Aplicaciones de circuitos con diodos

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIADEPARTAMENTO DE ING. ELECTRICAAplicaciones de circuitos con diodos11021: Laboratorio de electrnica

Integrantes: Marco Alarcn G. Carlos Gallardo I.

Guillermo Valenzuela F.

Nombre Profesor: Hctor LiraFecha de la experiencia: 3 de Abril de 2013Fecha de entrega: 10 de Abril de 2013

Tabla de Contenidos PaginaIntroduccin 3Objetivos 3Desarrollo Experimental Medicin de componentes 4 Circuito experimental N1, con R0 de baja impedancia 5 Circuito experimental N1, con R0 de alta impedancia. 6 Circuito experimental N2. Aplicacin rectificador media onda en 8 Electrodomsticos.Conclusiones generales 11

Introduccin

En este primer informe se analizar de la forma ms detallada posible la experiencia realizada en el primer laboratorio de semestre, el cual consiste en estudiar el circuito para el rectificador bsico de media onda. En general, esta clase de circuitos es uno de los ms bsicos en el rea de la electrnica, ya que puede ser implementado de la forma ms sencilla por medio de un diodo y un resistor. Ahora bien, el dominio de un circuito como este ser importante a travs de toda esta asignatura. A travs de esta experiencia se espera aprender y comprender el funcionamiento de distintas herramientas de medicin como distintos tipos de Multitester, osciloscopio; as como la implementacin de un circuito electrnico bsico en laboratorio. Todos los datos obtenidos sern comparados con los respectivos datos arrojado por la teora y mostrados la semana pasada en el preinforme, y se realizar una serie de conclusiones generales para poder analizar lo realizado y ver si es que se cumplieron los objetivos planteados al principio de la experienciaObjetivos

1.1. Uso de instrumentos de medida: Multmetro y osciloscopio1.2. Funcionamiento y caractersticas tcnicas de diodos rectificadores. Hojas de datos (Datasheet) con parmetros, rangos de operacin, curvas caractersticas, etc1.3. Rectificador de media onda y conceptos sobre mediciones de valor efectivo, valor peak, valor medio y tiempo (periodo) en seales sinusoidales y no sinusoidales.1.4. Aplicacin de diodos en electrodomsticos.

Desarrollo experimental

En esta etapa del informe se expondrn los resultados por medio de tablas, grficos y figuras, estos resultados se compararn con los datos arrojados en el preinforme de la semana pasada y los datos obtenidos experimentalmente en el laboratorio.Hay que considerar que: Los clculos tericos del preinforme se hacen para un valor nominal del secundario del transformador, V2 nominal y considerando que la red es de 220 volts efectivos. Para hacer una comparacin correcta entre valores tericos y experimentales, se deber corregir los valores experimentales usando el valor real medido en el secundario del transformador (V2 medido). Para ello, se aplicar un factor de correccin (Fc ) al valor medido.

Medicin de componentes

En esta primera parte se dispondr de una serie de elementos a medir con el multmetro (estndar o true RMS) para comparar el valor obtenido con el valor nominal de estos y as saber si estn dentro de su tolerancia. ResistenciasElementoValor nominal (ohms)Tolerancia %Valor medidoDesviacin del valor medido resp. a nom.Cumple con la tolerancia?

Resistencia1 Mega ohm51,0121.2%Si

Resistencia2 kilo ohm52,22711.35%No

Resistencia470 kilo ohm104822.55%Si

Resistencia33 ohm532,5-1.52%Si

Condensadores

ElementoValor nominal (F)Tolerancia %Valor medidoDesviacin del valor medido resp. a nom.Cumple con la tolerancia?

condensador0,1 F50,098-2%Si

condensador0,1 F100,1022%Si

condensador1000 F20128628.6%No

condensador1000 F20138438.4%No

Como se puede observar, los valores de casi todos los elementos medidos cumplen con su tolerancia a excepcin de la resistencia de 2K y de los condensadores electrolticos de 1000F, por lo tanto podramos decir que estos elementos ya cumplieron con su vida til.

Valor medidoV2V0maxV0ccV0caV0efDuracin (mseg)

Valores Tericos1317,4855,5596,8398,819,74

Tester Fluke(estndar)Con Fc12,6317,8915,3526,6908,567XXXX

Error (%)2,8462,3223,7242,1792,758XXXX

Tester Tektronix(true RMS)Con Fc12,6217,8915,3676,6858,573XXXX

Error (%)2,9322,3223,4542,2522,690XXXX

OsciloscopioCon Fc13,08116,55,2526,3628,257,2

Error (%)0,6235,6335,5226,9756,35626,078

Circuito experimental N1, con R0 de baja impedancia

Es esta etapa, se arm el circuito de la figura 1 con una resistencia Ro baja de 33 y se tomaron las siguientes medidas:

Fc para tester fluke: 1.0293Fc para tester tectronix: 1.030Fc para osciloscopio: 0.9938 En la tabla anterior, todos los valores Vocc Voca y Voef medidos estn multiplicados por sus respectivos factores de correccin.La forma de onda de la salida del circuito rectificador es la siguiente:

Y el voltaje en el diodo tiene la siguiente forma:

Observaciones: A partir de la tabla mostrada anteriormente, se observa que en los valores de voltaje hay pequeas variaciones porcentuales de error, en especial con el Multitester Fluke y el Tektronix. Esto nos permite clarificar que sin importar cul de los dos aparatos se use, se pueden obtener valores muy exactos mientras se tenga claro lo que se est midiendo, o sea, saber diferenciar entre voltajes eficaces, componente alterna y continua respectivamente. Ahora bien, se observa un mayor grado error en las mediciones del osciloscopio en comparacin con los otros instrumentos. Esto se debe a que como los Multitester son digitales, dan un valor ms exacto a la hora de leer el instrumento que contar cuadriculas como se hace en un osciloscopio, lo que siempre aumenta el error. Tambin estos errores se pueden ver afectados por las tolerancias de cada elemento involucrado en el circuito, as como las respectivas resistencias de cables y otros elementos no ideales usados en la prctica. En la grfica del voltaje en el diodo, se puede apreciar que en estado de conduccin hay una pequea cada de tensin en el diodo ya que la lnea no pasa por el cero, sino que pasa un poco ms arriba. A su vez, se observa en las figuras mostradas en el osciloscopio figuras similares a las obtenidas en el preinforme, lo que nos permite afirmar que se cumple la teora con respecto a estas, as como tambin se presenta un pequeo grado donde el primer semiciclo es ms corto que el segundo, producido esto por la cada de voltaje en el diodo. Circuito experimental N1, con R0 de alta impedancia.

En esta parte del circuito, cambiar R0 por una resistencia alta de 1M.Condicin para clculosV2 (volts)V0CCV0CAV0RMS

Determinar valores sin M2 conectadoTerico5,559V6,839V8,810V

Experimental5,580V6,630V8,666V

Determinar valores con M2 conectadoTerico2.461V9.4285V9.7443V

Experimental2,931V9,410V9,856V

Desviacion (%)Terico55.73%37.86%10.605%

Experimental47.473%41.931%13.731%

Error de medidaExperimental19.097%0.196%1.146%

Como se puede apreciar en los resultados obtenidos, con una resistencia de salida de alta impedancia y M2 (osciloscopio) no est conectado, entonces el instrumento M1 (Tester) cuya impedancia de entrada es de 10M puede realizar una medicin correcta. En la siguiente imagen se puede apreciar la forma de onda de la salida del circuito:

Al conectar M2 en los terminales del diodo parte de la corriente que antes solo circulaba por el diodo y cuando este estaba en estado de conduccin, tambin pasa por M2 creando un circuito serie entre la resistencia Ro y el instrumento M2, esto quiere decir que en la salida no solo habr circulacin de corriente en el semiciclo positivo, sino que tambin la habr en el semiciclo negativo aunque el diodo no est en conduccin pasar corriente por M2. En la figura mostrada en el osciloscopio se puede observar el voltaje de salida (arriba) y el voltaje en el diodo (abajo) con M2 (osciloscopio) conectado, se puede observar que la salida tiene semiciclo positivo de amplitud 18V aprox. y un semiciclo negativo de amplitud aproximada de 9V (debido al divisor de tensin formado por la resistencia Ro y M2) Esto puede dar mediciones errneas y generar confusiones ya que se puede creer equivocadamente que el circuito est defectuoso cuando en realidad no es as. Circuito experimental N2. Aplicacin rectificador media onda en electrodomsticos.

Para este circuito utilizaremos unas resistencias shunt de bajo valor las cuales conectaremos en serie con el circuito, estas resistencias nos permitir ver las formas de onda de las corrientes debido a una pequea cada de tensin que se generan en estas resistencias debido al paso de corriente por estas, utilizando la escala adecuada en el osciloscopio, se pueden ver y medir los valores mximos. Luego encenderemos el circuito con el switch S en la posicin 1 (baja velocidad) obteniendo la siguiente forma de onda: El osciloscopio muestra un valor peak de aproximadamente 6.4A

Posteriormente encendemos el circuito con el switch S en posicin 2 (alta velocidad), como ha de suponerse, el diodo Ds se desconecta del circuito, permitiendo el paso de corriente en ambos semiciclos. La forma de onda de la corriente es la siguiente:

Se logra apreciar que el semiciclo negativo tiene mayor amplitud que el semiciclo positivo y eso es debido a que en el semiciclo negativo estn todas las resistencias conectadas en paralelo es decir, hay una mayor circulacin de corriente, en cambio en el semiciclo positivo hay solo dos resistencias en paralelo por lo tanto circula una menor corriente. El valor peak del semiciclo positivo es de aproximadamente 6.5 A y en el semiciclo negativo es de 10.5A aprox. Finalmente se enciende el circuito con el switch S en posicin 2 (alta velocidad) con el pulsador PB presionado, en este caso solo est conectada la resistencia R2 en ambos semiciclos, por lo tanto la forma de onda de la corriente es una seal sinusoidal, con peaks de igual amplitud en ambos semiciclos. La forma de onda resultante se muestra a continuacin:

Como se puede observar, la forma de onda es aproximadamente una sinusoide de amplitud mxima 2.2 A aprox. Se puede observar unos cortes en los cruces por cero de la seal resultante y eso es debido a la conmutacin de los diodos. Los datos obtenidos en el laboratorio para el circuito del secador, de una forma tabulada, fueron los siguientes:VredIi APotencia activa

Baja velocidad229,8Icc=2,07756 VA

Ica=2,56

Ief 3,29

Alta velocidad228,2Ics=61395,99 VA

Icc=1,22

Ief=6,122

Pulsador231,4Ica=1,58365,5 Watts

Icc=0

A partir de esta tabla, resulta ms que claro notar que hay una mayor potencia activa de salida cuando se trabaja con el secador de pelo en alta velocidad que cuando se trabaja con baja velocidad, lo que conlleva a un mayor consumo. Esto se debe a que en el caso 1, de baja velocidad, hay un diodo que no permite el paso de corriente en uno de los semiciclos. Esto a su vez conlleva a una notable disminucin de la componente alterna de la corriente en el circuito, lo que a su vez hace que la corriente eficaz sea menor que en el caso 2, donde no se trabaja con el primer diodo Ds. Al haber una menor corriente eficaz en el caso 1, la cual es aproximadamente la mitad que en el caso 2, hay notablemente una menor potencia activa consumida a la red en el caso 1. En resumen, la principal razn por la que la potencia activa consumida en el circuito de baja velocidad es menor que en el de alta es porque hay un diodo que no permite el paso de corriente en uno de los semiciclos. Tambin es pertinente notar que al presionar el pulsador del secador de pelo se desconecta parte del circuito, haciendo que solo quede conectado el motor y R3, lo que conlleva a una disminucin en la temperatura. Como solo queda conectado el motor y la resistencia, y la serie de diodos D1 hasta el D4 se desconectan, conlleva a que la componente continua sea cero y la componente alterna sea igual a la corriente eficaz. Esto hace que la corriente de salida medida en el diodo sea medida en Watts y no en Volt-amperes.

Conclusiones generales

1. El circuito rectificador de media onda consiste en un solo diodo que solo permite el paso de corriente hacia una sola direccin, por lo que en la salida solo habr un semiciclo de la onda. El diodo adems tiene una cada de tensin asociada.

2. A travs de esta experiencia se pudo observar lo importante que es utilizar el instrumento adecuado no solamente en cuanto a escala, sino que tambin en cuanto a impedancia de entrada para cada diferente medicin que se realice en un laboratorio. Ya que si la impedancia del circuito a medir es alta, entonces el instrumento a medir debe tener una impedancia mucho ms alta an para no interferir en la medicin y entregar resultados errneos, si la impedancia del circuito a medir es baja, entonces la del instrumento puede ser no tan alta, si las impedancias tanto del circuito como del instrumento son parecidas, entonces va a circular corriente por los instrumentos generando divisores de tensin con el circuito de trabajo dando mediciones incorrectas que pueden llevar a conclusiones malas.

3. Adems, se pudo trabajar con distintos tipos de instrumentos en el laboratorio que nos permitieron realizar distintas medidas de los mismos fenmenos a estudiar, de lo que se puede concluir que se pueden obtener valores certeros mientras se tengan claras las diferencias entre voltajes eficaces, componentes continuas y alternas y valores peaks.

4. Tambin se observ que en general, los porcentajes de error, as como las figuras mostradas en el osciloscopio son similares a los obtenidos en la teora mostrada principalmente en el preinforme. Esto nos permite corroborar la teora a travs de la prctica. Todas estas cosas fueron analizadas ms profundamente en cada conclusin particular mostrada al finalizar cada parte del laboratorio en este informe.

5. Con respecto al circuito 2 se puede concluir que los circuitos rectificadores son muy tiles para controlar velocidades cambiando los valores promedio y efectivo de la seal de entrada solo conmutando un diodo o un grupo de diodos, cambiando estos valores se le puede regular la potencia suministrada a cierto elemento y as controlar su funcin. En este circuito se pudo regular tanto la velocidad del motor, como la temperatura que alcanza el grupo de resistencias.

6. Debido a la potencia que consume el circuito 2 (y a la gran corriente que necesita para que funcione), este produjo una baja del voltaje de entrada en el enchufe cuando se encontraba en funcionamiento y eso se debe a que la entrada de voltaje es un circuito equivalente formado por una fuente de voltaje alterno y una impedancia, cuando circula corriente por esta impedancia se produce una cada de tensin en sus bornes bajando el voltaje que llega al enchufe.

7. Las resistencias shunt son muy tiles para medir y graficar corrientes, ya que al ser de bajo valor casi no interfieren en el circuito y como son de bajo valor solo hay pequeos voltajes en estas, hacindolas un sistema seguro para ver formas de onda de corrientes y tambin para medir sus valores efectivos, componentes continuas y alternas gracias a un escalamiento adecuado del instrumento.

8. Los diodos requieren un cierto voltaje para conducir por eso se producen esos cortes en los cruces por cero en la forma de onda de la corriente en el circuito 2 en alta velocidad y con el pulsador PB presionado.