Experimento 3: Circuitos Rectificadores con y sin Filtro

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1 Instituto Tecnológico de Costa Rica Escuela de Ingeniería Electrónica Profesores: Dr.-Ing. Pablo Alvarado M., Dipl.-Ing. Eduardo Interiano S. Laboratorio de Elementos Activos I Semestre 2005 I Objectivo General Experimento 3: Circuitos Rectificadores con y sin Filtro Al finalizar el experimento y su análisis, el estudiante estará en capacidad de explicar el funcionamiento y dimensionar los circuitos rectificadores de media onda y onda completa con filtro de condensador. II Objetivos Específicos 1. Explicar las dependencias entre I diodo, U salcd, U ondp P, R L y C a frecuencia constante en rectificadores filtro de condensador de media onda y onda completa. III 2. Calcular y seleccionar los componentes adecuados para un circuito rectificador con filtro de condensador, dados los requisitos del circuito tales como la tensión de ondulación máxima U ondp P ; la tensión media de salida U salcd ; la frecuencia de operación f y la corriente de carga I L o la resistencia de carga R L. Cuestionario Previo 1. Simule usando PSPICE el circuito de la figura 1 2. Qué función cumple la resistencia R m? Qué representa la tensión U bc en R m? 3. Qué representa la tensión U ab? 4. En el circuito de medición de la figura 1. Cuál es la tensión inversa máxima del diodo D sin condensador, 4.2. con condensador? 5. Cuál es la diferencia entre un diodo 1N4001 y un diodo 1N4004? 6. Si solamente tiene condensadores de 100 µf. Cómo logra un condensador de 50 µf? Cómo logra uno de 200 µf? 7. Cuando se mide la señal U ab. Cuál es la referencia, la terminal a, o la terminal b? 8. Dónde debe colocar la tierra del osciloscopio, si desea medir simultáneamente las señales U ab y U ent (la tensión del generador)? Para este caso, Cuál semiciclo de la tensión del generador representa la parte negativa de la forma de onda de U ent en el ORC. 1

2 IV 9. Dibuje el circuito de medición para el punto 6 del procedimiento. 10. Investigue y dibuje en su cuaderno de ingeniería los circuitos rectificadores con filtro de condensador de media onda; de onda completa en puente; de onda completa con derivación central y doblador de tensión. 11. Qué significan los términos media onda y onda completa en el contexto de los circuitos rectificadores? 12. Cómo afecta la frecuencia de la tensión de entrada, el funcionamiento de los diodos rectificadores convencionales? Qué tipo de diodos se utilizan en rectificadores de alta frecuencia? Materiales y Equipo 1 fuente GH 1 osciloscopio de rayos catódicos (ORC) 1 aislador de tierras (tapón aislador) 1 multímetro digital 1 regleta de cables 1 placa universal 1 juego de puentes resistencias de 1 Ω, 100 Ω, 220 Ω, 470 Ω, 1 kω 1 diodo rectificador de silicio (1N4001,1N4004,ECG116) 2 condensadores de 100 µf hojas para oscilogramas V Procedimiento 1. Es importante antes de comenzar que: Primera Parte mida y anote el valor real de las resistencias empleadas, verifique la condición de los diodos a emplear, aisle la tierra del osciloscopio (use el enchufe aislador) respecto a la tierra del generador. Confirme con una medición de continuidad usando el multímetro. 2. Monte el circuito de medición de la figura 1. Use acople de CD en el ORC para tomar las formas de onda y amplitudes. Use el voltímetro para las mediciones de valor medio. En 2

3 a b c D 1 R m 1N Ω U ent GH 20 V p C 100 µf + R L U sal d Figura 1: Circuito de Medición 1. la fuente GH, use las salidas de color amarillo, con el interruptor inferior en la posición derecha. 3. Comparación del circuito rectificador sin y con filtro de condensador Remueva el condensador del circuito de medición. Mantenga la resistencia de carga R L = 470 Ω 3.2. En la figura 1 ajuste la tensión del generador U ent (t) = 20 sen(ωt)[v] con la perilla central Mida y dibuje U ent (t) = U ad (t), U ab (t), U bc (t) y U sal (t), (usando como referencia gráfica a U ent (t)). Siempre tome como referencia, en cada medición, una señal de fase conocida y grafique en fase correcta. Mida y anote el valor medio de U ab y U sal Coloque en el circuito C = 50 µf (observe la polaridad). Mantenga R L = 470 Ω y repita como en el punto Variación del condensador a R L = 470 Ω = cte.; U ent (t) = 20 sen(ωt)[v] = cte. Mida U salcd, U ondp P (acople CA) e I Dp, para los valores de C = 50 µf, 100 µf, 200 µf. 5. Variación de la carga a C = 100 µf = cte.; U ent (t) = 20 sen(ωt)[v] = cte.. Asegúrese de mantener constante la tensión de entrada. Mida U salcd, U ondp P (acople CA) e I Dp, para los valores de R L = 220 Ω, 470 Ω, 1 kω, Ω. Segunda Parte 6. Remueva el condensador del circuito de medición de la figura 2. En la fuente GH, conecte las salidas de la parte inferior izquierda: roja al punto a y la azul al punto d, 3

4 con los dos interruptores en posición abajo e izquierda. Esto brindará la señal rectificada indicada en la figura 2. a b c R m 1 Ω U ent GH 20 V p C 100 µf + R L U sal d Figura 2: Circuito de Medición 2. VI 7. Con R L = 470 Ω, ajuste la tensión de entrada U ent (t) a 20 V p. Qué circuito producirá a partir de una forma de onda senoidal, la forma de onda medida para U ent (t)? 7.1. Mida y dibuje U ent (t), U bc (t) y U sal (t). Mida y anote el valor medio de U sal, (U salcd ) Coloque en el circuito C = 50 µf (observe la polaridad). Mantenga R L = 470 Ω y repita como en el punto Variación del condensador a R L = 470 Ω = cte.; U ent (t) = 20 sen(ωt)[v] = cte. Mida U salcd, U ondp P (acople CA) e I Dp, para los valores de C = 50 µf, 100 µf 200 µf. 9. Variación de la carga a C = 100 µf = cte.; U ent (t) = 20 sen(ωt)[v] =cte. Asegúrese de mantener constante la tensión de entrada. Mida U salcd, U ondp P (acople CA) e I Dp, para los valores de R L = 220 Ω, 470 Ω, 1 kω, Ω. Evaluación 1. Para las misma condiciones de capacidad del filtro de condensador y de resistencia de carga. Cómo varían la corriente máxima del diodo y la tensión de rizado U ondp P, comparando los rectificadores de media onda y onda completa? Cuál tipo de rectificador produce menos rizado y tiene menor corriente de diodo? 2. Basado en el resultado del punto anterior, Cuál es el criterio para la selección de la corriente directa máxima para los diodos usados en circuitos rectificadores con filtro de condensador: 2.1. para rectificador de media onda, 4

5 2.2. rectificador de onda completa? 3. Analice la relación entre U salcd, U ondp P, R L y C a frecuencia constante para el rectificador de media onda y para el de onda completa. Para una misma corriente de carga, cuál circuito requiere menos capacidad en el filtro? 4. Suponiendo el uso de diodos rápidos, Qué influencia tendría el aumentar la frecuencia, sobre la capacidad del filtro de condensador requerido para la misma corriente de carga? 5. Qué factores deben tomarse en cuenta al escoger el tipo de diodo para un circuito rectificador con filtro de condensador.? Use los resultados de los puntos 3 (tensión), 5 (corriente) para el análisis. 6. Cuál es la relación de la tensión inversa máxima sobre el diodo y la tensión de entrada máxima en el rectificador de media onda y en el rectificador de onda completa con filtro de condensador. 7. Basado en el resultado del punto anterior, Cuál es el criterio para la selección de la tensión inversa máxima para los diodos usados en circuitos rectificadores con filtro de condensador: 7.1. para rectificador de media onda, 7.2. rectificador de onda completa? 8. Para un rectificador con filtro de condensador, Cuál sería un criterio para la selección de la tensión máxima del condensador? 9. Deduzca una ecuación para el cálculo aproximado del condensador de filtro, en función de: 9.1. el valor medio de la tensión de salida deseada U salcd ; 9.2. la resistencia de carga R L ; 9.3. la tensión de ondulación máxima U ondp P permitida y el tipo (media onda, u onda completa) de rectificador. EIS/pam, 7 de marzo de