LABORATORIO DE ELECTÓNICA BÁSICA

PRÁCTICA NO. 4

OBJETIVOS

Comparar las formas de onda y los niveles de C.D. a la salida de los circuitos rectificadores de media onda y onda completa, tipo puente, con y sin filtro capacitivo en paralelo con la resistencia de carga.

Distinguir entre C.D. y C.A.

Explicar el efecto del capacitor de filtro sobre el rizo de un circuito rectificador.

INTRODUCCIÓN

La mayoría de los dispositivos semiconductores requieren de una fuente de voltaje directo. Esta fuente de voltaje directo puede ser una batería, pero, en la mayoría de los casos ésta se obtiene a partir de la línea de C.A. de 127 volts, 60 Hertz. La conversión de C.A. a C.D. (rectificación) se lleva a cabo mediante diodos semiconductores y ésta es quizás, la aplicación más común de estos últimos.

Los eliminadores de baterías que comúnmente empleamos en radios, grabadoras, calculadoras, etc., contienen entre otras partes un circuito rectificador.

Generalmente, los circuitos rectificadores emplean un filtro capacitivo para reducir la variación del voltaje de salida, con respecto al voltaje promedio de C.D. (disminuir el voltaje de rizo).

En ésta práctica mediremos las señales que se presentan en un circuito rectificador, desde el primario del transformador hasta el voltaje de salida de C.D. y el rizo que contenga, para dos casos distintos. Con estos datos calcularemos la regulación de los circuitos y las compararemos. Además veremos la relación que existe entre el voltaje secundario del transformador y el nivel de C.D. que deseamos a la salida del circuito rectificador.

Por otra parte, en el análisis y diseño de circuitos rectificadores es muy importante manejar correctamente los conceptos del valor RMS (o eficaz), Valor pico (o máximo), valor promedio.

Rectificador de Onda Completa

El objetivo del rectificador de onda completa es obtener corriente rectificada en los espacios de tiempo en los que el rectificador de media onda no conduce.

Esto se logra mediante la utilización de dos diodos, o también con una fuente de diodos, en el diagrama siguiente podemos ver el uso de dos diodos para rectificar la onda completa.

Lo que sucede es que por un diodo media onda queda rectificada, y por el otro la otra parte es rectificada, pero desfasada por medio ciclo, quedando la siguiente onda:

EQUIPO Y MATERIAL

• Multímetro

• Osciloscopio

• Diodo rectificador (1N4003)

• Capacitor electrolítico de 10 Microfaradios, 25 V

• Capacitor electrolítico de 100 Microfaradios, 25 V

• Resistencia de 680 Ohms, ½ Watt

1 Transformador de 127-12 Volts, 250 mA, con terminal (tap) central

DESARROLLO

Arme el circuito de la figura No.1

Obtenga la forma de onda Vs, compárela con el voltaje del secundario del transformador (Vg).

Onda Vs

Onda Vg

La diferencia principal entre la onda de Vg contra la de Vs es la rectificación de media onda, la cual se aprecia al no existir parte negativa en la gráfica de Vs, además de que esta es afectada con el capacitor, el cual podemos ver como se va descargando poco a poco desde el voltaje pico hasta la siguiente onda positiva, lo cual permite que exista un flujo de corriente positiva en todo el tiempo.

Mida el nivel de C.D. y de C.A. entre los puntos A y B y determine el factor de rizo.

CD = 10.3V

CA = 12.3V

Factor de rizo = 1.1941

Mida el nivel de C.D. y de C.A. entre los puntos C y D y determine el factor de rizo.

CD = 32.5V

CA = 0.024V

Factor de rizo = 7.3846x10-4

Compare los resultados de los puntos 3 y 4 e indique en cuál de ellos es menor el factor de rizo y por qué.

El factor de rizo fue menor en los puntos C y D, ya que estos eran los que tenían al capacitor, el cual disminuye considerablemente el factor de rizo, ya que hace que la onda de corriente sea mucho más constante que sin él. Como podemos apreciar en las gráficas del inciso 2, en la de Vs el factor de rizo es menor al de Vg, ya que Vs es la señal emitida después de pasar por el rectificador y el filtro.

Arme el circuito de la figura No. 2

Obtenga la forma de onda Vs, compárela con el voltaje del secundario del transformador (Vg).

Vs10 Vs100

En esta situación vemos que debido al rectificador de onda completa, nuestra gráfica de Vs10 es casi totalmente recta, pero siguen existiendo ciertas caídas de voltaje casi imperceptibles, sin embargo en la de Vs100 son tan insignificantes las caídas que el mismo osciloscopio no las capta, por lo que nos muestra una línea completamente recta.

A diferencia del Vg, estos los rectificadores de onda completa con los filtros, eliminan la corriente negativa dejando una corriente positiva casi totalmente recta y uniforme estando en el valor pico de la señal Vg.

Mida el nivel de C.D. y de C.A. entre los puntos A y B y determine el factor de rizo.

10f 100f

CD = 10.3 CD = 10.3

CA = 5.04 CA = 5.04

Rizo = 5.04x10-4 Rizo = 5.04x10-4

Mida el nivel de C.D. y de C.A. entre los puntos C y D y determine el factor de rizo.

10f 100f

CD = 15.97 CD = 15.97

CA = 0.014 CA = 0.004

Rizo = 8.7664x10-4 Rizo = 2.5046x10-4

Compare los resultados de los puntos 8 y 9 e indique en cuál de ellos es menor el factor de rizo y por qué.

Entre los puntos C y D del inciso 9, es menor el factor de rizo, debido a que los capacitores funcionan como filtros, los cuales reducen considerablemente dicho factor, además que al aumentar los farads del capacitor notamos un decremento en el factor de rizo, ya que este es un filtro, podemos decir, más potente.

Sustituya el capacitor de 10 Microfaradios por el de 100 Microfaradios y haga sus anotaciones sobre el efecto que este cambio provoca.

Arme el circuito de la figura No. 3

Obtenga la forma de onda Vs, compárela con el voltaje del secundario del transformador (Vg).

Vs10 Vs100

Entre estas dos ondas podemos notar que el factor de rizo en la Vs10 es casi imperceptible, por lo que en el Vs100 se vuelve totalmente plana. Si la comparamos con la onda senoidal de Vg, encontramos bastantes diferencias, ya Vs se ha vuelto totalmente continua, perdiendo las características de la corriente altera, como lo son el cambio instantáneo de polos, y esta señal que obtenemos se mantiene en el valor pico de nuestra onda original.

Mida el nivel de C.D. y de C.A. entre los puntos A y B y determine el factor de rizo.

10f 100f

CD = 19.93V CD = 19.93V

CA = 10.08V CA = 10.08V

Rizo = 0.5057 Rizo = 0.5057

Mida el nivel de C.D. y de C.A. entre los puntos C y D y determine el factor de rizo.

10f 100f

CD = 31.68V CD = 31.68V

CA = 0.013V CA = 0.006V

Rizo = 4.1035x10-4 Rizo = 1.8939x10-4

Compare los resultados de los puntos 14 y 15 e indique en cuál de ellos es menor el factor de rizo y por qué.

Una vez más confirmamos que los capacitores funcionan como filtros que reducen considerablemente el factor de rizo, por lo que los valores del punto 15 son considerablemente menores a los del punto 14, por lo que podemos analizar o discernir, que entre más grande sea nuestro filtro, más cercano al cero será el factor de rizo.

Sustituya el capacitor de 10 Microfaradios por el de 100 Microfaradios y haga sus anotaciones sobre el efecto que este cambio provoca.

CUESTIONARIO

De acuerdo a las formas de onda que obtuvo. ¿Qué tipo de rectificadores son los circuitos de las figuras 1, 2 y 3?

1º rectificador de media onda

2º rectificador de onda completa

3º rectificador de onda completa (fuente de diodos)

¿Con cuál circuito rectificador obtuvo mayor nivel de C.D. a la salida?, ¿Por qué?

En el primero y el tercero, ya que estos no estaban conectados al tap, situación que si sucedía en el segundo, lo cual provocaba que la tensión se dividiera a la mitad, obteniendo 15V de CD, en lugar de 31V (aprox.) en los otros dos circuitos.

Haga una tabla comparativa que incluya por columnas cada uno de los rectificadores vistos con y sin capacitor de filtro (con carga) y por renglones los niveles de C.D. obtenidos, la magnitud del rizo y comente acerca de los resultados obtenidos.

Circuito	Capacitor	Vs (D)	Vg (A)	Va-b (D)	Va-b (A)	Vc-d (D)	Vc-d (A)
1	10f	32.5	23.47	10.3	12.3	32.5	0.024
1	100f	32.5	23.47	10.3	12.3	32.5	0.007
2	10f	15.97	23.47	10.3	5.04	15.97	0.014
2	100f	15.97	23.47	10.3	5.04	15.97	0.004
3	10f	31.68	23.47	19.93	10.08	31.68	0.013
3	100f	31.68	23.47	19.93	10.08	31.68	0.006

En un filtro capacitivo para un rectificador qué es más recomendable: tener un valor grande o un valor pequeño de capacidad. ¿Por qué?

Es mucho más recomendable tener un filtro capacitivo con mayor capacidad, ya que este evita que la caída de voltaje sea menor, reduciendo el factor de rizo y a su vez entregando una corriente mucho más constante y continua. En cambio si llegásemos a poner un filtro capacitivo con poca capacidad en nuestro circuito, corremos el riesgo que la caída de voltaje sea tan grande que su función sea inútil.

CONCLUSIONES

Esta práctica ha tenido singular importancia al no solo demostrar lo aprendido en la clase de teoría, sino también al enseñarnos nuevos conceptos, como el del factor de rizo, el cual no solo lo aprendimos durante la práctica, sino que también lo aplicamos sobre la marcha. Además podemos distinguir cual tipo de corriente se está generando en algún circuito sea CA o CD, sin tener que encenderlo y verificarlo con el osciloscopio, ya que conforme lo aprendido, lo podemos hacer a simple vista.

Por otro lado aprendimos a generar corriente continua casi perfecta. También logramos hacer circuitos más complejos, como lo fue el último, la fuente de diodos, y comprendimos que todos estos conocimientos tienen un fin u objetivo bastante importante, que es el dominio de los conceptos electrónicos y su manejo para encontrar soluciones a problemas futuros.