formador por un ransformador y un elemeno recificador Transformador: Adecua la ensión alerna a valores apropiados a la ensión de coninua que se desea obener al final de la fuene de alimenación: Aumena o reduce la ensión de forma adecuada para nuesros propósios Esa formado, básicamene por dos arrollamienos: Primario: nº de espiras n Secundario: nº de espiras n Dependiendo de n, n o i La poencia es la misma, no se amplifica ni se reduce como en divisores de ensión) Primario Secundario c.a. 0 i = máx sen 3

4 Tema 4: ecificación ecificador: Transforma en unidireccional la ensión bidireccional (o alerna) a) Es válido como recificador cualquier elemeno que : Presene una gran resisencia (ideal = ) al paso de la corriene en un senido Presene una resisencia muy pequeña ((ideal = 0) ) en el senido opueso Presene una resisencia muy pequeña ((ideal = 0 Disposiivo elecrónico que cumple esos requerimienos: diodo (unión p-n) Caracerísica del diodo Si >0 I 0 (=0): corocircuio Diodo Caracerísica del Diodo I D Si <0 I=0 (= ): circuio abiero >0 I D D <0 I D =0 4

5 Tema 4: ecificación ecificador: Circuio recificador más sencillo (denominado recificador de media onda) Las formas de onda de ensiones en el circuio: La señal en la carga L ( 0 ) es unidireccional pero resula muy deficiene como ensión coninua para alimenar circuios elecrónicos Primario Secundario Diodo ecificador de máx media onda c.a. L 0 0 = máx sen máx 5

6 Circuio recificador de onda complea (ransformador de oma inermedia) Consiuido por dos recificadores de media onda conecados: Un diodo conduce en un semiciclo El oro diodo durane el oro semiciclo de la señal del secundario del ransformador La ensión de salida 0, puede observarse en la figura La poencia enregada a la L Tema 4: ecificación es mayor que en el de media onda La ensión en L es "más" coninua ecificador de onda complea c.a. L 0 máx 0 = máx sen máx 6

7 Tema 4: ecificación Circuio recificador de onda complea : PUENTE DE DIODOS Transformador sin oma inermedia Necesia cuaro diodos máx ecificador de onda complea c.a. L 0 máx 0 Tensiones en la carga (L) y en el secundario del ransformador Las corrienes en cada semiciclo:; in > 0 0 = + in in < 0 0 = - in No perdemos poencia 0 0 L 7 L

8 Tema 4: ecificación ecificadores de Precisión: de media onda Uilizan únicamene los diodos en circuios que incluyen además AO ecificador de precisión: AO + diodos de media onda Tensiones en la enrada y en la carga (( L ) i = 5.6 K L = 5.6 K L 0 máx máx 0 Las corrienes en cada semiciclo: i >0 0 = 0 ensión nula en el semiciclo posiivo (elimina problemas ) i <0 0 = - in: en el semiciclo negaivo es un inversor 8

9 ecificadores de Precisión: de onda complea Se basa en el anerior uilizando una eapa inversora de modo que la ensión realimena y ambién realice la recificación de la pare e posiiva de i ecificador de precisión: AO + diodos de onda complea Tema 4: ecificación i Tensiones i y 0 / 0 máx Las corrienes en cada semiciclo:; máx 0 i > 0 0 = + in i < 0 0 = - in: 9

10 Filrado: Tema 4: Filrado Circuio cuya impedancia varía con la frecuencia de la señal que se le aplica. Los filros más sencillos esán consiuidos por un C o una L: I L I C a.c. ecificador L L a.c. ecificador L L L C Z T jc L Z T L jl Para realizar una fuene de alimenación nos ineresan los filros pasa-baja obención de una señal de coninua (Z baja para =0 ) La asociación de L en serie con C en paralelo es ambién un filro pasa-baja 0

11 ecificación (media onda) + Filrado: CASO CONDENSADO: Diodo acúa como un inerrupor Si L Tema 4: Filrado es elevada, enonces el condensador se carga y no se vuelve a descargard olaje de coninua (dc( dc) ) perfeco Como L no es enonces el condensador se carga en el semiciclo posiivo y se descarga poco a poco en el semiciclo negaivo Transformador ecificador Filro i c.a. i L C 0 0,i i Puno de core Puno umbral 0 = máx sen i

12 ecificación (onda( complea) ) + Filrado: La forma de onda es "más coninua" que la del recificador de media m onda con el mismo ipo de filro. Podemos observar la componene alerna linealizada de la ensión anerior, sobre la que podría calcularse su valor eficaz para deerminar el "rizado" de la fuene de alimenación. r Tema 4: Filrado r / m CC T T T/

13 Tema 4: egulación Bloque de egulación: : una fuene de alimenación sólo con recificación y filrado no es suficienemene buena La ensión dc salida (( 0 ) no es consane conforme varía la carga (( L ) La ensión dc salida (( 0 ) varía direcamene con la enrada alerna (( i ) La ensión dc de salida varía con la emperaura Para solvenar esos res inconvenienes y para reducir, además,, la ensión de rizado bloque regulador en las fuenes de alimenación. Pueso que 0 depende de : La ensión no regulada La corriene de salida La emperaura Facor de esabilidad S i T i L i il T S i S T 0 i il0 T 0 0 i 0 L T 0 o S 0 i i 0 T L T 0 T i 0 i 0 L esisencia de salida Coeficiene de Tª 3

14 Bloque de egulación: Para obener una regulación efeciva menor posibles Más consane será la ensión que suminisra a la salida S, 0 y S T deben ser lo Para cada circuio regulador que se a esudie a coninuación deben deerminarse esos coeficienes Ejemplos de reguladores: Tema 4: egulación 0 0 i i L 0 L 0 i L egulador Serie egulador paralelo 4

15 Tema 4: Generadores de funciones Generadores de funciones: Fuenes de señal calibrada y esable Generadores de señales emporales: Senoidales: : sus parámeros son : Frecuencia Ampliud de oscilación E. Mandado, e al. 995 ecangulares: : adopan dos valores de ensión diferenes Ondas cuadradas : = Impulsos de ondas recangulares E. Mandado, e al. 995 E. Mandado, e al. 995 Triangulares: : pueden ser siméricas Siméricas: pendiene ascendene = descendene No siméricas; pueden llegar a una rampa de subida de 90º (diene de sierra) 5

16 Tema 4: Osciladores lineales Osciladores lineales: : circuio elecrónico cuya función es producir una onda de salida senoidal sin aplicar exciación de enrada: Si conseguimos Iguales en módulo Fases diferenes v f v s Enrada v s v ia Amplificador A Salida v f v 0 Podríamos eliminar v S y la señal de salida se manendría sin enrada v v 0 f Av v f 0 A A A 80º Bloque de realimenación Amplificador A v f v 0 Bloque de realimenación A(f), B(f) frecuencia a la cuál se produce la oscilación aparece una señal sinusoidal Condición de oscilación 6 Salida

17 Tema 4: Osciladores lineales Oscilador de puene de Wien: : genera señal senoidal Un circuio oscilane que uiliza un puene equilibrado como red de realimenación Z C 3 Elemeno acivo Ampl. Operacional Ganancia muy elevada: G esisencia de salida: 0 =0 esisencia de enrada i = Z C 4 v i G v 0 Para enconrar la ganancia del lazo: Se rompe el lazo de realimenación en el puno 3 Se aplica una ensión exerna 0 enre erminales 3 y 4 v Gv i i 0 G 0 G ' ' v0 v0 v v G v i v v 7 v v i ' ' v0 v 0 v

18 Tema 4: Osciladores lineales Oscilador de puene de Wien: : genera señal senoidal (coninuación) v 0 v v 0 v 0 Z Z Z G v v v Z Z C j C Condición de oscilación: en la que se cumple que Z y Z ienen el mismo desfase para una frecuencia 0 =/C : fijada por, C Z Z ( j ) j j C C Z Z C Z Z Z 4 C 8 3 G v 0 v i

19 Tema 4: Osciladores lineales Oscilador de puene de Wien: : genera señal senoidal (coninuación II) Circuio a monar en el laboraorio 3 C Uilizar los siguienes valores = 5.6 KK C= 0 nf = 0 KK = 5 KK 0 =/C 0 = f 0 f 0 =84 Hz Oscilación Z Z C 4 0 k G v 0 v i Uilizar un poenciómero o resisencia variable 0 K 9

20 Tema 4: Osciladores lineales Oscilador de puene de Wien: : genera señal senoidal (coninuación III) CC muy baja: disminuye v - ealimenación posiiva: NO OSCILA Z C 3 G v 0 v i - CC T Z C 4 CC muy elevada: aumena v - - CC T ealimenación negaiva: el circuio oscila con v0 en sauración Oscilación = / CC - CC T 0 f 0 =86 Hz

21 Circuio generador de onda cuadrada La realimenación posiiva siempre sigue a la salida: v + = v 0 En la salida el AO da los valores de sauración: + CC, - CC Si v 0 =+ CC v + = CC La corriene I iende a cargar el condensador C Si v 0 =- CC Tema 4: Osciladores lineales v + = - CC La corriene I iende a descargar el condensador C I G v 0 v i C Dependiendo de la carga y descarga del condensador C: la corriene I circula en uno u oro senido se genera una onda cuadrada

22 Tema 4: Osciladores lineales Circuio generador de onda cuadrada (coninuación ) I CC 0 - CC T + v G v 0 v i C CC - CC v - CC - CC En el laboraorio = =0K = 0 K C= 0 nf El periodo de la oscilación: T C ln f 0 =4500 Hz

23 Agradecimienos Daniel Pardo Collanes. Deparameno de Física Aplicada. Universidad de Salamanca. Figuras coresía de: POMAX. Pallás,, Insrumenación Elecrónica. Marcombo,, 987. E. Mandado, P. Mariño y A. Lago, Insrumenación Elecrónica. Marcombo Pardo Collanes, Daniel; Bailón ega, Luís A., Universidad de alladolid. Secreariado de Publicaciones e Inercambio Ediorial