MACROPROCESO RECURSOS E INFRAESTRUCTURA Y LABORATORIOS Nombre del Proceso: GESTIÓN DE LABORATORIOS CODIGO: LA-FM-007 Nombre del Documento: VERSION: 6 FORMATO PRACTICAS DE LABORATORIOS FECHA: 16/noviembre/2021 GUÍA DE LABORATORIO DE ELECTRONICA APLICADA A SISTEMAS BIOMÉDICOS Unidad didáctica: Componentes semiconductores de potencia Eje Temático: Guia 1 - Aplicaciones con Diodos Actividad de trabajo independiente Revisar los siguientes videos y responder las preguntas propuestas a continuación: https://www.youtube.com/watch?v=aPY3I8pG478 https://www.youtube.com/watch?v=sA0vdTJKmN0 https://www.youtube.com/watch?v=xDgNHWQ_5Hw 1. Realice y analice el esquema de conversión de energía directa a alterna. Tomado de: https://unicrom.com/inversor-12vdc-120vac/ Para pasar de DC a AC de usará un inversor de corriente el cuál es capaz de transformar o elevar una fuente de 12V a 110V, 220V o 230V dependiendo el voltaje manejado por la etapa final con el transformador, para entender un poco más sobre el funcionamiento de este inversor se hará una breve explicación acerca de este. Su mecanismo está aclarado por diferentes etapas: • La primera es la etapa inversora: En esta etapa el voltaje de entrada por ejemplo como se mencionó antes de 12V DC será transformado a un voltaje de 12V AC sinusoidal o cuadrada, dentro de esta etapa se desglosan dos subetapas las cuales son la sub. etapa oscilador y la sub. etapa de potencia; En la sub. etapa oscilador lo que hará este será permitir un tren de pulso a una frecuencia modificable en el tiempo, es decir un multivibrador aestable, esta etapa puede estar compuesta por un par de resistencias y capacitores. Luego vendrá la etapa de potencia está se encargará de generar la cantidad de corriente que va a ir a la carga y puede estar compuesta por transistores, con esto se pasaría a la etapa elevadora esta es la que recibe el voltaje generado en el tren de pulso digital de 12V AC y la elevará a por ejemplo 220V, 110V entre otros; además junto con la etapa de potencia entregará la cantidad de corriente y la potencia de salida necesaria en el inversor, esta etapa está compuesta por un transformador reductor invertido, es decir los 12V que normalmente salen del transformador en este caso serán el voltaje de entrada y los 220V o 110V de entrada pasarán a estar en la salida del circuito inversor, esto quiere decir que un transformador reductor pasó a ser un transformador elevador y es ahí donde terminan las etapas del inversor. MACROPROCESO RECURSOS E INFRAESTRUCTURA Y LABORATORIOS Nombre del Proceso: GESTIÓN DE LABORATORIOS CODIGO: LA-FM-007 Nombre del Documento: VERSION: 6 FORMATO PRACTICAS DE LABORATORIOS FECHA: 16/noviembre/2021 2. ¿Qué módulos son necesarios implementar en un circuito de conversión de energía alterna a directa? • Los módulos utilizados para la realización de dicho circuito son: el puente de diodos, el transformador, el capacitor, las resistencias, el diodo Zener. 3. ¿Qué diferencia hay entre una fuente lineal y una fuente conmutada? • En la fuente de alimentación lineal se utilizan frecuencias bajas aprox. de 50Hz lo que hace al transformador más pesado y costoso. Además, en esta hay 60 ciclos por segundo y en cada ciclo se presenta un voltaje pico de 16.97V lo que generará un rizo, es decir un ruido de fondo a la salida de la señal, esto conllevaría a meter más elementos de regulación para disminuir dicho ruido. Por las razones anteriormente mencionadas es que se concluye que está fuente es muy poco viable, además es costosa, pesada y puede dañar equipos eléctricos muy delicados. Funcionamiento de fuentes lineales • El mecanismo de la fuente de alimentación conmutada es muy diferente ya que está surgió para darle solución al problema de la lineal (transformador grande, pesado y costoso) para esto se pensó en usar frecuencias mucho más altas de aprox. 50kHz lo que genera un transformador más pequeño. Está fuente funciona de la siguiente manera: (AC → DC → ACaltaf → DC) Se tendrá una fuente AC, esta corriente alterna se convertirá en corriente directa, luego se convertirá a AC, pero de alta frecuencia y ahí es donde viene (transformador → rectificación→filtro → regulación) quedando así un rizo nulo. Por lo tanto, es la fuente de alimentación más viable hoy en día, de hecho, es la fuente que se usa en dispositivos eléctricos modernos ya que regula correctamente el voltaje manteniéndolo bajo para que estos equipos no se vean afectados. MACROPROCESO RECURSOS E INFRAESTRUCTURA Y LABORATORIOS Nombre del Proceso: GESTIÓN DE LABORATORIOS CODIGO: LA-FM-007 Nombre del Documento: VERSION: 6 FORMATO PRACTICAS DE LABORATORIOS FECHA: 16/noviembre/2021 Funcionamiento fuente conmutada 4. Indagar acerca del uso de los diodos en circuitos aplicados en la ingeniería biomédica. Existen diferentes aplicaciones de diodos a la ingeniería biomédica entre ellos están: • • Diodo Zener: Como complemento de biosensores, teniendo en cuenta que estos pueden emitir una onda de CA variable, en este caso el Zener ya que permite conservar el voltaje Zener Diodo detector: Usado en circuitos relacionados con señales de radio frecuencia, gracias a la sensibilidad y velocidad de operación Integrantes INFORME LABORATORIO DE coloque el nombre de la asignatura No _ número de la guía Daniela Eloiza Almenarez Paula Daniela Acelas Grupo 1. 4. Nota Barrios Gonzalez 2. Andres Ricardo Buitrago Perilla 5. 3. Juan Felipe Saavedra Niño 6. Resultados obtenidos 1. Sujetador de voltaje. Reporte mediante un plano cartesiano Tiempo vs Amplitud (tipo pantalla de osciloscopio), las formas de onda de la señal de entrada y salida del circuito • CÁLCULOS: Ecuación general del circuito: 8sen(3141t), C=220nF 𝜔 Frecuencia: 𝑓 = 2𝜋 = 3141 2π = 499.90 𝐻𝑧 MACROPROCESO RECURSOS E INFRAESTRUCTURA Y LABORATORIOS Nombre del Proceso: GESTIÓN DE LABORATORIOS CODIGO: LA-FM-007 Nombre del Documento: VERSION: 6 FORMATO PRACTICAS DE LABORATORIOS FECHA: 16/noviembre/2021 Fig 1. Resultados en osciloscopio de circuito uno en entrada y salida Fig 2. Circuito 1 a realizar 2. Multiplicador de Voltaje Reporte, en una tabla, el voltaje entre los puntos indicados. • CÁLCULOS: 𝑉 𝑟𝑚𝑠 𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 = 0.3535 MACROPROCESO RECURSOS E INFRAESTRUCTURA Y LABORATORIOS Nombre del Proceso: GESTIÓN DE LABORATORIOS CODIGO: LA-FM-007 Nombre del Documento: VERSION: 6 FORMATO PRACTICAS DE LABORATORIOS FECHA: 16/noviembre/2021 Fig 3. Circuito numero dos Terminales Voltaje Promedio Voltaje Pico A 10.27 16.13 B 6.282 9.86 C 13.12 20.61 D 3.65 5.74 E 10.16 15.96 3. Recortadores de voltaje. Reporte mediante un plano cartesiano Tiempo vs Amplitud (tipo pantalla de osciloscopio), las formas de onda de la señal de entrada y salida del circuito • PUNTO A. - RESISTENCIA 100 OHM Fig 4. Circuito 3A con resistencia de 100 ohm - RESISTENCIA 1kOHM MACROPROCESO RECURSOS E INFRAESTRUCTURA Y LABORATORIOS Nombre del Proceso: GESTIÓN DE LABORATORIOS CODIGO: LA-FM-007 Nombre del Documento: VERSION: 6 FORMATO PRACTICAS DE LABORATORIOS FECHA: 16/noviembre/2021 Fig 5. Circuito 3A con resistencia de 1k ohm - RESISTENCIA DE 10kOHM Fig 6. Circuito 3A con resistencia de 10k ohm • PUNTO B: - RESISTENCIA DE 100 OHM MACROPROCESO RECURSOS E INFRAESTRUCTURA Y LABORATORIOS Nombre del Proceso: GESTIÓN DE LABORATORIOS CODIGO: LA-FM-007 Nombre del Documento: VERSION: 6 FORMATO PRACTICAS DE LABORATORIOS FECHA: 16/noviembre/2021 Fig 7. Circuito 3B con resistencia de 100 ohm - RESISTENCIA DE 1kOHM Fig 8. Circuito 3B con resistencia de 1k ohm - RESISRTENCIA DE 10kOHM MACROPROCESO RECURSOS E INFRAESTRUCTURA Y LABORATORIOS Nombre del Proceso: GESTIÓN DE LABORATORIOS CODIGO: LA-FM-007 Nombre del Documento: VERSION: 6 FORMATO PRACTICAS DE LABORATORIOS FECHA: 16/noviembre/2021 Fig 9. Circuito 3B con resistencia de 10k ohm • Circuitos desarrollados: Fig 10. Circuitos 3A y 3B 4. Convertidor de A.C. a D.C. de onda completa. Reporte mediante un plano cartesiano Tiempo vs Amplitud (tipo pantalla de osciloscopio), las formas de onda de la señal de entrada y salida del circuito sin carga, indique el voltaje pico, promedio y de rizo; aplique la carga, indique de nuevo el voltaje pico, promedio y de rizo; determine el factor de regulación. MACROPROCESO RECURSOS E INFRAESTRUCTURA Y LABORATORIOS Nombre del Proceso: GESTIÓN DE LABORATORIOS CODIGO: LA-FM-007 Nombre del Documento: VERSION: 6 FORMATO PRACTICAS DE LABORATORIOS FECHA: 16/noviembre/2021 Fig 11. Circuito cuatro convertidores de A.C a D.C Voltaje Pico Voltaje Promedio Voltaje de Rizo Factor de Regulación Señal de Salida sin Señal de Salida con Carga Carga 5V 0.80 V 4.5 V 6.3 V 0.7575v 0.1212V 27% 38% 𝐹𝑅 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑉𝑑𝑐 𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 ∗ 0.9 Fig 12. Circuito cuatro MACROPROCESO RECURSOS E INFRAESTRUCTURA Y LABORATORIOS Nombre del Proceso: GESTIÓN DE LABORATORIOS CODIGO: LA-FM-007 Nombre del Documento: VERSION: 6 FORMATO PRACTICAS DE LABORATORIOS FECHA: 16/noviembre/2021 5. Fuente de Voltaje Dual. Reporte el voltaje DC entre los puntos A y B manteniendo la terminal negativa del multímetro en la terminal común. Reporte el voltaje total C. Fig 13. Circuito cinco a desarrollar Terminales Voltaje Promedio A 8.6 B - 8.53 C 17.1 6. Fuente de voltaje regulada con zener. Reporte los valores obtenidos para los elementos que componen la fuente regulada Elemento Capacitor C (F) Resistencia Rs (Ω) Diodo Zener (Vz) RL (Ω) • Valor 20uF 1000 3.6 159 CALCULOS: 12𝑉 𝑅𝐿𝑚𝑖𝑛 = 69𝑥10^−3 = 173 𝑜ℎ𝑚~220 𝑜ℎ𝑚 159 ∗ 3 = 478 𝑜ℎ𝑚 ~ 500 𝑜ℎ𝑚 159 ∗ 1.2 = 190 𝑜ℎ𝑚 ~ 220 𝑜ℎ𝑚 RL (Ω) 10 K 2K 3·RLmin 1.2·RLmin RLmin VL (V) 3.58 3.51 3.29 2.58 2.58 IL (mA) 0.358 1.755 6.58 11.7 11.7 MACROPROCESO RECURSOS E INFRAESTRUCTURA Y LABORATORIOS Nombre del Proceso: GESTIÓN DE LABORATORIOS CODIGO: LA-FM-007 Nombre del Documento: VERSION: 6 FORMATO PRACTICAS DE LABORATORIOS FECHA: 16/noviembre/2021 Reporte: forma de onda, voltaje pico, promedio, de rizo y el factor de regulación tanto teóricos como experimentales de la fuente sin carga y a plena carga (manteniendo RLmin). • GRAFICAS OSCILOSCOPIO Figura 14. Circuito 6 fuente regulada con Zener 2k Ohm Figura 15. Circuito 6 fuente regulada con Zener 1k Ohm MACROPROCESO RECURSOS E INFRAESTRUCTURA Y LABORATORIOS Nombre del Proceso: GESTIÓN DE LABORATORIOS CODIGO: LA-FM-007 Nombre del Documento: VERSION: 6 FORMATO PRACTICAS DE LABORATORIOS FECHA: 16/noviembre/2021 Figura 16. Circuito 6 fuente regulada con Zener 220 Ohm Figura 17. Crcuito 6 fuente regulada con Zener 500 Ohm Figura 18. Circuito 6 fuente regulada con Zener 10k Ohm MACROPROCESO RECURSOS E INFRAESTRUCTURA Y LABORATORIOS Nombre del Proceso: GESTIÓN DE LABORATORIOS CODIGO: LA-FM-007 Nombre del Documento: VERSION: 6 FORMATO PRACTICAS DE LABORATORIOS FECHA: 16/noviembre/2021 Fig 19. Circuito 6 fuente de voltaje regulada con Zener Análisis e interpretación de resultados Punto 1: El circuito dado es un circuito recortador de onda debido a que actúa en nivel de tensión que no puede ser alcanzado por la señal de entrada y actúan produciendo una señal de salida idéntica al de la señal de entrada. Punto 2: Se logra observar que el circuito desarrollado es un multiplicador posiblemente un cuadriplicador por la estructura del circuito, asi pues se midió la tensión sobre cada uno de los nodos, con el objetivo de ver por donde pasaría la corriente esto con el fin de identificar el trabajo de dicho circuito. Los multiplicadores son circuitos que tienen el objetivo de aumentar la tensión y disminuir la corriente sin tener la necesidad de usar un transformador con derivación de control, lo que permite un circuito más sencillo. Se observa en el circuito que el voltaje pico aumenta casi dos veces respecto al voltaje inicial, esto indica que efectivamente este circuito es un circuito multiplicador, sin embargo, existe un porcentaje de error mínimo el cual no afecta en gran manera el proceso de dicho circuito Punto 3: A. Este circuito es un rectificador de onda media positiva debido a que los diodos están ubicados en serie de tal forma que la corriente está a favor de la dirección de los diodos haciendo esto que la parte de onda reflejada en la salida del circuito sea la parte positiva respecto a la de entrada, la variación de la resistencia influye en un desfase respecto al valor inicial del voltaje de entrada haciendo que entre mayor sea la resistencia mayor desfase halla. B. Este circuito es un rectificador de onda completa debido a que los diodos están ubicados de forma paralela y unos en dirección de la corriente a favor del diodo y en contra de este haciendo que se vea una onda con variaciones en voltaje y forma de la onda, al igual que en el caso anterior la variación de resistencias hace que exista un desfase respecto a la señal de entrada, siendo que entre mayor resistencia mayor desfase. Punto 4: MACROPROCESO RECURSOS E INFRAESTRUCTURA Y LABORATORIOS Nombre del Proceso: GESTIÓN DE LABORATORIOS CODIGO: LA-FM-007 Nombre del Documento: VERSION: 6 FORMATO PRACTICAS DE LABORATORIOS FECHA: 16/noviembre/2021 Para el punto cuatro se solicita pasar una corriente AC a DC lo cual se lleva a cabo gracias al puente de dios ya que estos indican la dirección por lo cual se direcciona a un capacitador con un resistor RL para de ese modo generar una fuente DC a la hora de aplicar la carga. Por lo tanto, gracias al voltaje rizo podemos decir que la conversión es eficaz ya que el voltaje rizo es cercano a 0. Punto 5: Para el desarrollo de este punto se observa que los resultados son dos valores de voltaje con símbolos opuestos, esto nos permite observar que dicho circuito es una fuente dual ya que esta es una de las características de esta. Por otro lado, se puede ver que este circuito en específico también es un multiplicador de voltaje de onda completa, esto se observa en el esquema como también en el funcionamiento de este ya que ingresan 10V pico y el voltaje de salida aumenta. Punto 6: Al analizar este circuito se observa que presenta diferentes fases importantes para realizar la conversión de AC a DC las cuales se dividen en: 1. 2. 3. 4. Transformador de entrada Rectificador Filtraje Regulador Fases del circuito Teniendo en cuenta esto se observa que a medida que pasas por cada una de las fases la onda generada cambiara poco a poco hasta convertirse en una onda DC regulada que se observa como una línea recta. Asimismo, si se aumenta la resistencia de carga (RL) el rizado final será menor, permitiendo que la información de la señal no se pierda y a mayor RL el voltaje aumentará acercándose cada vez más al valor mínimo del diodo. Conclusiones • • Es indispensable eliminar el rizo ya que para que casi cualquier aparato electrónico funcione el voltaje debe ser absolutamente constante y por esto se usan diferentes tipos de componentes como capacitores y diodos Zener ya que estos ayudarán a eliminar el rizo y así obtener un voltaje regulado y constante Valor de factor rizo es inversamente proporcional respecto al valor de la capacitancia siendo que entre mayor capacitancia menor será el factor rizo es decir un valor más optimo respecto al estado optimo del conversor. MACROPROCESO RECURSOS E INFRAESTRUCTURA Y LABORATORIOS Nombre del Proceso: GESTIÓN DE LABORATORIOS CODIGO: LA-FM-007 Nombre del Documento: VERSION: 6 FORMATO PRACTICAS DE LABORATORIOS FECHA: 16/noviembre/2021 Preguntas orientadoras • ¿Cuál es el modelo equivalente de un diodo rectificador?: Dependiendo del sentido del diodo se puede decir que, si el diodo esta polarizado directamente este circuito será un interruptor cerrado si es un diodo polarizado inversamente será un circuito de un interruptor abierto. • ¿Qué acciones podemos realizar para mejorar el factor de rizo?: Variando el valor del condensador para que se tenga la menor perdida de energía en la conversión de AC a DC. Rubrica de evaluación MACROPROCESO RECURSOS E INFRAESTRUCTURA Y LABORATORIOS Nombre del Proceso: GESTIÓN DE LABORATORIOS CODIGO: LA-FM-007 Nombre del Documento: VERSION: 6 FORMATO PRACTICAS DE LABORATORIOS FECHA: 16/noviembre/2021 (Criterios a evaluar por cada competencia, se diseña de acuerdo a la necesidad del programa) 1. Competencia Procedimental 2. Competencia Cognitiva 3. Competencia Socio-afectiva 4. Competencia Comunicativa 5. Competencia Investigativa INDIVIDUAL CRITERIOS DE EVALUACIÓN NOTA Estudiante 0 – 1,5 1,6 - 2,9 3,0 - 3,9 4,0 - 4,5 4,6 - 5,0 0 – 1,5 1,6 - 2,9 3,0 - 3,9 4,0 - 4,5 4,6 - 5,0 No son precisos o no ayudan a la comprensión del tema Son organizados y algunas veces ayudan a la comprensión del tema Son organizados y ayudan al entendimiento del tema Son precisos y ayudan a la comprensión del tema Son organizados, precisos y ayudan al entendimiento del tema Hace uso adecuado de los conceptos al momento de aplicarlos en la práctica experimental propuesta Se limita a la recopilación de la información solicitada Hace referencia a la información en la práctica Hace relaciones básicas de la información con la práctica Analiza la información relacionada con la práctica Infiere la información obtenida y la relaciona con su realidad Establece una correcta correlación entre los conceptos adquiridos hasta el momento en clase, revisión bibliográfica, la teoría en general y la aplicación en dispositivos funcionales en Biomédica. No estableces una correcta correlación de los temas. Establece parcialmente la correlación entre los temas. Los temas correlacionados son mínimamente suficiente para el desarrollo de la guía Los temas son correctamente correlacionados para el desarrollo de la guía. La interpretación de los temas correlacionados para el desarrollo de la guía es muy apropiada y acertada. Describe parcialmente los elementos necesarios para el desarrollo de la guía. Describe mínimamente suficiente los elementos necesarios para el desarrollo de guía. Describe correctamente los elementos necesarios para el desarrollo de la guía. Describe e interpreta a plenitud los elementos necesarios para el desarrollo de la guía. Hace parte del trabajo propuesto por el equipo de acuerdo a Participa en el trabajo propuesto por el equipo de manera Participa activamente el trabajo propuesto por el equipo de manera 1. Habilidad 2. 3. 4. 5. 6. Desarrolla habilidades de trabajo en equipo, priorizando la toma de decisiones y la escucha de diferentes propuestas 2.5 % Describe los diferentes elementos conceptuales, matemáticos y algorítmicos necesarios para el desarrollo de la guía. 30 % 60% (aprender a hacer) (aprender a conocer) competencia % Organiza los resultados obtenidos a través del uso de dibujos, gráficas, tablas y formulas. (aprender a ser) Socio afectiva Cognitiva Procedimental GRUPAL No describe correctamente los elementos necesarios para el desarrollo de la guía. No hace parte del trabajo propuesto por el equipo Parcialmente hace parte del trabajo propuesto por el equipo NOTA MACROPROCESO RECURSOS E INFRAESTRUCTURA Y LABORATORIOS Nombre del Proceso: GESTIÓN DE LABORATORIOS CODIGO: LA-FM-007 Nombre del Documento: VERSION: 6 FECHA: 16/noviembre/2021 parámetros básicos responsable y puntual responsable y puntual Muestra una actitud favorable frente a la clase e interactúa ocasionalmente con sus pares y docente Muestra una buena actitud frente a la clase e interactúa con sus pares y docente Muestra una sobresaliente actitud frente a la clase e interactúa frecuentemente con sus pares y docente Practica el uso de lenguaje escrito como medio de identificación y diferenciación en la elaboración de informes No construye el informe de laboratorio Construye el informe de laboratorio de manera incompleta Construye el informe de laboratorio de acuerdo a los requerimientos mínimos Construye de buena manera el informe de laboratorio Construye de manera sobresaliente el informe de laboratorio Utiliza lenguaje técnico para referirse a los diferentes conceptos que relaciona en la práctica experimental No hace uso de un lenguaje técnico apropiado para la práctica de laboratorio Ocasionalmente hace uso de un lenguaje técnico apropiado para la práctica de laboratorio Hace uso de un lenguaje técnico apropiado para la práctica de laboratorio Hace un buen uso del lenguaje técnico apropiado para la práctica de laboratorio Hace un uso sobresaliente del lenguaje técnico apropiado para la práctica de laboratorio Realiza la búsqueda bibliográfica en fuentes confiables que permitan dar respuesta a las situaciones problema evidenciados en la consulta previa y en el informe de laboratorio Las fuentes de información son pocas o ausentes. Si las usa son poco confiables y no contribuyen a la construcción del eje central Las fuentes de información son restringidas o con poca diversidad. Además, no están actualizadas y contienen información poco relevante Las fuentes de información son relevantes e informativas. Presenta los parámetros aceptables por el docente Las fuentes de información son variadas e informativas. Adicionalmente son fiables y contribuyen al tema Las fuentes de información son variadas y pertinentes. Además, están actualizadas y contienen información relevante al tema 2.5 % A veces muestra una actitud favorable frente a la clase y se limita a responder por las condiciones básicas del trabajo (aprender a convivir) Cuida, respeta y exige respeto frente a la interacción con sus pares y docentes Frecuentemente reprocha el trabajo de sus pares y docente, y justifica sus carencias en el trabajo en grupo 5% Investigativa Comunicativa FORMATO PRACTICAS DE LABORATORIOS
