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PRACTICA Nº 1

TEMA: Rectificación Monofásica de media onda y RectificaciónMonofásica de onda

completa con puente de Graetz.

OBJETIVOS

Rectificar CA monofásica mediante un solo diodo y con cuatro diodos en

configuración Puente.

Comprobar la teoría y los cálculos referentes a cada tipo de rectificación.

Simular los circuitos para verificar aun mejor sus resultados.

MATERIALES:

Transformador 110/12 VCA. 1A.

Cables de conexión con terminales tipo banana.

Cable multipar.

Sonda de interfaz para el osciloscopio.

Project board.

2 Resistencias 1k-1/2w

4 Diodos 1A-100v. O un puente de GRAETZ prefabricado 1A.

Multímetro, osciloscopio.

MARCO TEORICO

Un circuito rectificador convierte CA en CC pulsante, que luego puede filtrarse (alisarse) en corriente directa pura. Para rectificar, el circuito debe pasar corriente con el mínimo de resistencia en dirección hacia adelante y bloquear su flujo en dirección inversa. El diodo con sus características, es muy adecuado para la rectificación.Es más simple y económico generar, transmitir y distribuir corriente alterna que corriente continúa, por lo que las empresas de energía eléctrica suministran potencia de CA. Sin embargo, muchas aplicaciones de la energía eléctrica, tales como los circuitos electrónicos, los de carga de baterías, la operación de motores eléctricos, soldadura, electro plateado, procesos químicos y otros, necesitan corriente directa (o continua). Por ello es necesario rectificar la energía de CA a voltajes de CC. La rectificación puede ser de media onda u onda completa, la diferencia radica en la forma final de la onda continua pulsante obtenida por cada tipo de rectificación.

Señales Analógicas

La señal analógica es aquella que presenta una variación continua con el tiempo, es decir, que a una variación suficientemente significativa del tiempo le corresponderá una variación igualmente significativa del valor de la señal (la señal es continua), s decir varia en forma proporcional.

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Semiconductores

Es un elemento que funciona como un conductor o como un aislante dependiendo de algunos factores, como el campo eléctrico o magnético, la radiación, la presión o la temperatura del ambiente en el que se encuentre.Una aplicación en la electrónica para este caso está en los Rectificadores (dispositivos de unión del tipo p-n): donde producen la unión de los semiconductores del tipo n y p, que forman una unión del tipo p-n; cuándo ocurre esto los electrones se concentran en la unión del tipo n y los huecos en la unión p, este desequilibrio electrónico crea un voltaje mediante la unión.

Tipos de semiconductores

Se pueden clasificar en dos tipos:

Semiconductores intrínsecos: poseen una conductividad eléctrica fácilmente controlable y, al combinarlos de forma correcta, pueden actuar como interruptores, amplificadores o dispositivos de almacenamiento.

Semiconductores extrínsecos: se forman al agregar a un semiconductor intrínseco sustancias dopantes o impurezas, su conductividad dependerá de la concentración de esos átomos dopantes.

Dependiendo de esas impurezas habrá dos tipos:

Semiconductores de tipo N: En las redes de Si o Ge se introducen elementos del grupo 15 los cuales debido a que tienen un electrón más en su capa de valencia que los elementos del grupo14 se comportan como impurezas donadoras de electrones o portadores negativos.

Semiconductores de tipo P: En este caso se introducen elementos del grupo 13 que presentan un electrón menos en su capa de valencia, por lo que se comportan como aceptores o captadores de electrones.

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Unión P-N

En un semiconductor existe una unión P-N cuando existe una región denominada unión metalúrgica que separa una región de semiconductor extrínseca de tipo P de una tipo N

Al extremo P, se lo denomina ánodo, representándose por la letra A, mientras que la zona N, se le denomina cátodo, se lo representa por la letra K.

Cuando no existe ninguna causa externa actuando sobre el diodo, se dice que el diodo esta en equilibrio. Cuando se somete al diodo a una diferencia de tensión externa, se dice que el diodo esta polarizado, pudiendo ser la polarización directa o inversa.

A esta unión se los conoce como diodos y como manifestamos se basan en la unión de dos materiales semiconductores de características opuestas, es decir, uno de tipo N y otro de tipo P. A esta estructura se le añaden dos terminales metálicos para la conexión con el resto del circuito.

Polarización de un diodo

Polarización directa

El bloque PN en principio no permite el establecimiento de una corriente eléctrica entre sus terminales puesto que la zona de deplección no es conductora.

Sin embargo, si se aplica una tensión positiva en el ánodo, se generará un campo eléctrico que "empujará" los huecos hacia la unión, provocando un estrechamiento de la zona de deplección (Fig.). Sin embargo, mientras ésta exista no será posible la conducción.

Fig.

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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANASi la tensión aplicada supera a la de barrera, desaparece la zona de deplección y

el dispositivo conduce. De forma simplificada e ideal, lo que sucede es lo siguiente:

1. Electrones y huecos se dirigen a la unión. 2. En la unión se recombinan.

Es decir, polarizar un diodo PNen directa es aplicar tensión positiva a la zona P y negativa a la zona N. Un diodo PN conduce en directa porque se inunda de cargas móviles la zona de deplección.

La tensión aplicada se emplea en:

Vencer la barrera de potencial. Mover los portadores de carga.

Polarización inversa

Al contrario que en el apartado anterior, al aplicar una tensión positiva a la zona N y negativa a la zona P, se retiran portadores mayoritarios próximos a la unión. Estos portadores son atraídos hacia los contactos aumentando la anchura de la zona de deplección. Esto hace que la corriente debido a los portadores mayoritarios sea nula (Fig.).

Ahora bien, en ambas zonas hay portadores minoritarios. Un diodo polarizado en inversa lo está en directa para los minoritarios, que son atraídos hacia la unión. El movimiento de estos portadores minoritarios crea una corriente, aunque muy inferior que la obtenida en polarización directa para los mismos niveles de tensión.

Fig.

Al aumentar la tensión inversa, llega un momento en que se produce la ruptura de la zona de deplección, al igual que sucede en un material aislante: el campo eléctrico puede ser tan elevado que arranque electrones que forman los enlaces covalentes entre los átomos de silicio, originando un proceso de rotura por avalancha. (Nota: Sin embargo, ello no conlleva necesariamente la destrucción del diodo, mientras la potencia consumida por el diodo se mantenga en niveles admisibles).

Osciloscopio Digital

En la actualidad los osciloscopios analógicos están siendo desplazados en gran medida por los osciloscopios digitales, entre otras razones por la facilidad de poder transferir las medidas a una computadora personal o pantalla LCD.

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Las características y procedimientos señalados para los osciloscopios analógicos son aplicables a los digitales. Sin embargo, en estos se tienen posibilidades adicionales, tales como el disparo anticipado (pre-triggering) para la visualización de eventos de corta duración, o la memorización del oscilograma transfiriendo los datos a un PC. Esto permite comparar medidas realizadas en el mismo punto de un circuito o elemento. Existen asimismo equipos que combinan etapas analógicas y digitales.

La principal característica de un osciloscopio digital es la frecuencia de muestreo, la misma determinara el ancho de banda máximo que puede medir el instrumento, viene expresada generalmente en MS/s (millones de muestra por segundo).

La mayoría de los osciloscopios digitales en la actualidad están basados en control por FPGA (del inglés Field Programmable Gate Array), el cual es el elemento controlador del conversor analógico a digital de alta velocidad del aparato y demás circuitería interna, como memoria, buffers, entre otros.

Estos osciloscopios añaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de obtener con circuitería analógica, como los siguientes:

Medida automática de valores de pico, máximos y mínimos de señal. Verdadero valor eficaz.

Medida de flancos de la señal y otros intervalos. Captura de transitorios. Cálculos avanzados, como la FFT para calcular el espectro de la señal. también sirve

para medir señales de tensión.

Aplicación del osciloscopio

Su aplicación está basada en lectura de señales en donde básicamente se puede:

Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal. Determinar indirectamente la frecuencia de una señal. Determinar que parte de la señal es DC y cual AC. Localizar averías en un circuito. Medir la fase entre dos señales. Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo.

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A: PROCEDIMIENTO. (MEDIA ONDA)

1A. Conectamos el primario del transformador a 120VCA de la red monofásicaexistente en

el laboratorio; medimos el voltaje eficaz en el secundario deltransformador y con este valor

de voltaje medido realizamos y detallamos los CALCULOS según lo vimos en teoría.

V ef=13.8V

V p=V ef

0.70713.8V0.707

V p=19 .52V

V max=V p−0.6 19.52V ×−0.6V max=18.92V

V medio=V RC=V max×0.31818.92V ×0.318V RC=6.016V

iRC=V RC

Rc

6.016V1k

iRC=6.016mA

iRC=iD iD=6.016mA

2A. Una vez realizados los cálculos, procedemos a ARMAR el circuito de lafigura.

3A. Utilizar el osciloscopio para visualizar las ondas correspondientes: Graficar

exactamente la forma de onda obtenida en el secundario del transformador, en el diodo y

sobre la RC. En cada onda acotar los valores observados. (Tener en cuenta las escalas en

tiempo y amplitud que se emplean en el osciloscopio).

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SECUNDARIO:

ESCALAS PARA LA MEDICIÓN EN EL SECUNDARIO:X: 5 msY: 10 V

EN EL DIODO:

ESCALAS PARA LA MEDICIÓN EN EL SECUNDARIO:X: 5 msY: 5 V

SOBRE LA RC:

ESCALAS PARA LA MEDICIÓN EN RC:X: 5 ms

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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANAY: 5 V

4A. MEDIR el Voltaje Medio sobre la RC (con un voltímetro CC en paralelo a RC) y la IRC

(con un amperímetro CC en serie a la RC).

VRC = 6.12 V

IRC = 6.06 mA

ANALISIS DE RESULTADOS

Con los datos obtenidos en los puntos anteriores llenar el siguiente cuadro comparativo de

resumen, analizar y explicar las diferencias en caso de haberlas.

*(El periodo T y la frecuencia F, se obtendrán con relación a la onda en RC, mida el periodo

T en el grafico de RC y calcule F = 1/T).

Resultados obtenidos en el CALCULO

(punto 1A)

Resultados obtenidos en el

LABORATORIO (punto 3A, 4A)

Vef= 13.8 V Vef = 13.8 V

Vp= 19.52 V Vp= 19.52 V

Vmax= 18.92 V Vmax= 18.92 V

F = 60 Hz T = 16.66 ms

T = 16.66 ms (1/60 Hz) F = 60 Hz

VRC =6.016 V VRC = 6.9 V

IRC= 6.016 mA IRC= 6.9 mA

ID= 6.016 mA ID = 6.9 mA

Según los resultados obtenidos en los diferentes puntos del procedimiento A se observa que

VRC, IRC e ID varían; pero la razón más opcional es por la medida que realiza nuestro

multímetro que es un básico y no muy completo, entonces sus lecturas tiene un valor

significante de diferencia respecto a los multímetro efectivos, en cual esta diferencia podría

ser por milésimas y no como este caso.

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B: PROCEDIMIENTO. (ONDA COMPLETA)

1B. Conectamos el primario del transformador a 120VCA de la red monofásica existente en

el laboratorio; medimos el voltaje eficaz en el secundario del transformador y con este valor

de voltaje medido realizamos y detallamos losCALCULOS según lo vimos en teoría.

V ef=14V

V p=V ef

0.70714V0.707

V p=19.802V

V max=V p−0.6 19.802V−1.2V max=18.60 2V

V medio=V RC=V max×0.636 18.602V ×0.636V RC=11.83V

iRC=V RC

Rc

11.83V1k

iRC=11.83mA

iD=iRC2

11.83mA2

=5.915mA

2B. Una vez realizados los cálculos, procedemos a ARMAR el circuito de lafigura.

3B. Utilizar el osciloscopio para visualizar las ondas correspondientes: Graficar

exactamente la forma de onda obtenida en el secundario del transformador y sobre la RC.

En cada onda acotar los valores observados. (Tener en cuenta las escalas en tiempo y

amplitud que se emplean en el osciloscopio).

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SECUNDARIO:

ESCALAS PARA LA MEDICIÓN EN EL SECUNDARIO:X: 5 msY: 10 V

SOBRE LA RC:

ESCALAS PARA LA MEDICIÓN EN RC:X: 2.5 msY: 5 V

4B. MEDIR el Voltaje Medio sobre la RC (con un voltímetro CC en paralelo a RC)y la IRC

(con un amperímetro CC en serie a la RC).

VRC = 25 V

IRC = 11.87 mA

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ANALISIS DE RESULTADOS

Con los datos obtenidos en los puntos anteriores llenar el siguiente cuadro comparativo de

resumen, analizar y explicar las diferencias en caso de haberlas.

*(El periodo T y la frecuencia F, se obtendrán con relación a la onda en RC, mida el T en el

grafico de RC y calcule F = 1/T).

Resultados obtenidos en el CALCULO

(punto 1B)

Resultados obtenidos en el

LABORATORIO (punto 3B, 4B)

Vef =14 V Vef = 14 V

Vp= 19.802 V Vp= 19.802 V

Vmax= 18.602 V Vmax= 18.602 V

F = 120 Hz T = 8.33 ms

T = 8.33 ms F = 120 Hz

VRC = 11.83 V VRC = 12.5 V

IRC= 11.83 mA IRC= 12.5 mA

ID = 5.915 mA ID = 6.25 mA

Al igual que el procedimiento A para este se diría lo mismo que es, según los resultados

obtenidos en los diferentes puntos del procedimiento A se observa que VRC, IRC e ID varían;

pero la razón más opcional es por la medida que realiza nuestro multímetro que es un

básico y no muy completo, entonces sus lecturas tiene un valor significante de diferencia

respecto a los multímetro efectivos, en cual esta diferencia podría ser por milésimas y no

como este caso.

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CONCLUSIONES

Podemos concluir que todos los objetivos planteados en esta práctica, se cumplieron

con éxito y no existió alguna dificultad para los mismos.

Además de cumplir con los objetivos, diríamos que lo importante fue entender lo que

se estaba queriendo y más en la forma de la que se trataba hacer.

Una experiencia de la práctica seria que tenemos que ir explorando los aparatos

existentes en el laboratorio para poder manejarlos de acuerdo a cualquier tema que

pueda ser planteado como practica y realizarla de una manera más rápida y eficaz.

Al centrarnos en el tema de rectificación se ve que la razón es conseguir un

Corriente Continua a partir de una Alterna, pero hay que especificar que esta CC no

es como la CC de un acumulador sino el resultado de la rectificación.

BIBLIOGRAFIA Y DIRECCIONES ELECTRONICAS VERIFICABLES.

http://www.ecured.cu/index.php/Se%C3%B1ales_anal%C3%B3gicas_y_digitales

http://www.ecured.cu/index.php/Semiconductores

http://es.scribd.com/doc/8241535/Union-PN

http://www.profesormolina.com.ar/tutoriales/diodo.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Osciloscopio#Osciloscopio_digital

http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Uso-del-osciloscopio.php

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ANEXO: Simulación en EWB MULTISIM, con cada tipo de rectificación

* Procedimiento A

Simulación de media onda sobre RC

Voltaje sobre RC

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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANAIntensidad sobre RC

* Procedimiento B

Simulación de onda completa sobre RC

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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANAVoltaje sobre RC

Intensidad sobre RC

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