Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME) Unidad Zacatenco Ing. En Control y Automatización
Práctica: Circuito rectificadores de media onda, onda completa
No. De Práctica: 3
Fecha de realización: 01/08/2011 Fecha de entrega:01/08/2011
Asignatura: Electrónica I
Semestre: SextoGrupo: 6A1V
Profesor(a): Lugo González Esther
Alumno(s): Martínez Hernández Iván García Pimentel Edher Sánchez Silva Alan Lerby
No. De Equipo: 10
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Índice
Título
Pág.
Objetivo General
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I. Introducción
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II. Conceptos teóricos
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III. Lista de material y/o Equipo
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IV. Actividades a realizar
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V. Simulación
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VI. Observaciones
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VII. Conclusiones
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VIII. Referencias
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Objetivo General: Conocer y obtener los datos característicos, así como las curvas características de algunos tipos de diodos. Además de conocer y manejar los circuitos rectificadores de media onda con diodos, y a su vez comprobar el funcionamiento de un circuito rectificador de onda completa.
I.
Introducción:
Un diodo (del griego: dos caminos) es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest. [1]
Como ya hemos visto, este pequeño componente, como lo es el diodo, no simplemente sirve como una clase de interruptor y como un dispositivo de seguridad. Con lo minúsculo que es, tiene diversas aplicaciones, como la de filtrado, la variación y la limitación, mediante la implementación práctica de circuitos como lo son rectificadores, cambiadores, y limitadores. [2]
II.
Conceptos Teóricos
Fig. 2.1: Curva característica del diodo
Tensión umbral, de codo o de partida (Vγ ). La tensión umbral (también llamada barrera de potencial) de polarización directa coincide en valor con la tensión de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va reduciendo, incrementando la corriente ligeramente, alrededor del 1% de la nominal. Sin embargo, cuando la tensión externa supera la tensión umbral, la
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barrera de potencial desaparece, de forma que para pequeños incrementos de tensión se producen grandes variaciones de la intensidad de corriente. Corriente máxima (Imax ). Es la intensidad de corriente máxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es función de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseño del mismo. Corriente inversa de saturación (Is ). Es la pequeña corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formación de pares electrón-hueco debido a la temperatura, admitiéndose que se duplica por cada incremento de 10º en la temperatura.
Corriente superficial de fugas. Es la pequeña corriente que circula por la superficie del diodo (ver po larización inversa), esta corriente es función de la tensión aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensión, aumenta la corriente superficial de fugas. Tensión de ruptura (Vr ). Es la tensión inversa máxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha.
Teóricamente, al polarizar inversamente el diodo, este conducirá la corriente inversa de saturación; en la realidad, a partir de un determinado valor de la tensión, en el diodo normal o de unión abrupta la ruptura se debe al efecto avalancha; no obstante hay otro tipo de diodos, como los Zener, en los que la ruptura puede deberse a do s efectos:
Efecto avalancha (diodos poco dopados). En polarización inversa se generan pares electrón-hueco que provocan la corriente inversa de saturación; si la tensión inversa es elevada los electrones se aceleran incrementando su energía cinética de forma que al chocar con electrones de valencia pueden provocar su salto a la banda de conducción. Estos electrones liberados, a su vez, se aceleran por efecto de la tensión, chocando con más electrones de va lencia y liberándolos a su vez. El resultado es una avalancha de electrones que provoca una corriente grande. Este fenómeno se produce para valores de la tensión superiores a 6 V. Efecto Zener (diodos muy dopados). Cuanto más dopado está el material, menor es la anchura de la zona de carga. Puesto que el campo eléctrico E puede expresarse como cociente de la tensión V entre la distancia d; cuando el diodo esté muy dopado, y por tanto d sea pequeño, el campo eléctrico será 5 grande, del orden de 3·10 V/cm. En estas condiciones, el propio campo puede ser capaz de arrancar electrones de valencia incrementándose la corriente. Este efecto se produce para tensiones de 4 V o menores. [1]
Rectificador de media onda
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Fig. 2.2: Circuito rectificador de media onda. Es un circuito empleado para eliminar la parte negativa o positiva de una señal de corriente alterna de entrada (Vi) convirtiéndola en corriente directa de salida (Vo). Es el circuito más sencillo que puede construirse con un diodo. Polarización directa (V i> 0)
En este caso, el diodo permite el paso de la corriente sin restricción, provocando una caída de potencial que suele ser de 0,7 V. Este voltaje de 0,7 V se debe a que usualmente se utilizan diodos de silicio. En el caso del germanio, que es el segundo mas usado el voltaje es de 0,3 V [3]
Vo = Vi – VD → Vo = Vi – 0,7-----(1) y la intensidad de la corriente puede fácilmente calcularse mediante la ley de Ohm:
----------(2) Polarización inversa (V i< 0)
Fig. 2.3: Circuito de media onda polarizado inversamente En este caso, el diodo no conduce, quedando el circuito abierto. La tensión de salida es nula, al igual que la intensidad de la corriente:
Vo = 0----(3) I = 0------(4)
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Tensión rectificada
→
→
Fig. 2.4: Onda antes y después de la rectificación
III.
Lista de material y/o Equipo Lista de Equipo Cantidad 1 1 1 1 1 1 1
Equipo Multímetro Fuente de corriente directa Transformador de C.A 20 Osciloscopio Protoboard Cable telefónico Pinzas de corte y de punta
Lista de materiales Material 4 1 1
IV.
Diodo rectificador 1N4001 Potenciómetro de 10kΩ Resistor de 100Ω a ½ W
Precio 2 10 4
Actividades a realizar
PARTE I 1. Arme los siguientes circuitos rectificadores de media onda y anote sus resultados.
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Fig. 3.1.1: Circuito rectificador de media onda.
Onda Alterna senoidal
Valor eficaz
Media Onda
Vmax =42.2 =
Valor medio =0
=
Tabla 4.1 Valores de las tensiones en el rectificador de media onda
( ) ( )
Formulas para el circuito rectificador de media onda.
La forma es de media senoide, ya que el diodo, al permitir solo parte positiva, “trunca”
la parte negativa de la senoide.
PARTE II Rectificador de onda completa.
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1. Arme el circuito rectificador de onda completa de la Figura 3.15 y tome los valores
de
voltaje
pico
y
calcule
el
voltaje
de
rizo.
Fig.3.2.1: Circuito rectificador de onda completa Valor eficaz
Valor medio
Valor eficaz
Valor medio
Doble Ondau onda completa
Tabla 4.2 Valores en rectificador de onda completa 1.
Fórmulas y cálculos para el circuito rectificador de onda completa con un puente de diodos.
PARTE III.- RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON 2 DIODOS
Figura 3.3.1 la rectificación con 2 diodos.
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Este tipo de rectificador necesita un transformador con derivación central. La derivación central es una conexión adicional en el bobinado secundario del transformador, que divide la tensión (voltaje) en este bobinado en dos voltajes iguales. Esta conexión adicional se pone a tierra. Durante el semiciclo positivo de la tensión en corriente alterna (ver Vin color rojo) el diodo D1 conduce.
V.
Simulaciones
Simulación 5.1 circuito rectificador de media onda.
Fig. 5.2simulacion del circuito con puente de diodos VI.
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Simulación 5.3 circuito con 2 diodos (se varió el transformador por q no hubo de las mismas medidas.
VII.
Observaciones:
En esta práctica hay muchos asuntos a tratar. La primera curiosidad de todo esto, es ver como cuando se polariza un diodo de forma directa en una escala de mayor a menor tensión, se puede ver como esta no sobrepasa la de umbral. Pero cuando esta tensión es negativa, pasada una cierta tensión, prácticamente el valor de la tensión se vuelve casi el de la fuente. Algo mas a notar es por ejemplo, si tenemos un filtrado sin rizado (sin capacitor), la rectificación será a media onda, cortando únicamente la parte negativa, pero sin evitar que llegue a cero. Pero cuando se le añade un capacitor, el caso cambia totalmente, ya que en el tiempo de carga y descarga del capacitor, cuando la señal va en decadencia, la descarga del capacitor produce un sustento relativo (rizo), por lo que la señal no cae totalmente a cero cuando oscila, por lo que produce que esta sea más lineal en lo que el capacitor vuelve a cargar para generar el rizo. También cabe resaltar que por ejemplo, cuando a un circuito rectificador de media onda se le hace una rectificación con Zener, que pese a todo, cuando uno tiene una rectificación con rizo, de todos modos aún una caída de tensión, en donde esta onda tiende a un valor mínimo. Al usar un diodo Zener en la rectificación de esa onda, se puede notar que se puede obtener casi una onda totalmente rectificada, y el asunto de esto es que esta señal es mucho más constante que la señal con la rectificación de un diodo con rizo.
Otro caso importante a resaltar, es que, como ya conocemos, el diodo trunca la parte negativa de una señal, pero algo que no resaltamos, es que podríamos
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pensar que únicamente rectifica en un solo sentido, y es curioso mencionar que durante las pruebas de comparación de señales con un diodo polarizado directa e inversamente, se pudo notar que durante la polarización directa, el diodo trunca la zona negativa de la señal senoidal, caso que en la polarización inversa sucede, pero ahora en consecuencia, hace un filtrado de la señal positiva, y deja la senoide de la parte negativa de la misma. Tal vez esto se pueda deber a que el diodo, a polarización inversa, ante cierta tensión, opera bajo condiciones Zener. En cuanto al circuito limitador, es interesante notar, como es que con añadirle a un par de fuentes a un par de diodos que son alimentados con una misma señal, se puede “reducir” o controlar la tensión pico, dependiendo del di odo y del valor
de la fuente que se le anexe. El primer diodo es un limitador negativo, ya que este “limita” la zona donde cae la tensión a su mínimo valor, que en este caso si es
posible que caiga a cero o a tenga tendencia a valores negativos; y el segundo diodo se puede decir que es un limitador positivo, ya que este “limita” el valor pico
del lado de los valores máximos. En cuanto al rectificador de onda completa, es curioso mencionar como es que con 2 pares de diodos se pueda alcanzar tal linealidad, ya que cuando entra una señal senoidal al primer par de diodos, en la primera rectificación se “aleja” la señal del
lado negativo, mas no evita que tenga una caída de tensión a cero. En la segunda rectificación del segundo par de diodos, se puede notar como es que la señal pierde esa caída a cero y hace que se mantenga a un nivel, sin llegar a ser netamente lineal, solo por muy pocos y difícilmente perceptibles picos, por lo que el capacitor con su carga y descarga hace totalmente lineal la señal, así con ello, terminando la rectificación completa de la señal.
VIII.
Conclusiones:
Martínez Hernández Iván De esta práctica se pueden concluir muchas cosas; Entre las más importantes que podemos definir, es que una de las aplicaciones más interesantes del diodo es la de rectificación. Se puede notar como es que una rectificación no solo puede ser positiva, sino también negativa, con el simple hecho de invertir la polaridad del diodo. Otra cosa a destacar es como ver que mediante polarización inversa también se puede operar, y su función es regular, En concreto se puede decir que el objetivo general se ha cumplido, hemos
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manejado los circuitos rectificadores tanto de media y onda completa, los limitadores, sujetadores, y hemos aprendido a usar el diodo como tal elemento para realizar estas tareas. En la práctica pude comprobar lo ya visto en clase armando los circuitos de los temas ya vistos en la clase y comprobar los resultados teóricos con los obtenidos en el laboratorio para un cambiador de nivel los limitadores y rectificadores de media onda y de onda completa, efectivamente las gráficas obtenidas en el laboratorio coinciden con las vistas en clase esta práctica nos servirá de mucho cuando empecemos el proyecto ya que tenemos que saber cómo manejar las señales y lo que ocurrirá con estas.
García Pimentel Edher Es importante saber cómo hacer un un circuito cambiador de nivel y cómo se comportan así como saber que es lo que pasa si conectamos el diodo de manera directa e inversa, pero algo muy importante es poder observar su grafica en el osciloscopio y saber cómo se comporta y saber también en donde podemos aplicar dichos circuitos, aunque nos resultó un poco tedioso la práctica debido que no funcionaban bien los equipos pudimos finalizar la práctica con éxito.
Sánchez Silva Alan Lerby La práctica que se realizó la verdad es que de nuevo se nos complicó de nuevo pero todo se debió a una falla en el interior del osciloscopio el cual por el uso inadecuado que se le da pues por obvias razones tiene que fallar bueno pero como en esta ocasión ya lo llevábamos al laboratorio simulado este nos dimos cuenta de que no estaba bien realizado el circuito ya que nos presentaba otra señal la cual no era la correcta después de revisar los circuitos nos dimos cuenta de que tenían pequeñas fallas de conexión o de tableta pero después de revisarlos todo salió perfecto y al final las señales que se tenían que apreciar salieron en el osciloscopio.
IX.
Referencias
Circuitos y Dispositivos Microelectronicos 2da. Ed. - Mark N. Horenstein[1] Eléctronica 2da. Ed - Hambley Allan R. [2]
http://www.unicrom.com/[3]
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X. XI.
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