Universidad Nacional Mayor de San Marcos electrónica y Eléctrica
Facultad de Ingeniería
Informe Previo de Circuitos electrónicos I
Laboratorio
RECTIFICADORES RECTIFI CADORES Y FIL FI LTROS OBJETIVOS Estu Estudi diar ar expe experi rime ment ntal alme ment nte e los los dife difere rent ntes es mode modelo los s de circ circui uito tos s recticadores recticadores y sus tipos de ltros. CUESTIONARIO PREVIO Describir teóricamente en forma breve, las características de cada circuito a utilizar. utilizar. Indicar las formas de onda. Rectifcador de Media Onda El recticador de media onda es un circuito empleado para eliminar la parte negativa o positiva de una señal de corriente alterna de entrada !i" convirti#ndola en corriente directa de salida !o". Es el circuito m$s sencillo %ue puede construirse con un diodo.
&n$lisis del circuito con diodo ideal 'os diodos ideales, permiten el paso de toda la corriente en una (nica dirección, la correspondiente a la polarización directa, y no conducen cuando se polarizan inversamente. &dem$s su volta)e es mayor a cero cero y la inte intens nsid idad ad de la corr corrie ient nte e pued puede e f$ci f$cilm lmen ente te calc calcul ular arse se mediante la ley de *+m I =
V O R L
Anái!i! de circ"ito con diodo rea -olarización directa !i /" En este caso, el diodo permite el paso de la corriente sin restricción, prov provoc ocan ando do una una caíd caída a de pote potenc ncia iall %ue %ue suel suele e ser ser de /,0 /,0 !. Este Este volta)e de /,0 ! se debe a %ue usualmente se utilizan diodos de silicio. En el caso del germanio, %ue es el segundo m$s usado el volta)e es de /,1 ! V O=V i−V D =V i− 0 . 7 V
-olarización inversa !i 2 /"
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En este caso, el diodo no conduce, %uedando el circuito abierto. 'a tensión de salida es nula, al igual %ue la intensidad de la corriente V O= 0 I 0 =
3ensión recticada
4omo acabamos de ver, la curva de transferencia, %ue relaciona las tensiones de entrada y salida, tiene dos tramos para tensiones de entrada negativas la tensión de salida es nula, mientras %ue para entradas positivas, la tensión se reduce en /.0 !. El resultado es %ue en la carga se +a eliminado la parte negativa de la señal de entrada.
Rectifcador de Onda Co#$eta 3ransformador con Derivación 4entral Este tipo de recticador necesita un transformador con derivación central. 'a derivación central es una conexión adicional en el bobinado secundario del transformador, %ue divide la tensión volta)e" en este bobinado en dos volta)es iguales. Esta conexión adicional se pone a tierra. Durante el semiciclo positivo de la tensión en corriente alterna !inro)o" el diodo D5 conduce. 'a corriente pasa por la parte superior del secundario del transformador, por el diodo D5 por 6' y termina en tierra. El diodo D7 no conduce pues est$ polarizado en inversa. Durante el semiciclo negativo !in azul" el diodo D7 conduce. 'a corriente pasa por la parte inferior del secundario del transformador, por el diodo D7 por 6' y termina en tierra. El diodo D5 no conduce pues est$ polarizador en inversa. &mbos ciclos del volta)e de entrada son aprovec+ados y el volta)e de salida se ver$ como en el siguiente gr$co
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La rectifcación de inda completa aprovecha los semiciclos de la se!al alterna Ten!i%n de Ri&ado 8i a 6' se le pone en paralelo un condensador, el volta)e de salida se ver$ como en la siguiente gura
& la variación del volta)e 9v" en los terminales del condensador debido a la descarga de este en la resistencia de carga se le llama tensión de rizado. 'a magnitud de este rizado depender$ del valor de la resistencia de carga y al valor del capacitor. 8i se compara este diagrama con su correspondiente de recticación de 5:7 onda, se puede ver %ue este circuito tiene un rizado de mayor frecuencia el doble", pero es menor. En cada semiciclo el transformador entrega corriente a trav#s de los diodos D5 y D7" al condensador 4 y a la resistencia 6', Esto sucede mientras las ondas aumentan su valor +asta llegar a su valor pico valor m$ximo", pero cuando este valor desciende es el condensador el %ue entrega la corriente a la carga se descarga". 8i el capacitor es grande signica menos rizado, pero aun cumpli#ndose esta condición, el rizado podría ser grande si la resistencia de carga es muy pe%ueña corriente en la carga es grande".
Nota' ;ay %ue tomar en cuenta %ue el volta)e m$ximo %ue se podr$ obtener depender$ del volta)e %ue +aya entre uno de los terminales del secundario del transformador y el terminal de la derivación central Rectifcador de Onda Co#$eta -uente de Diodos el circuito recticador de onda completa de la gura, es el %ue se utiliza si lo %ue se desea es utilizar todo el volta)e del secundario del transformador en el caso de un transformador con derivación central".
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En el circuito con transformador con derivación central, la tensión de salida depende de la mitad de la tensión del secundario. En este circuito el transformador es alimentado por una tensión en corriente alterna. 'os diodos D5 y D1 son polarizados en directo en el semiciclo positivo y la corriente atraviesa la resistencia de carga 6', mientras %ue los diodos D7 y D< son polarizados en sentido inverso.
"# y "$ conduciendo El semiciclo negativo, la polaridad del transformador es el inverso al caso anterior y los diodos D5 y D1 son polarizados en sentido inverso y D7 y D< en sentido directo. 'a corriente como en el caso anterior tambi#n pasa por la carga 6' en el mismo sentido %ue en el semiciclo positivo.
" y "% conduciendo 'a salida tiene la forma de una onda recticada completa, al igual %ue el circuito con derivación central.Esta salida es pulsante y para =aplanarla= se pone un condensador capacitor" en paralelo con la carga. Este capacitor se carga a la tensión m$xima y se descargar$ por 6' mientras %ue la tensión de salida del secundario del transformador disminuye a cero voltios, y el ciclo se repite.
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La presencia de un condensador me&ora la salida del circuito rectifcador () *acer "n c"adro co#$arati+o entre o! di,erente! ti$o! de ftro!- donde f."re VDC- r- Vr- etc)
Fitro! 'os ltros se basan en la propiedad de almacenamiento de energía %ue ofrecen los componentes reactivos, esto es, los condensadores y las bobinas. 'os tipos m$s sencillos y utilizados son los siguientes >iltro con condensadorEste tipo de ltros tan solo precisa de la colocación de un condensador de gran capacidad entre el diodo o diodos" encargado de recticar la 4& y la salida de la misma +acia la carga o circuito" a alimentar 6c".
El fltro a condensador aprovecha la carga y descarga del componente' Debido a las constantes de tiempo asociadas a las resistencias a trav#s de las %ue se realizan las secuencias sucesivas de carga y descarga del condensador se obtiene una salida de forma bastante m$s =plana= %ue la señal %ue obtenemos en la salida de una etapa recticadora.
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>iltro en pi En la ilustración correspondiente podemos observar cómo se congura en la pr$ctica un ltro de este tipo. 4omo vemos, la denominación =pi= se debe a la forma %ue se obtiene en el es%uema %ue representa el citado ltro. 'a resistencia, )unto al par de condensadores, muestra la mencionada = π =.
8u funcionamiento intenta proteger al diodo D de los posibles picos de intensidad debidos a una carga excesivamente brusca. &+ora se vuelve a ltrar la resistencia 6 y el condensador 47 la señal obtenida ya en el tipo de ltro anterior, con lo %ue conseguimos atenuar a(n m$s las oscilaciones de la tensión %ue llega a la carga 6c".
Filtro (apacitivo
Filtro Inductivo
Filtro tipo L(
Filtro tipo (L
Filtro tipo π Filtro tipo ) Ri&ado El rizado, algunas veces llamado ?uctuación o ripple, es la pe%ueña componente de alterna %ue %ueda tras recticarse una señal a corriente continua. El rizado puede reducirse notablemente mediante
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un ltro de condensador, este proceso es llamado a veces =ltrar=, y debe entenderse como la reducción a un valor muc+o m$s pe%ueño de la componente alterna remanente tras la recticación, pues, de no ser así, la señal resultante incluye un zumbido a @/ ó A/ ;z muy molesto, por e)emplo, en los e%uipos de audio.
Factor de ri&ado El rizado usualmente se cuantica mediante el factor de rizado y se calcula como el valor ecaz del volta)e de rizado sobre el volta)e en continua medio, por 5//. El factor de rizado suele establecerse sobre el 5/B o menos, siempre dependiendo de la aplicación. F r
=
( V r ) ef V o
x 100
'a fórmula para calcular el volta)e de rizado de una fuente recticada y ltrada es la siguiente I
L ( V r ) pp= fC
Donde
( V r ) pp
Es el volta)e de rizado de pico a pico I L es la corriente continua %ue demanda la carga. f es la frecuencia del rizado. Esta frecuencia es igual a f red en un recticador de media onda e igual a 7f red en un recticador de onda completa. 4 es la capacidad del condensador.
L Vc c
4)5/5 V#
FILTROS C Secci%n en L V# 6
4)5/5 V#
Secci%n en 3 V# 6
4 . 170 .Icc
4 . 170 . Icc
C
C
r Este cuadro nos presenta un resumen de lo referente a cada tipo de 16000. L C .RL CL C .C 1 . L . R L ltros, cuando se utilizan con circuitos de onda completa y una frecuencia de @/ ;z. Estos c$lculos est$n +ec+os para valores de 4 en microfaradios, ' en +enrios, !m en voltios e Icc en amperios. RL
2410
0.83
3300
/) Defnir a! $rinci$ae! caracter0!tica! a di#en!ionar!e $ara o! di!e1o! de rectifcadore!) E2$icar)
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'a característica fundamental de #ste tipo de circuitos es la de convertir una forma de onda sinusoidal, cuyo valor medio es cero, en una forma de onda unidireccional, con un valor medio distinto de cero. Cn detalle importante para tomar en consideración, es %ue los dispositivos %ue se usan en este caso diodos tienen valores nominales m$s altos %ue los normales, esto se debe a %ue en diseño de fuentes se usan niveles de volta)e y corriente de rangos %ue est#n por encima de los normales, estos tipos de diodos son conocidos como recticadores. El recticador de onda completa obviamente produce una onda m$s en#rgica %ue la del recticador de media onda. El recticador de onda completa presenta una venta)a %ue es %ue solo se +ace necesaria aproximadamente la mitad del n(mero de vueltas para el devanado secundario del transformador. 8e puede visualizar %ue cada mitad del devanado secundario del transformador con derivación central se utiliza solo la mitad del tiempo. *tra razón seria el monto a pagar para la construcción del transformador con derivación central o esta estructura sin derivación %ue es m$s económica.
7) Di!e1ar co#$eta#ente "n circ"ito rectifcador con ftro' 3- $ara "na RL 8 (44 9 : con ri&ado r 8 ; o ( < -ara un rizado de 5 B se usar$ la ecuación 1=
3300
C . C 1 . L . R L
4on 45 4 entonces 2
C L=
3300 −
10
2
=
1 . 65 x 1 0
3
.200
Escogemos un valor de ' %ue se pueda encontrar en el mercado ' F5 m;, +allando 4 C =
√
1.65 ∗10
3
−3
91∗10
=134 . 65 μF
Entonces 4 5A/ G>, el circuito %ueda de la siguiente manera
BIBLIO=RAFIA
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http*++es',i-ipedia'org+,i-i+.ectifcador/de/media/onda http*++,,,'unicrom'com+)ut/rectifcador/onda/completa'asp
