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EXPERIENCIA N°4 RECTIFICADORES, FILTROS Y MULTIPLICADORES DE TENSIÓN RESUMEN: El objetivo de este laboratorio es aprender a reconocer las diferencias entre los circuitos rectificadores, filtros y multiplicadores de tensión, así como sus usos y funcionamiento. En este informe se realizaron los temas: rectificadores, filtros y multiplicadores de tensión. El desarrollo del siguiente informe consta de dos partes: una teórica y una práctica; en la primera se realizó todo lo concerniente a cada uno de los temas ya mencionados y en la segunda se trabajó en el laboratorio, en el que se obtuvo las gráficas de las ondas de cada circuito.

PALABRAS CLAVE:     

Multiplicador de tensión. Rectificadores de onda completa. Filtro CLC. Rectificador puente. Trasformador.

ABSTRACT: The objective of this laboratory is to learn to recognize differences between rectifier circuits, filters and voltage multipliers, also their uses and how it works. In this report the subjects were realized: rectifiers, filters and tension multipliers. The development of the report consists of two parts: a theory and a practice; the first one was done everything concerning each one of the subjects already mentioned and the second one was worked in the laboratory, where the graphs of the waves of each circuit were obtained.

KEYWORDS:     

Voltage multiplier. Full-wave rectifiers. Clc filter. Bridge rectifier Transformer

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OBJETIVOS:   

Estudiar el funcionamiento de los diferentes modelos de circuitos rectificadores, filtros y multiplicadores de tensión. Indicar las características de los circuitos a estudiar. Realizar el análisis teórico de los circuitos mostrados, dibujando las señales de salida respectivas.

EQUIPOS Y MATERIALES:        

Osciloscopio. Multímetro. Generador de señales. Transformador con punto central. Diodos: 1N4004 (4) u otros equivalentes. Resistores: 10kΩ, 1kΩ, 0.22kΩ, 0.1kΩ. Capacitores de 25v: 2200µF, 1000µF, 470µF y 100µF. Bobina de 1H.

PROCEDIMIENTO: 1. Implementar el circuito de la figura 4.1.

a) Observar y medir las tensiones de entrada y salida en fase correcta, anotando los datos en la tabla 4.1.

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b) Con RL = 1kΩ, invertir el diodo. Luego proceda igual que en el paso (a). haga lo mismo para el caso de RL = 0,1kΩ. Tabla 4.1 RL=10kΩ

RL=1kΩ

RL=0,1kΩ

Vi(rms)

12,8

12,8

12,8

Vopp

18,4

17,2

16,8

Vo DC

5,72

-5,61

-5,48

Io DC

0,57m

-5,68m

-56,5m

c) Grafique lo encontrado en los pasos anteriores, graficando la entrada versus la salida para los tres casos mencionados.

RL=10kΩ

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RL=1kΩ

RL=0,1kΩ

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2. Implementar el circuito de la figura 4.3.

a) Observar y medir las tensiones de entrada y salida, anotando los datos en la tabla 4.2. b) Desconectando la alimentación de entrada, descargar el condensador. Luego conectar una carga RL = 1kΩ en paralelo con RB. proceda como en el paso (a). c) Reemplazar el condensador de 1000µF, por otros de 2200µF y 100µF respectivamente. Llene los datos de la tabla 4.2.

Tabla 4.2 C1 = 1000µF

C1 = 2200µF

C1 = 100µF

Sin RL

RL = 1kΩ

Sin RL

RL = 1kΩ

Sin RL

RL = 1kΩ

VS(rms)

7.59

95 m

33.8 m

43.32 m

64.7 m

592 m

Vopp

14.3

186 m

14.2

184 m

14

14.1

Vo(rms)

5.13

86 m

5.1

5.1

5.12

5.12

Vo DC

12.89

12.53

12.87

12.55

12.79

11.91

Io DC

1.289 m

12.53 m

1.287 m

12.55 m

1.279 m

11.91 m

d) Grafique la tensión de salida Vo con respecto a VS, correspondiente a cada uno de los 4 casos anteriores.

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C1 = 1000µF

3. Implementar el circuito de la figura 4.5.

a) Observar y medir las tensiones de entrada y salida en fase correcta, anotando los datos en la tabla 4.3.

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Tabla 4.3 RL=1kΩ

RL=0,1kΩ

VS(rms)

5.34

5.26

Vopp

19.8

13.8

Vo DC

4.14

4.04

Io DC

4.14 m

40.4 m

b) Colocando una resistencia de RB = 10k y un capacitor de 1000µF en paralelo con la resistencia de carga, observar y medir las tensiones de entrada y salida, registrando los datos en la tabla 4.4. c) Usando el procedimiento adecuado para descargar los capacitores, reemplazar C por otros de valores C = 2200µF y 100µF respectivamente en el circuito de la figura 4.3. mantener los valores de RB y RL. Registrar los datos en la tabla 4.4.

Tabla 4.4 C1 = 1000µF

C1 = 2200µF

C1 = 100µF

VS(rms)

655 m

250 m

3.12

Vopp

13.8

13.8

9.11

Vo(rms)

5.04

5.06

5.07

Vo DC

11.26

11.44

7.47

d) Grafique la tensión de salida Vo con respecto a VS, correspondiente a cada uno de los 4 casos anteriores.

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1k

0.1k

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C=1000uF

C=2200uF

C=100uf

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4. Implementar el circuito de la figura 4.7.

a) Llenar la tabla 4.5, observando las ondas de entrada y salida para las diferentes cargas que se presentan en dicha tabla. b) Colocar un capacitor de 100µF en paralelo con RL = 1kΩ. observar y anotar los resultados. Esto correspondiente a un filtro RC.

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c) Reemplazar RL del circuito mostrado en la parte superior de la figura 4.7 por el circuito mostrado en la parte inferior de dicha figura. Luego llene la tabla 4.5. esto correspondiente a un filtro CLC: Tabla 4.5 d) Grafique la tensión de salida Vo con respecto a VS, correspondiente a cada uno de los 5 casos anteriores. R = 1kΩ

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R = 0,1kΩ

R = 0,22kΩ

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Con RC

UNMSM

Con CLC

5. Implementar el circuito de la figura 4.9.

a) Observar y medir las tensiones de entrada y salida, llenando los datos en la tabla 4.6.

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Tabla 4.6 RL=1kΩ

RL=10kΩ

Vo DC

11.32

12.74

Vr

1.06

118 m

VC1

11.31

12.76

VC2

12.31

12.86

b) Grafique la tensión de salida Vo con respecto a VS, correspondiente a cada uno de los 2 casos anteriores. R=1K

R=10K

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6. Implementar el circuito de la figura 4.11.

a) Observar y medir las tensiones de entrada y salida, llenando los datos en la tabla 4.7. Tabla 4.7 RL=1kΩ

RL=10kΩ

Vo DC

0.81

0.9

Vr

5.04

5.08

VC1

0.3

25.2

VC2

0.21

12.63

VC3

23.9

25.3

b) Grafique la tensión de salida Vo con respecto a VS, correspondiente a cada uno de los 2 casos anteriores.

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R=1k

R=10k

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CUESTIONARIO: 1. Presentar los resultados obtenidos en forma ordenada, indicando el tipo de circuito y las observaciones correspondientes. Los resultados se encuentran en la parte de procedimiento.

2. Explicar las diferencias y/o coincidencias obtenidas entre los rectificadores de las figuras 4.1, 4.5 y 4.7. El circuito de la figura 4.5, es un rectificador de onda completa con derivación central. Los rectificadores de onda completa permiten convertir la totalidad de la forma de onda de entrada en una polaridad constante (positiva o negativa) en la salida, mediante la inversión de las porciones (semiciclo) negativas (o positivas) de la forma de onda de entrada. Las porciones positivas (o negativas) se combinan con las inversas de las negativas (positivas) para producir una forma de onda parcialmente positiva (negativa). Este tipo de circuito a diferencia del anterior permite aprovechar la energía de los semiciclo negativo, al igual que el rectificador de onda completa tipo puente. Este tipo de circuito permitió superar el inconveniente de los rectificadores tipo puente de que no existe una referencia común de tensión (masa circuital) entre la fuente y la carga, resultando ambas flotantes. Circuito rectificador de Onda Completa Tipo Puente. En el circuito de la figura 4.7, al igual que el anterior es un rectificador de onda completa, ambos permiten el aprovechamiento total de la señal de entrada. Este rectificador puente tiene una desventaja ya que no tiene una salida común entre la fuente y la carga. Las diferencias se dan debido a la cantidad de diodos usados En el segundo caso se usan dos diodos pero para hacer una rectificación se requiere de un divisor de tensión que también reduce el valor del voltaje de salida el cual no es muy alto pero mayor al anterior. Para el tercer caso se usan 4 diodos lo cual implica mayor costo pero la eficacia del voltaje de salida es mayor ya que casi se mantiene el mismo voltaje de entrada en la rectificación lo cual hace que sea más usado.

3. Explicar y verificar las fórmulas de rizado para los filtros utilizados en la práctica, relacionándolos con las ventajas y desventajas entre ellos. El factor de rizo de un voltaje se define como:

𝑟=

𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑚𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝐶𝐴 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒ñ𝑎𝑙 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒ñ𝑎𝑙

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El cual se puede expresar como:

𝑟=

𝑉𝑟 (𝑟𝑚𝑠) 𝑉𝐶𝐷

Como la componente de voltaje de CA de una señal que contiene un nivel de CD es:

VCA = v - VCD

El valor rms del componente de CA es:

Donde V(rms) es el valor rms del voltaje total. Para la señal rectificada de media onda.

Para la señal rectificada de onda completa

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VOLTAJE DE RIZO DE FILTRO DE CAPACITOR Suponiendo una aproximación de la forma de onda del rizo triangular como se muestra el la FIG., podemos escribir:

𝑉𝐶𝐷 = 𝑉𝑚 −

𝑉𝑟 (𝑝 − 𝑝) 2

Durante la descarga del capacitor, el cambio de voltaje a través de C es:

𝑉𝑟 (𝑝 − 𝑝) =

𝐼𝐶𝐷 𝑇2 𝐶

Basados en la forma de onda triangular que aparece en la FIG.

𝑉𝑟 (𝑟𝑚𝑠) =

𝑉𝑟 (𝑝 − 𝑝) 2 √3

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Utilizando los detalles de la forma de onda de la FIG: B1, se obtiene

Se puede escribir como:

𝑉𝐶𝐷 =

2𝑉𝑚 − 𝑉𝑟 (𝑝 − 𝑝) 2

Podemos combinar las ecuaciones, para obtener

𝑇2 =

Luego resolvemos que para Vr(rms):

𝑉𝐶𝐷 𝑇 𝑉𝑚 2

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4. Explicar lo referente al doblador o triplicador de tensión utilizado en la práctica. Indicar sus usos. Doblador de tensión: producen el doble de tensión en DC (corriente directa) de la que podría producir un rectificador común. Se pueden implementar de dos diferentes maneras: duplicadores de media onda y duplicadores de onda completa y en ambos casos la frecuencia de la tensión de rizado es la misma que la de la tensión de entrada. La tensión que se aplica sobre los diodos, es el doble, por lo que estos deberán soportar el doble de tensión. La ventaja del duplicador de voltaje de media onda es que tiene una línea, que es común a la entrada y salida. Esta línea se puede tomar como común o tierra y se puede conectar al chasis o base metálica del equipo que se desea alimentar. El terminal de tierra o común debe estar bien identificado para no hacer una conexión invertida que puede tener consecuencias desagradables. Si se hiciera así, el chasis o base metálica del equipo estaría conectado al “+”.

CONCLUSIONES:  



Como nuestro grupo trabajo con un condensador electrolítico debemos de tener mucho cuidado con la polaridad. Tener en cuenta las especificaciones de los diodos que estamos utilizando, para un buen desempeño en nuestras experiencias, y además tener en cuenta la correcta polarización. Lo primero que debemos de realizar es verificar que todos nuestros conectores estén en un buen estado, además tomar nuestros valores reales de todos nuestros dispositivos o elementos para tener en cuenta las variaciones que se puedan dar por ejemplo mediante una simulación con valores ideales.