Inacap Maipú. Elec tr tricid icida a d Indus Industr trial. ial.
Electrónica discreta e integrada.
FUENTES DE PODER
Nombre Alumno (s): Manuel Atabales Pablo C ar aro o Nombre Profe Profes sor: Víc Víc tor Ca be llo. Fec ha ha:: O c tubr tubre e de d e 201 2012 Sec c ión: 733. 733.
Índice - Índice…………………………………………………..……………..…………………………2 - Marco teórico...…………………………………………………………………………………3 - Marco práctico (desarrollo de la actividad)………………………………………………….7 -Rectificación media onda…………...……………………….………………………...7 -Rectificador de onda completa……………………………………………………….10 -Puente rectificador…………………………………………………………………….11 - Conclusión………………………………………………………........................................12
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Marco teórico Rectificador a un diodo
El rectificador más sencillo es el que utiliza solamente un diodo, su esquema es este:
Cuando Vi sea positiva la tensión del ánodo será mayor que la del cátodo, por lo que el diodo conducirá: en Vo veremos lo mismo que en Vi. Mientras que cuando Vi sea negativa la tensión del ánodo será menor que la del cátodo y el diodo no podrá conducir, la tensión Vo será cero. Según lo que acabamos de decir la tensión Vo tendrá esta forma:
Como puedes comprobar la tensión que obtenemos con este rectificador no se parece mucho a la de una batería, pero una cosa es cierta, hemos conseguido rectificar la tensión de entrada ya que Vo es siempre positiva. Aunque posteriormente podamos filtrar esta señal y conseguir mejor calidad este esquema no se suele usar demasiado. La forma de la onda de salida es idéntica a la del rectificador en puente, sin embargo este rectificador precisa de un transformador con toma media en el secundario. Un transformador de este tipo tiene una conexión suplementaria en la mitad del arrollamiento secundario:
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El esquema del rectificador con do s diodos
Tal y como son las tensiones en A y en B nunca podrán conducir ambos diodos a la vez. Cuando A sea positiva (B negativa) el ánodo de D1 estará a mayor tensión que su cátodo, provocando que D1 conduzca. Cuando B sea positiva (A negativa) el ánodo de D2 estará a mayor tensión que su cátodo, provocando que D2 conduzca. Obteniéndose la misma forma de Vo que con el puente rectificador:
La ventaja de este montaje es que solo utiliza dos diodos y solo conduce uno cada vez, por lo que la caída de tensión y las pérdidas en los mismos es menor. El filtro: La tensión en la carga que se obtiene de un rectificador es en forma de pulsos. En un ciclo de salida completo, la tensión en la carga aumenta de cero a un valor de pico, para caer después de nuevo a cero. Esta no es la clase de tensión continua que precisan la mayor parte de circuitos electrónicos. Lo que se necesita es una tensión constante, similar a la que produce una batería. Para obtener este tipo de tensión rectificada en la carga es necesario emplear un filtro. El tipo más común de filtro es el del condensador a la entrada, en la mayoría de los casos perfectamente válido. Sin embargo en algunos casos puede no ser suficiente y tendremos que echar mano de algunos componentes adicionales. Filtro con condensador a la entrada: Este es el filtro más común y seguro que lo conocerás, basta con añadir un condensador en paralelo con la carga (RL), de esta forma:
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Todo lo que digamos en este apartado será aplicable también en el caso de usar el filtro en un rectificador en puente. Cuando el diodo conduce el condensador se carga a la tensión de pico Vmax. Una vez rebasado el pico positivo el condensador se abre. ¿ Por qué? debido a que el condensador tiene una tensión Vmax entre sus extremos, como la tensión en el secundario del transformador es un poco menor que Vmax el cátodo del diodo esta a mas tensión que el ánodo. Con el diodo ahora abierto el condensador se descarga a través de la carga. Durante este tiempo que el diodo no conduce el condensador tiene que "mantener el tipo" y hacer que la tensión en la carga no baje de Vmax. Esto es prácticamente imposible ya que al descargarse un condensador se reduce la tensión en sus extremos. Cuando la tensión de la fuente alcanza de nuevo su pico el diodo conduce brevemente recargando el condensador a la tensión de pico. En otras palabras, la tensión del condensador es aproximadamente igual a la tensión de pico del secundario del transformador (hay que tener en cuenta la caída en el diodo). La tensión Vo quedará de la siguiente forma:
La tensión en la carga es ahora casi una tensión ideal. Solo nos queda un pequeño rizado originado por la carga y descarga del condensador. Para reducir este rizado podemos optar por construir un rectificador en puente: el condensador se cargaría el doble de veces en el mismo intervalo teniendo así menos tiempo para descargarse, en consecuencia el rizado es menor y la tensión de salida es más cercana a Vmax. Otra forma de reducir el rizado es poner un condensador mayor, pero siempre tenemos que tener cuidado en no pasarnos ya que un condensador demasiado grande origina problemas de conducción de corriente por el diodoy, por lo tanto, en el secundario del transformador (la corriente que conduce el diodo es la misma que conduce el transformador). Rectificador en puente
El rectificador más usado es el llamado rectificador en puente, su esquema es el siguiente:
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Cuando Vi es positiva los diodos D2 y D3 conducen, siendo la salida Vo igual que la entrada Vi Cuando Vi es negativa los diodos D1 y D4 conducen, de tal forma que se invierte la tensión de entrada Vi haciendo que la salida vuelva a ser positiva. El resultado es el siguiente:
Vemos en la figura que todavía no hemos conseguido una tensión de salida demasiado estable, por ello, será necesario filtrarla después. Es tan común usar este tipo de rectificadores que se venden ya preparados los cuatro diodos en un solo componente. Suele ser recomendable usar estos puentes rectificadores, ocupan menos que poner los cuatro diodos y para corrientes grandes vienen ya preparados para ser montados en un radiador. Este es el aspecto de la mayoría de ellos:
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Desarrollo de la actividad Experiencia: Fuente de poder de media onda (semiciclo). Objetivo: -Verificar las etapas de una fuente de poder. -Comprobar funcionamiento. -Montar elementos para construir una fuente de media onda. Procedimiento experimental:
1.- Arme el circuito siguiente 1.1.- Mida los valores de voltaje alternos.
1.2.- Registraremos los valores obtenidos en la siguiente tabla:
Bornes 0–6 0 – 12 0 – 24 6 – 24
Voltajes 6.8 VAC 13.4 VAC 25.7 VAC 19.7 VAC
Observaciones: Se logra apreciar atreves de mediciones los voltajes de corriente alterna que entrega la fuente (transformador), con valores R.M.S.
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2.- Arme el circuito de la figura siguiente.
2.1.- Mida los voltajes entre los puntos A-B y C-D, registre los valores.
Puntos de medición A-B C-D
Voltajes medidos 13.1 VAC 5.4 VDC
Observaciones: Se logra apreciar que al conectar el diodo logramos obtener 5.4 VDC, y la tensión de alimentación nunca cambia su valor nominal. 2.2.- Agregue un condensador de 500 mF y conéctelo en paralelo después del diodo.
2.3.- Mide nuevamente los valores en los puntos A-B y C-D, registre valores.
Puntos de medición A-B C-D
Voltajes medidos 13.1 VAC 8,7 VDC
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2.4.- Repita las mediciones entre A-B y C-D, sin la resistencia de carga.
Puntos de medición A-B C-D
Voltajes medidos 13.1 VAC 18.5 VDC
Observaciones: Al agregar un capacitor al circuito, observamos que logramos mejorar el rizado provocado por la rectificación del diodo, en donde obtenemos 8.7 VDC, un voltaje mejorado con respecto a la condición anterior. Al momento de desconectar la resistencia de carga observamos un aumento en la tensión de salida 18.5 VDC, debido a la ganancia obtenida por el condensador, al momento de su descarga. Al rectificar media onda, o filtrar con un solo diodo, lo que obtenemos es una tensión de corriente continua que aproximadamente es la mitad de la fuente inicial, destacando que por medio del condensador mejoramos la calidad de la onda y el rizado. 3.- Cuestionario: 3.1.- Enumere las etapas de la fuente y defina. -Transformador de potencia: Reductor de voltaje, por ejemplo 220 a 12 v. -Rectificador: uno o varios diodos. En donde se rectifica la corriente -Filtro: condensador o capacitor, reduce el rizado. -Regulador: Reduce el rizado y regula una tensión deseada. 3.2.- ¿ Qué papel desempeña el transformador? Reduce la tensión de red a un valor más cercano a la tensión final. Proporciona una aislación eléctrica entre la red y la salida. 3.3.- ¿Para qué sirve el diodo? continua.
En corriente alterna, principalmente para rectificar la corriente alterna y obtener una corriente
3.4.- ¿Qué características tiene el diodo? Rectificar la corriente alterna, en donde al estar conectado de forma directa rectifica la onda positiva y al estar conectado de inversa rectifica la onda negativa. 3.5.- Características del transformador usado. Principalmente es reducir la tensión de alimentación a 6, 12 o 24 VAC. 3.6.- Función del condensador. Suavizan las variaciones de la tensión rectificada, haciéndola casi constante. Se basan en la propiedad de almacenamiento de energía que ofrecen los componentes reactivos: los capacitores y los inductores. Los capacitores en paralelo se oponen a las variaciones de tensión.
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3.7.- Describa al condensador empleado en el laboratorio. Su capacidad es de 500 microfaradio, conectado en paralelo de forma directa positivo con positivo, negativo con negativo.
Experiencia: Fuente de poder onda completa. Procedimiento experimental:
4.- Arme el siguiente circuito:
4.1.- Mida los voltaje Alterno y Continuo con o sin carga. 4.2.- Tabule los resultados
Puntos de medición 0 - 12 12 - 24 0 - 24
Voltajes medidos 12.1 VAC 12.2 VAC 24.2 VAC
Puntos de medición Sin carga Con carga
Voltajes medidos 17.2 VDC 12.1 VDC
4.3.- Comente con sus compañeros lo observado Observaciones: Se logra diferenciar que el voltaje de la fuente no cambia y se mantiene en los puntos A-B, mientras que en el punto C-D se logra detectar una corriente continua rectificada y con una caída de tensión producto de la resistencia de carga. Se logra rectificar una onda completa, obteniendo una señal continua mejora, donde cada diodo intercambia su función dependiendo de la onda alterna de entrada, destacando que cada diodo conduce una señal positiva o negativa dependiendo de su conexión (directa o inversa). También se logra apreciar que al momento de aplicar una carga baja levemente su tensión nominal.
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Experiencia: Fuente de poder con puente rectificador. Procedimiento experimental:
5.- Arme el siguiente circuito. Configure el puente rectificador
5.2.- Mida los voltaje Alterno y Continuo y anote las observaciones de lo experimentado
Puntos de medición A -B C–D
Voltajes medidos 12,22 AC 4.98 DC
5.3.- Comente con sus compañeros lo observado. Observaciones: Se logra diferenciar que el voltaje de la fuente no cambia y se mantiene en los puntos A-B, mientras que en el punto C-D se logra detectar una corriente continua rectificada y con una caída de tensión producto de la resistencia de carga. En este esquema se hace sin punto medio.
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CONCLUSION
Para concluir podemos señalar que en esta experiencia hemos armado una fuente de poder de corriente continua, usando un transformador de voltaje, pasando por varios métodos de rectificación de corriente, como por ejemplo el uso de un rectificador de media onda, rectificador de onda completa o un puente rectificador. En tanto al funcionamiento, se destaca que comenzamos con una fuente de alimentación de 220 VAC, la cual ingresa al transformador en donde se obtiene un tensión de salida de 6, 12, o 24 VAC. Luego rectificaremos la corriente por medio de diodos semiconductores, finalizando la etapa con la conexión de un capacitor de tal forma de mejorar la calidad de la señal rectificada. El funcionamiento de la etapa de rectificación se basa principalmente en el uso de diodos conectados de forma directa e inversa, es decir, cuando el diodo se conecta de forma directa, este se encarga de conducir la energía positiva, en tanto cuando este se conecta de forma inversa, solo deja pasar la señal negativa, de esta forma observamos que en un rectificador de onda completa los diodos trabajan de forma aleatoria (mientras uno conduce el otro no y viceversa).
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