RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA Y EFECTO DEL FILTRO

OJETIVO

Visualizar la señal rectificada de onda completa esto mediante un diodo rectificador; además se observara y comprenderá el efecto que tiene un filtro RC sobre una carga.

MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO

EQUIPO	HERRAMIENTA	MATERIAL
1 Multimetro. 1 Osciloscopio con 2 puntas.	1 Caimanes. 1 pinzas de punta. 1 plantilla de pruebas. Alambre.	1 Resistor de 100 , ½ W. 1 Resistor de 220 , ½ W. 1 Resistor de 1 k, ½ W. 1 Resistor de 4.7 k, ½ W. 4 Diodos 1N4002. 1 Capacitor de 100 F / 25V. 1 Capacitor de 470 F / 25V. 1 Capacitor de 1000 F / 25V.

INTRODUCCIÓN

Se ha observado durante el transcurso del curso de electrónica, que existen diferentes tipos de rectificadores de los cuales en la presente practica se usara el rectificador de onda completa, del cual se hace notar que este genera una onda mas enérgica en comparación con el rectificador de media onda; ya que el rectificador de onda completa aprovecha los dos semiciclos tanto el positivo como el negativo Los dos circuitos mencionados anteriormente se emplean para la transformación de la corriente alterna (AC) a corriente directa (DC) cada uno con sus ventajas y desventajas, siendo el de onda completa el mas favorito de los practicantes de la electrónica. Durante el desarrollo de la practica se observaran los distintos tipos de ondas y comportamiento que tendrá este circuito al ir cambiando algunos de sus elementos por otros de mayor valor e ir siguiendo las especificaciones que marca dicho trabajo.

MARCO TEORICO

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA: El rectificador de onda completa utiliza ambas mitades de la señal senoidal de entrada, para obtener una salida unipolar, invierte los semiciclos negativos de la onda senoidal. En la figura 1 se muestra una posible estructuración en la que el devanado secundario es con derivación central para obtener dos voltajes vs , en paralelo con las dos mitades del devanado secundario con las polaridades indicadas.

Fig. 1

Cuando el voltaje de linea de entrada (que alimenta al primario) es positivo, las señales vs seran positivas; el D1 conduce y D2 esta polarizado inversamente, la corriente que pasa por D1 circulara por R y regresara a la derivación central del secundario. El circuito se comporta entonces como rectificador de media onda, y la salida durante los semiciclos positivos positivos será idéntica a la producida por el rectificador de media onda.

Durante el semiciclo negativo del voltaje de CA de la línea, los dos voltajes marcados como Vs serán negativos; el diodo D1 estara en corte y D2 conduce, la corriente conducida por D2 circulara por R y regresa a la derivación central. Por lo tanto durante los semiciclos negativos tambien el circuito se comporta como rectificador de media onda, excepto que ahora D2 es el que conduce. Es importante decir que la corriente que circula por R siempre circulara en la misma dirección y por lo tanto Vo sera unipolar, como lo muestra la figura 1.1

Fig. 1.1

La onda de salida que se observa se obtiene suponiendo que un diodo conductor tiene una caída constante de voltaje VD0; por lo tanto la curva característica de transferencia del rectificador de onda completa toma la forma que muestra la figura 1.2

Fig. 1.2

El rectificador de onda completa obviamente produce una onda más enérgica que la del rectificador de media onda.

Para encontrar el PIV de los diodos en el circuito rectificador de onda completa se emplea la siguiente ecuación:

PIV = 2Vs - VD0

EL RECTIFICADOR EN PUENTE: El circuito conocido como rectificador en puente por la similitud de su configuración con la del puente de Wheatstone, no requiere de transformador con derivación central, ventajoso sobre el circuito rectificador de onda completa de la figura 1, en la figura 2 se muestra una estructuración alternativa del rectificador de onda completa.

Fig. 2

En el rectificador en puente se hacen necesarios cuatro diodos en comparación con el circuito anterior. La operación del rectificador en puente consiste que durante los semiciclos positivos del voltaje de entrada Vs es positivo y la corriente es conducida a través del diodo D1, el resistor R y el diodo D2. Entre tanto los diodos D3 y D4 estaran polarizados inversamente; hay dos diodos en serie en la trayectoria de conducción y por lo tanto Vo será menor que Vs por dos caídas del diodo, esta es una desventaja del rectificador en puente. Para determinar el voltaje inverso de pico (PIV) se emplea la siguiente formula:

PIV = Vs - 2VDO + VDO = Vs - VDO

Otra ventaja de este circuito es que solo se hace necesaria aproximadamente la mitad del numero de vueltas para el devanado secundario del transformador. Se puede visualizar que cada mitad del devanado secundario del transformador con derivación central se utiliza solo la mitad del tiempo.

DIODO: Se forma juntando materiales tipo P y tipo N (usándose principalmente el Germanio y Silicio). En el momento en que son unidos los dos materiales, los electrones y los huecos en la región de la unión se combinan, dando por resultado una falta de portadores en la región cercana a la unión. A esta región de iones positivos y negativos descubiertos se le llama región de agotamiento, debido al agotamiento de portadores en esta región. El diodo se representa con el siguiente símbolo:

Diodo de Ge = 0.7 V.

Diodo de Si = 0.3 V.

RESISTOR: Elemento que tiene la propiedad de oponer resistencia al flujo de corriente y se representa con el símbolo siguiente:

Unidad de medición: Ohm ().

CAPACITOR: Es un elemento de dos terminales que consta de dos placas conductoras separadas por un material no conductor. La carga eléctrica se almacena en las placas y el espacio entre ellas se llena con un material dieléctrico. El valor de la capacitancia es proporcional a la constante dieléctrica y al área superficial del material dieléctrico e inversamente proporcional a su espesor. Para obtener mayor capacitancia es necesaria una estructura muy delgada con un área grande. La capacitancia puede establecerse como:

C = "A / d Donde: " es la Cte. Dieléctrica.

A es el área de las placas.

d el espacio entre placas.

Su simbología y unidad de medición es:

Unidad de medición: Faradio.

• Capacitancia: Es una medida de la propiedad de un dispositivo para almacenar energía en la forma de cargas separadas o en la forma de un campo eléctrico.

DESARROLLO

Diagrama 1

Se procedió al ensamblaje del circuito realizando las primeras mediciones en el transformador dando estas lo siguiente: la resistencia en el primario fue de 10.8 , el Vac = 132.2 V, el Vdc es el del rectificador; la resistencia en el secundario que es con el cable rojo dio 0.6 , el Vac = 26.64 V, el Vdc = 23.8 V; la resistencia en el primario pero con el cable rojo/azul fue de 0.5 , el Vac = 13.24 V, el Vdc = 11.6 V. En la siguiente figura se muestra la señal de entrada del rectificador:

Para el primer paso de la practica se obtuvo un Vrms = 13.2 V y un voltaje pico Vp = 18.4 V para el Vi, para el Vo se obtuvo un Vdc = 11.6 V y un Vo = 17.19 V. Obsérvese la figura a):

Figura a)

En el segundo paso se procedió a medir el Vc dando como resultado17.5 V. Su representación grafica se muestra en la figura b):

Figura b)

En el paso numero tres no se pudo lo indicado ya que la potencia necesaria es de P = 2.97 W y la resistencia es de ½ W. La figura que se observo en el osciloscopio fue la siguiente:

En el siguiente paso se realizo con una resistencia de 1K dando un voltaje de rizo de Vr = 1.25 V, con una frecuencia de f = 120 Hz y empleando el resistor de 4.7 k se obtuvo un voltaje de rizo de Vr = 275 mV y una frecuencia de f = 120 Hz. En la figura c) se observa la forma de la señal.

Figura c)

Continuando con la practica se obtuvo un Vp = 17.8 V; con la resistencia de 1 K el voltaje de rizo fue de Vr = 116 mV, y con el resistor de 4.7 k se obtuvo el mismo voltaje de rizo que fue de 116 mV. En la figura d) se muestra la señal.

Figura d)

Por ultimo se obtuvo un voltaje pico de Vp = 17.95, para la resistencia de 1 k se origino un voltaje de rizo de Vr = 16.7 v ; para la resistencia de 470  se obtuvo un voltaje de rizo de Vr = 203 mV

COMPARACIONES

	Mediciones del transformador
Resistencia en el primario 10.8 	VAC 132.2 V
Resistencia en el secundario (rojo) 0.6 	VAC 26.6 V	VDC 23.8 V
Resistencia en el primario (rojo/azul) 0.5 	VAC 13.24 V	VDC 11.6 V

VALORES PRACTICOS	VALORES TEORICOS
Vi { Vrms=13.2 V, Vp=18.4 V} Vo{ Vdc= 11.6 V, Vo= 17.2 V}	Vi{ Vrms=13.19 , Vp=18.6 V} Vo{Vdc=11.87 V, Vo= 17.26 V}
Vc=17.5 V	Vc=17.26 V
No se pudo por que la potencia necesaria es de P= 2.97 W Y la resistencia solo es de ½ W	VR=19.6 V (R=100) VR=8.93 V (R=220)
(R=1k) VR=1.25 V F=120 Hz (R=4.7 K) VR=275 mV F=120 Hz	(R=1k) VR=1.1V F=120Hz (R=4.7 K) VR= 208 mV F=120 Hz
VP=17.8V Y C) no se puede por la potencia d) (R=1k) VR=1.25 V e) (R=4.7 K) VR= 275 mV	VP=18.6 V VR=2.09 V (Cap. 100 f) VR= 0.95 (Cap. 470 f) VR=1 V (R=1k) VR=220 mV (R=4.7 K)
VP=18.4 V Y c) no se puede por la potencia d) (R=1k) VR=203 mV	VP=18.6 V (R=100 ) VR=0.98 V (R=220) VR=0.4 V (R=1k) VR=200 mV

CUESTIONARIO

1.-Explique la diferencia de los niveles de voltaje entre el semiciclo positivo de la señal de entrada y la de salida.

El voltaje de entrada (Vi) es una señal senoidal con un voltaje pico (Vp) de 18.6 V en el semiciclo positivo y un Vp de -18.6V en el semiciclo negativo. Su frecuencia es de 60 Hertz ,como el periodo (T) es T = 1/f entonces T= 1/60 = 16.6 ms por lo tanto el semiciclo positivo de Vi tiene un tiempo de t = 8.3 ms.

En el voltaje de salida (Vo) los datos anteriores ya han cambiado porque la señal se ha rectificado por efecto de los 2 diodos de silicio y muestra el semiciclo positivo de cada diodo de la señal de entrada con un Vp de 17.2 V, éste es el voltaje resultante porque los 2 diodos en serie necesitan 1.4 V para poder funcionar , como el Vo es más alto que el de los 2 diodos ,el voltaje pico que habrá en la salida del diodo será :

Vo = Vi - 1.4

El efecto neto es una reducción en el área arriba del eje la cual reduce de manera natural el nivel resultante del voltaje dc a Vo = 17.2V .

2.- ¿Existe diferencia de frecuencia entre las señales de entrada y de salida?

Si existen diferencia porque un rectificador de onda completa tiene la propiedad de doblar la frecuencia de entrada (por la conexión en serie de los 2 diodos ),por lo tanto, la frecuencia de salida será de 120 Hertz.

3.- Determine el valor promedio y eficaz del voltaje de entrada y el de salida y compárelos respectivamente.

Señal de entrada Señal de salida

Vdc = 0 V. Vdc = ( 8.5 - 0.7 ) / 

(El valor promedio de = 7.8 / 

de cualquier señal se- Vdc = 2.48 V.

noidal es 0).

Valor Eficaz = Vi = 18.4 V. Valor Eficaz = 17.2 V

4.- Por medio de un gráfico V - t describa como es el voltaje en el diodo.

VD

5.- Mencione las ventajas y desventajas que observa en el rectificador de onda completa:

La ventaja de este rectificador es que el nivel de dc que se obtiene a partir de una entrada senoidal mejora al doble en comparación del de media onda porque se aprovechan los 2 semiciclos positivos.

6.- ¿Qué efectos produce el voltaje de ruido en el funcionamiento de los circuitos electrónicos?

Origina un zumbido a la salida del receptor o transmisor.

7.-El voltaje de salida del cto. Rectificador con filtro capacitivo, da un voltaje de dc constante. Si se le aplica una carga en las terminales de salida ¿cómo es el voltaje de rizo al disminuir la resistencia de carga?

El voltaje de rizo es mayor si la resistencia de carga se va disminuyendo.

8.- Una de las formas más comunes de reducir el rizo es mediante el empleo de capacitores como filtros de la señal.

Por medio del empleo de capacitores como filtros dentro de un circuito

CONCLUSIONES

Al realizar la practica se pudo observar algunas ventajas y desventajas que tiene el rectificador de media onda, esto por medio de la sustitución de algunos de sus elementos originando esta acción cambios en la señal, variaciones en el vrms, voltaje pico, frecuencia, periodo, voltaje de rizo etc.

También se pudo observar las variaciones del circuito por los diferentes valores de los elementos que se sustituyeron.

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA

Y

EFECTO DEL FILTRO