Práctica 5

DIODOS Y RECTIFICACIÓN Pérez Perdomo Marco Antonio

Reyes Camacho Brenda Michelle

Facultad de Ciencias

UNAM

24 de enero de 2016

Resumen El presente experimento tiene como finalidad estudiar los rectificadores compuestos con diodos.

Esto por medio de armar circuitos que se comportan como rectificador de media onda y rectificador

de onda completa. Se obtuvo que en el caso del rectificador de media onda la frecuencia de salida

era igual a la frecuencia de salida, mientras que en el caso del rectificador de onda completa la

frecuencia de salida aumentaba al doble. Se concluyó que entre mayor fuera el valor del

condensador menor seria la componente AC presente en la componente DC.

OBJETIVO Observar y comparar las diferentes opciones de rectificación con diodos.

INTRODUCCIÓN Un rectificador es un circuito el cual convierte la corriente alternativa (AC) de entrada a

corriente directa (DC). Su componente fundamental para diseñarlos son

los diodos rectificadores.

Rectificador de media onda

Es construido con un diodo ya que este pude

mantener el flujo de corriente en una sola

dirección, se puede utilizar para cambiar una

señal de AC a una de DC. Cuando la tensión de

entrada es positiva, el diodo se polariza en directo

y se puede sustituir por un corto circuito. Si la

tensión de entrada es negativa el diodo se polariza

en inverso y se puede remplazar por un circuito

abierto. Por tanto cuando el diodo se polariza en

directo, la tensión de salida a través de la carga se

puede hallar por medio de la relación de un divisor

de tensión sabemos además que el diodo requiere

0.7 voltios para polarizarse así que la tensión de

salida esta reducida en esta cantidad (este voltaje

depende del material de la juntura del diodo).

Cuando la polarización es inversa, la corriente es

cero, de manera que la tensión de salida también

es cero. Este rectificador no es muy eficiente debido a que durante la mitad de cada ciclo la

Rectificador de media onda

entrada se bloquea completamente desde la salida, perdiendo así la mitad de la tensión de

alimentación. El voltaje de salida en este tipo de rectificador es aproximadamente 0.45

voltaje máximo de la señal de entrada.

En este tipo de rectificador se tiene que

(1)

Rectificador de onda completa

De este tipo de rectificador podemos encontrar diferentes versiones dos de ellas son las

siguientes:

Rectificador de onda completa con derivación central

Se muestra el rectificador de onda completa con derivación central, este utiliza ambas

mitades de la onda sinusoidal de entrada; para obtener una salida unipolar, invierte los

semiciclos negativos de la onda sinusoidal. En esta aplicación se utiliza en el devanado

central del transformador con la finalidad de obtener dos voltajes VS iguales, en paralelo

con las dos mitades del devanado secundario con las polaridades indicadas. Cuando el

voltaje de línea de entrada, que

alimenta al devanado primario, es

positivo, ambas señales marcadas

como VS serán positivas. En este caso

D1 conduce y D2 estará polarizado

inversamente. La corriente que pasa

por D1 circulará por la carga y

regresará a la derivación central del

secundario. El circuito se comporta entonces como rectificador de media onda, y la salida

durante los semiciclos positivos será idéntica a la producida por el rectificador de media

onda. Ahora, durante el semiciclo negativo del voltaje de AC de la línea, los voltajes

marcados como VS serán negativos. Entonces D1 estará en corte y D2 conduce. La

corriente conducida por D2 circulara por la carga y regresa a la derivación central. Se

deduce que durante los semiciclos negativos también el circuito se comporta como

rectificador de media onda, excepto que ahora el diodo D2 es el que conduce. Lo más

importante es que la corriente que circula por la carga siempre pasa por la misma dirección

y el voltaje Vo será unipolar. La onda de salida se obtiene suponiendo que un diodo

conductor tiene una caída constante de voltaje VDO, es decir, se desprecia el efecto de la

carga. El voltaje de salida es aproximadamente 0.9 voltaje máximo de la onda.

Rectificador de onda completa con puente de diodo

La figura de la izquiera muestra el circuito conocido como

rectificador en puente de Winstone y la señal de salida

obtenida en este rectificador. Como se observa no hay

Rectificador de onda completa con derivación central

Rectificador de onda completa con puente de diodo.

variaciones en la señal de salida con respecto al rectificador con derivación central, la

diferencia radica en que este no usa derivación y si dos diodos más. Su funcionamiento

radica en que durante los semiciclos positivos del voltaje de entrada vs la corriente es

conducida a través del diodo D1, la carga y el diodo D2 (por ser positivo). Entre tanto los

diodos D3 y D4 están polarizados inversamente. Consideremos la situación durante los

ciclos negativos del voltaje de entrada. El voltaje secundario vs será negativo y entonces -

vs será positivo, forzando la corriente a circular por D3, la carga y D4; entre tanto los

diodos D1 y D2 estarán polarizados inversamente. Cabe anotar que durante los dos ciclos la

corriente circula por la carga en la misma dirección y por tanto Vo siempre será positivo.

Este circuito posee una deficiencia que es la generación de una tierra virtual de vida a la

conexión que posee además sabemos que este circuito decrementa el valor de la salida no

en solo 0.7 voltios, debido a la conexión que posee en serie este circuito. Si una de las

terminales de la fuente se aterra, ninguna de las terminales de la carga se puede aterrar; de

lo contrario provocaría un lazo de tierra, que eliminaría uno de los diodos. Por tanto es

necesario introducir un transformador a este circuito para aislar entre sí las dos tierras. En

este también el voltaje de salida es aproximadamente 0.9 voltaje máximo de la onda.

En el caso del rectificador de onda completa se tiene que

(2)

Factor de rizo

Si bien el objetivo último de un rectificador es obtener una tensión continua, es inevitable

que superpuesta a ésta aparezcan componentes armónicos. Se define el rizado como la

suma de estos componentes:

( ) ( ) (3)

Para cuantificar el rizado se introduce el factor de rizo, definido como el cociente entre el

valor eficaz del rizo y el valor medio de la señal, expresado normalmente en forma

porcentual:

(4)

Y

√

(5)

MATERIAL

4 diodos 1N4006

3 condensador de 220 μf, 1000 μf, 2200 μf

1 osciloscopio

1 resistencia de 2.7 KΩ @ 25W

1 transformador con derivación central (24 V @ 1 A)

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Circuito A

Se realizará el montaje experimental como se muestra en la figura 1.

Circuito B

El circuito B se armará como se muestra en la figura 2.

Circuito C

Se realizará el montaje experimental como se muestra en la figura 3.

Para el llenado de las tablas

En el caso de Vpp (entrada) y la Frecuencia entrada se toman las mediciones antes de

colocar el condensador. Posteriormente, se colocará el condensador para tomar las medidas

de Vpp salida, frecuencia de salida. Al tomar el voltaje Vdc es importante que el

acoplamiento este en “DC”. Por último, para obtener el voltaje el factor de rizo se utiliza la

fórmula 4.

Figura 2

Figura 1

DATOS

A continuación se muestran los resultados del circuito A

VARIABLE CIRCUITO A

220 μF 1000 μF 2200 μF

Vppentrada [V] 35.0±0.05 34.60±0.05 34.40±0.05

Vppsalida [V] 17.80±0.05 17.80±0.05 17.80±0.05

Frecuencia entrada [Hz] 59.95±0.05 60.02±0.05 60.02±0.05

Frecuencia salida [Hz] 59.10±0.05 60.68±0.05 60.10±0.05

Vppr [mV] 448±0.05 114±0.05 56.8±0.05

Vdc [V] 16.70 ± 0.05 16.6±0.05 16.5±0.05

Vrms [V] 0.129±0.005 0.0302±00.05 0.0142±0.005

Factor de Rizo 0.007724551 0.00181928 0.000861

% de la componente de AC 0.76% 0.17% 0.07%

Tabla 1: Resultados adquiridos del circuito A con distintos condensadores.

Figura 3

Figura 4: Datos de circuito A con el condensador de 220 µF

Figura 5: Datos del circuito A con el condensador de 1000 µF

Figura6: Datos del circuito A con el condensador de 2200 µF

VARIABLE CIRCUITO B

220 μF 1000 μF 2200 μF

Vppentrada [V] 34.4±0.05 34.6±0.05 34.6±0.05

Vppsalida [V] 17.2±0.05 17.2±0.05 17.2±0.05

Frecuencia entrada [Hz]

60.02±0.05 60.02±0.05 60.02±0.05

Frecuencia salida [Hz] 120.05±0.05 126.3±0.05 122.9±0.05

Vppr [mV] 0.232±0.05 0.0584±0.05 0.0322±0.05

Vdc [V] 16.8±0.05 16.7±0.05 16.6±0.05

Vrms [V] 0.0603±0.05 0.015±0.05 0.0742±0.05

Factor de Rizo 0.003589286 0.000898204 0.00446988

% de la componente de ca

0.36% 0.09% 0.45%

VARIABLE CIRCUITO C

220 μF 1000 μF 2200 μF

Vppentrada [V] 34±0.05 34±0.05 34±0.05

Vppsalida [V] 16.6±0.05 16.6±0.05 16.6±0.05

Frecuencia entrada [Hz] 60.02±0.05 60.02±0.05 60.02±0.05

Frecuencia salida [Hz] 121.3±0.05 120.4±0.05 120.3±0.05

Vppr [mV] 0.21±0.05 0.056±0.05 0.034±0.05

Vdc [V] 15.9±0.05 15.9±0.05 15.9±0.05

Vrms [V] 0.058±0.05 0.0145 0.007

Factor de Rizo 0.003647799 0.00091195 0.000440252

% de la componente de AC

0.35% 0.10% 0.03%

Tabla 3: Resultados adquiridos del circuito C con distintos condensadores.

Tabla 2: Resultados adquiridos del circuito B con distintos condensadores.

Figura 7: Datos de circuito B con el condensador de 220 µF

Figura 8: Datos de circuito B con el condensador de 1000 µF

Figura 9: Datos de circuito B con el condensador de 2200 µF

Discusión En el caso del circuito A, se observa en la tabla 1 que el circuito que se armó se comporta

como un rectificador de media onda, esto debido a que la frecuencia de entrada y salida son

iguales. Al colocar el condensador de 220µF se obtuvo una factor de rizo de 0.76% , con el

condensador de 1000 µF 0.16%, mientras que con el condensador de 2200 µF 0.07%. Esto

indica que entre mayor sea el valor del condensador menor será la presencia de la

componente AC en la componente DC

El circuito B y C se comportaron como rectificadores de onda completa, esto se puede

observar en la tabla 2 y 3, respetivamente, ya que la frecuencia aumento al doble. Esto es

debido a que en este tipo de rectificadores el periodo de la onda se reduce a la mitad, por lo

que se llega más rápido al Vp. De manera análoga, entre mayor sea el valor del

condensador menor será la presencia de la componente AC en la componente DC.

Referencias

DIEFENDERFER J. “Instrumentación Electrónica", Nueva Editorial

Interamericana.

MUHAMMAD H. RASHID, Electrónica de potencia, Ph.D.,Fellow IEE

Figura 10: Datos de circuito C con el condensador de 220 µF

Figura 11: Datos de circuito C con el condensador de 1000 µF

Figura 12: Datos de circuito C con el condensador de 2200 µF