Electromagnetismo - Estado Sólido II Universidad Abierta Interamericana Ingeniería en Sistemas Informáticos

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Electromagnetismo - Estado Sólido II
Trabajo práctico N° 3 – Diodo como rectificador
Carrera:
Ingeniería en Sistemas Informáticos
Profesor:
Lic. Enrique Cingolani
Comisión:
5º B
Turno:
Noche
Campus:
Centro
Año:
2009
Alumnos:
Arostegui, Federico
Bayer, Karina
Del Pino, Juan
Farias, Diego
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Índice
Síntesis ................................................................................................................ 3
Introducción ........................................................................................................ 3
Práctica ................................................................................................................ 3
Elementos Utilizados ................................................................................................... 3
Desarrollo de la Experiencia ........................................................................................ 4
a) Construcción de un rectificador de media onda. .................................................. 4
b) Construcción de un rectificador de onda completa. ............................................. 8
Conclusiones ............................................................................................................. 12
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Síntesis
En este TP trataremos de construir y estudiar los circuitos rectificadores
de media onda y de onda completa.
Introducción
De la curva característica del diodo puede deducirse su comportamiento
aplicándole una corriente alterna, permitiendo que la corriente circule a través de
él solo en el semiciclo en el cual esta polarizado en directa y actuando como una
llave abierta en el semiciclo en el cual el diodo e polariza en inversa. A este
proceso se lo llama rectificación ya que de una corriente alterna podemos
obtener el semiciclo deseado, evitando así que pase el semiciclo no deseado.
Las dos formas de polarizar al diodo son; en Directa y en Inversa.
La polarización directa se da cuando el positivo de la fuente se conecta
con la zona P del diodo, y la parte negativa de la fuente a la zona N. Cuando la
tensión aplicada al diodo supera la tensión de umbral (aproximadamente 0,7 V
para el Si y 0,3 V para el Ge) el diodo conduce la corriente eléctrica.
La polarización inversa se da cuando el positivo de la fuente se conecta
con la zona N del diodo, y la parte negativa de la fuente a al zona P. En esta
polarización el diodo no conduce corriente eléctrica.
Práctica
Elementos Utilizados
Osciloscopio, Protoboard.
Generador de Onda Senoidal.
Resistencia de 100Ω
Fuente de Corriente Continua.
4 Diodos 1N4007.
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Desarrollo de la Experiencia
a) Construcción de un rectificador de media onda.
Se armo el circuito del rectificador de Media Onda:
Conectando uno de los canales del Osciloscopio para medir la caída de
tensión en la resistencia de Carga (RL), y el otro a la salida del Generador de
Onda Sinusoidal pudimos observar las diferencias entre estas dos señales. En la
señal que provenía del Generador de Onda Sinusoidal observamos que la forma
de onda era completa, con los dos semiciclos, positivo y negativo
correspondientes. Esto fue así ya que a la salida del Generador tenemos la onda
limpia sin ningún tipo de corte ni filtro.
En cambio en la señal que medimos en la resistencia de carga RL
pudimos observar la ausencia del semiciclo negativo, y que el semiciclo positivo
tenía una amplitud levemente menor a la amplitud del semiciclo positivo de la
señal proveniente del Generador de Onda Sinusoidal. Esto fue así ya que el
Diodo solo esta polarizado en directa durante el semiciclo positivo, por lo que en
dicho semiciclo el diodo conduce la señal, cayendo en él una tensión de 0,7V
aproximadamente, esta caída es la que se aprecia en el menor valor pico de la
señal en la resistencia. Cuando llega el semiciclo positivo el diodo queda
polarizado en inversa y no conduce, de allí la ausencia de semiciclo negativo en
la señal medida en al resistencia de carga RL haciendo que la tensión en la
resistencia en este semiciclo sea 0V.
Simulación de la Experiencia con Workbench.
A continuación presentamos las imágenes de la simulación de la
experiencia del Rectificador de Media Onda realizada con Workbench.
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Circuito simulado.
Valores del generador de señal utilizado.
Vista del Osciloscopio del Workbench para esta simulación.
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Podemos observar lo mismo que en la clase práctica en el laboratorio, la
señal sinusoidal completa es la proveniente del Generador de Onda Sinusoidal,
y la señal que tiene menor amplitud que la del generador y solo el semiciclo
positivo es la señal medida en la resistencia de Carga RL.
Luego conectamos un capacitor en paralelo con la resistencia de carga
RL y observamos que la señal alterna rectificada (el semiciclo positivo) se
“alisaba” generando un rizado (o ripple). Esto ocurre ya que el capacitor
comienza a descargarse cuando la tensión entre sus extremos comienza a bajar
(baja del semiciclo positivo) y dicha descarga alisa la señal rectificada. Para
detallar mas lo visto en la clase práctica en el laboratorio realizamos la
simulación del circuito con un capacitor como filtro en el Workbench.
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Circuito con filtro simulado.
Vista del Osciloscopio del Workbench para esta simulación.
Se puede apreciar que durante la baja del semiciclo positivo y el semiciclo
negativo el capacitor se descarga tratando de mantener la tensión en sus
extremos constante, dicha descarga hace que aparezca el efecto rizado (o
ripple) mejorando así la “rectificación” de la onda sinusoidal.
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b) Construcción de un rectificador de onda completa.
Se armo el circuito del rectificador de Onda Completa:
Con este tipo de circuitos hacemos positiva la parte negativa de la señal y
obtenemos la misma tensión de entrada menos la caída en los diodos.
La señal de salida se asemeja a una corriente continua que es la función de este
circuito (convertir ca a cc).
Agregando un capacitor “c” hacemos que la señal se asemeje mas a una
continua pura.
A continuación presentaremos las mismas simulaciones realizadas para
el circuito de Rectificador de Media Onda, para este mismo circuito mediante el
Workbench.
Simulación de la Experiencia con Workbench.
Realizamos la simulación del circuito Rectificador de Onda Completa con
diodos utilizando el Workbench.
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Circuito simulado.
Valores del generador de señal.
Vista del Osciloscopio del Workbench para esta simulación.
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Se puede observar que la señal medida en la resistencia de carga RL es
la señal rectificada de los dos semiciclos, tanto positiva como negativa,
proveniente del generador de señales sinusoidales. Ya que cada par de diodos
(enfrentados en diagonal) se polariza en directa para cada semiciclo de la señal
proveniente del generador. En el caso del semiciclo positivo los diodos 1 y 4 son
los que se polarizan en directa, permitiendo así que la señal del semiciclo
positivo aparezca en la resistencia de carga RL. En el caso de semiciclo
negativo, los diodos 2 y 3 son los que se polarizan en directa y como la señal
negativa realiza el camino inverso al caso de la señal positiva sobre la
resistencia de carga RL, dicha tensión negativa se suma en módulo por lo que el
semiciclo negativo aparece como positivo sobre la resistencia de carga RL. En
este caso tenemos que la rectificación se realiza sobre los dos semiciclos de la
señal de entrada.
Puede observarse la diferencia de tensión entre la señal que ingresa al
rectificador y la señal sobre la resistencia de carga RL, dicha diferencia se debe
a las caídas de tensión de 0,7V aproximadamente por cada diodo que esta
polarizado en directa.
A continuación realizamos el filtrado de la señal del Rectificador de Onda
Completa con un capacitor en paralelo con la resistencia de carga RL.
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Circuito con filtro simulado.
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Vista del Osciloscopio del Workbench para esta simulación.
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Podemos apreciar en esta imagen, el rizado (o ripple) debido a la
descarga del capacitor que se encuentra en paralelo a la resistencia de carga
RL.
Conclusiones
En la presente práctica pudimos observar de manera práctica el
funcionamiento del rectificador de media onda y el rectificador de onda completa,
realizados con diodos. La curva característica del diodo sirvió para comprender
la utilidad de los diodos como rectificadores de señales alternas.
En el primer caso, del rectificador de media onda, se comprobó que solo un
semiciclo (el semiciclo en el cual el diodo se polariza en directa) el diodo
conducía la corriente, y para el otro semiciclo se comportaba como llave abierta.
Además con la colocación del capacitor en paralelo con la resistencia de carga
se comprobó el filtrado de dicha señal rectificada, debido a la descarga del
capacitor cuando la tensión en sus extremos baja.
En el segundo caso, del rectificador de onda completa, se comprobó que
los dos semiciclos de la señal de entrada son rectificados y se presentan sobre
la resistencia de carga como semiciclos positivos, gracias a que en cada
semiciclo hay un par de diodos que están polarizados en directa permitiendo así
que para los dos semiciclos circule corriente. Con la colocación de un capacitor
en paralelo con la resistencia de carga pudimos observar que aparecía el rizado
(o ripple) haciendo la onda rectificada “mas plana”.
Se utilizó el Electronic Workbench para realizar las simulaciones de los
circuitos realizados en clase y comprobar así las señales de entrada y salida de
los rectificadores, sin filtro y con filtro.
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