Laboratorio Nº 1_Características de Conmutación

Resumen Para la prctica de laboratorio nmero 1, caractersticas de conmutacin de diodos y rectificaron de

carga R, se realizaron diferentes montajes propuestos por el

profesor. De dichos montajes, expuestos a lo largo del

documento, se obtuvieron datos que permitieron anlisis,

comparacin, obtencin de resultados y conclusiones. Los

montajes realizados reconfirmaron diferentes aspectos

elctricos de los diodos de propsito general y diodos Fast

Recovey como Irr (corriente de recuperacion inversa) , trr (tiempo de recuperacin inverso) entre otros, con el nico Finn de comparar las bondades de los mismos.

Palabras clave Diodo de Propsito General, Diodo recuperacin Rpida (Fast RecoveryDiode), Corriente de

recuperacin Inversa, tiempo de recuperacin inverso,

capacitancia parasita, tcnicas de rectificacin con diodos.

I. INTRODUCCIN

OS diodos sin lugar a duda han sido esenciales en el

desarrollo de la electrnica como la conocemos hoy.

Con estos se han generado un sin fin de topologas bases en

diversas aplicaciones en el mbito de electrnica de baja,

media y alta potencia. Ahora bien, en la prctica de

laboratorio 1, caractersticas de conmutacin de diodos y

rectificacin de carga R, se desarrollaron 5 topologas elctricas con los diodos conocidos como rectificadores.

Para cada topologa propuesta se consignaron en la bitcora

del laboratorio datos que permitieran posterior anlisis con

fines de encontrar caractersticas elctricas que permitieran

la comparacin tanto de los diferentes diodos como de las

topologas de rectificacin.

A final del informe se detallan los respectivos anlisis

acompaados de los argumentos que consideramos

consistes pues sustentan nuestras conclusiones.

II. MARCO TERICO

A. Tipos de diodos y recuperacin inversa del

diodo(Trr,Irr)

Uno de los dispositivos ms importantes de los circuitos

de potencia son los diodos. El diodo est compuesto por un

cristal de silicio o de germanio dopado, es decir, al que se

le han incluido impurezas. El dopado del silicio se realiza

para variar sus propiedades de semiconductor. Estos poseen

ciertas limitaciones: son dispositivos unidireccionales, no pudiendo circular la corriente en sentido contrario al de

conduccin. El nico procedimiento de control es invertir

el voltaje entre nodo y ctodo.

Los diodos de potencia se caracterizan porque en estado

de conduccin, deben soportar una alta circulacin de

corriente con una pequea cada de tensin. En sentido

inverso, deben ser capaces de soportar una fuerte tensin

negativa de nodo con una pequea intensidad de corrientes

de fuga.

Esto se ve reflejado en la curva caracterstica del diodo

Fig. 1.

Fig. 1. Curva caracterstica del diodo

En la zona donde se unen la zona P (nodo) y la zona N

(ctodo) del diodo se crea una barrera de potencial, ya que

en esta zona se crean iones positivos e iones negativos a

cada uno de los lados y para que un electrn salte de una

zona a otra de la unin, tienen que sobrepasar la barrera de

potencial que estos iones han creado en ese lugar. La

barrera de potencial es aproximadamente de 0.5 a 1.3

voltios para el silicio, tambin depender del dopado.

Cuando un diodo se le aplica una diferencia de

potencial, si el polo negativo de la fuente de alimentacin

est conectado al lado N (ctodo) del diodo y el positivo al

extremo P (nodo), se llama polarizacin directa. En

polarizacin directa el diodo se comporta como un

interruptor cerrado, ya que los electrones que provienen del

extremo negativo de la fuente entran en el extremo N del

diodo y cuando la diferencia de potencial de la fuente sea

mayor a la tensin de codo (VD), podrn atravesar esta

barrera, llenando los huecos que hay en el extremo P del

diodo y comportndose como un electrn de valencia,

saliendo por el extremo P del diodo y llegando al extremo P

Laboratorio N 1 Caractersticas de

Conmutacin: Diodos y Rectificacin carga R (14 de Junio 2013)

Edwin. O. Osorio, Estudiante ECI Julio Garavito , Jhonattan. A. Rodrguez, Estudiante ECI Julio Garavito, David. R. Espinosa, Estudiante ECI Julio Garavito

L

de la batera o fuente alimentadora.

En directo hay dos caractersticas importantes:

1) Hay que vencer la barrera de potencial (superar la

tensin umbral VD) para que conduzca bien en

polarizacin directa (zona directa).

2) Aparece una resistencia interna (el diodo se comporta

aproximadamente como una resistencia).

Fig. 2. Comportamiento del diodo

B. Parmetros en bloqueo

1) Tensin inversa de pico de trabajo (VRWM): es la

que puede ser soportada por el dispositivo de forma

continua, sin peligro de entrar en ruptura por avalancha.

2) Tensin inversa de pico repetitivo (VRRM): es la que

puede ser soportada en picos de 1 ms, repetidos cada 10 ms

de forma continuada.

3) Tensin inversa de pico no repetitiva (VRSM): es

aquella que puede ser soportada una sola vez durante 10ms

cada 10 minutos o ms.

4) Tensin de ruptura (VBR): si se alcanza, aunque sea

una sola vez, durante 10 ms el diodo puede destruirse o

degradar las caractersticas del mismo.

5) Tensin inversa contina (VR): es la tensin continua

que soporta el diodo en estado de bloqueo.

C. Parmetros en conduccin

1) Intensidad media nominal (IF(AV)): es el valor

medio de la mxima intensidad de impulsos sinusoidales de

180 que el diodo puede soportar.

2) Intensidad de pico repetitivo (IFRM): es aquella que

puede ser soportada cada 20 ms, con una duracin de pico a

1 ms, a una determinada temperatura de la cpsula

(normalmente 25).

3) Intensidad directa de pico no repetitiva (IFSM): es el

mximo pico de intensidad aplicable, una vez cada 10

minutos, con una duracin de 10 ms.

4) Intensidad directa (IF): es la corriente que circula por

el diodo cuando se encuentra en el estado de conduccin.

Los distintos modelos del diodo en su regin directa

(modelos estticos) se representan en la figura superior.

Estos modelos facilitan los clculos a realizar, para lo cual

debemos escoger el modelo adecuado segn el nivel de

precisin que necesitemos.

Fig. 3. Modelos de los diodos

El paso del estado de conduccin al de bloqueo en el

diodo no se efecta instantneamente. Si un diodo se encuentra conduciendo una intensidad IF, la zona central de

la unin P-N est saturada de portadores mayoritarios con

tanta mayor densidad de stos cuanto mayor sea IF. Si

mediante la aplicacin de una tensin inversa forzamos la

anulacin de la corriente con cierta velocidad di/dt,

resultar que despus del paso por cero de la corriente

existe cierta cantidad de portadores que cambian su sentido

de movimiento y permiten que el diodo conduzca en

sentido contrario durante un instante. La tensin inversa

entre nodo y ctodo no se establece hasta despus del

tiempo ta llamado tiempo de almacenamiento, en el que los portadores empiezan a escasear y aparece en la unin la

zona de carga espacial. La intensidad todava tarda un

tiempo tb (llamado tiempo de cada) en pasar de un valor

de pico negativo (IRRM) a un valor despreciable mientras

van desapareciendo el exceso de portadores.

Fig. 4. Recuperacin Inversa del diodo

De la Fig.4 :

5) ta: (tiempo de almacenamiento): es el tiempo que

transcurre desde el paso por cero de la intensidad hasta

llegar al pico negativo.

6) tb: (tiempo de cada): es el tiempo transcurrido desde el

pico negativo de intensidad hasta que sta se anula, y es

debido a la descarga de la capacidad de la unin polarizada

en inverso. En la prctica se suele medir desde el valor de

pico negativo de la intensidad hasta el 10 % de ste.

7) trr: (tiempo de recuperacin inversa): es la suma de ta y

tb.

(1)

8) Qrr: se define como la carga elctrica desplazada, y

representa el rea negativa de la caracterstica de

recuperacin inversa del diodo.

9) di/dt: es el pico negativo de la intensidad.

10)Irr: es el pico negativo de la intensidad. La relacin entre tb/ta es conocida como factor de

suavizado "SF".

Si se observa la grfica se puede considerar Qrr como el

rea de un tringulo:

(2)

donde :

(3)

Para el clculo de los parmetros IRRM y Qrr podemos

suponer uno de los dos siguientes casos:

Para ta = tbtrr = 2ta (4)

Para ta = trrtb = 0 (5)

En el primer caso se obtiene:

(6)

Y en el segundo caso:

(7)

Si el tiempo que tarda el diodo en conmutar no es

despreciable:

Se limita la frecuencia de funcionamiento.

Existe una disipacin de potencia durante el tiempo de recuperacin inversa.

Para altas frecuencias, por tanto, debemos usar diodos de recuperacin rpida.

Factores de los que depende trr :

A mayor IRRM menor trr.

Cuanta mayor sea la intensidad principal que atraviesa el diodo mayor ser la capacidad almacenada, y por tanto

mayor ser trr. D. Caractersticas y Funcionamiento de los

multmetro,sondas atenuadas y osciloscopios.

1) Multmetros

El multmetro es un instrumento muy verstil que sirve

para medir corriente dc o ac, voltaje, corriente, resistencia, entre otras variables. Un multmetro electrnico posee las

siguientes caractersticas:

a) Amplificador de CD de puente-equilibrado y medidor

indicado.

b) Atenuador de entrada, para limitar los valores de

voltaje de entrada al rango deseado.

c) Seccin de rectificacin para convertir el voltaje AC

de entrada en voltaje DC proporcional.

d) Batera interna para proporcionar la capacidad de

medir resistencias.

e) Interruptor de funcin, para seleccionar las distintas funciones de medicin del sistema.

Hay 2 tipos principales de multmetros electrnicos.

Los multmetros analgicos se han mejorado mediante el empleo de amplificadores de entrada con transistores de

efecto de campo (FET) para mediciones de voltaje DC, sus

impedancias rebasan con frecuencia a los 100 M.

Las mediciones de voltaje se pueden efectuar sobre el

rango de 0.4 mV hasta 1000 V con exactitudes de 0.1 por

ciento. Las mediciones de corriente se pueden llevar a cabo

desde 0.1 A hasta 10 A con exactitudes de 0.2 por ciento.

Los multmetros digitales han tomado el lugar de los multmetros con movimientos de D'Arsonval por dos

razones principales: mejor exactitud y eliminacin de

errores de lectura. Sin embargo con frecuencia se agrega

una escala analgica en la escala digital para dar una

indicacin visual de entradas que varan con el tiempo. La

posibilidad de observar la indicacin del medidor en forma analgica es muy importante cuando se estn localizando

fallas en sistemas de instrumentacin, por ejemplo, la

rapidez con que cambia una variable, al igual que su

magnitud, pueden dar indicaciones valiosas en muchas

situaciones de localizacin de problemas.

La mayora de los multmetros digitales se fabrican

tomando como base ya sea un convertidor A/D de doble

rampa o de voltaje a frecuencia, con ajuste de rango. Para

dar flexibilidad para medir voltajes en rangos dinmicos

ms amplios con la suficiente resolucin se emplea un

divisor de voltaje para escalar el voltaje de entrada.

Para lograr la medicin de voltajes de AC se incluye un

rectificador en el diseo del medidor. Como las exactitudes

de los rectificadores no son tan altas como las de los circuitos de medicin de voltaje de DC, las exactitudes

general de los instrumentos de medicin de AC es menor

que cuando se miden voltajes de DC (las exactitudes para

voltajes de AC van desde + 1.012 hasta + 1 por ciento + 1

digito). Las corrientes se miden haciendo que el voltmetro

digital determine la cada de voltaje a travs de una

resistencia de valor conocido y exacto.

Hay que tener cuidado al emplear la funcin de

medicin de corriente. No se debe permitir que pase

demasiada corriente a travs de la resistencia. Las

exactitudes tpicas de las mediciones de corriente de DC

van desde + 0.03 hasta + 2 por ciento de la lectura + 1

dgito, mientras que para corriente alterna son de + 0.05 a

+ 2 por ciento + 1 dgito. La Fig.5 muestra un multmetro

digital, el aspecto fsico y caractersticas de

funcionamiento.

Fig. 5. Aspecto Fsico, Caractersticas de Funcionamiento.

2) Sondas Atenuadas

Transmiten la seal desde el circuito al osciloscopio

hechas de cable coaxial, el cual posee una capacitancia, as

que dicha capacitancia es colocada a travs de cualquier

seal y provoca efectos sobre la seal mostrada.

El diseo inserta una resistencia de 9M en serie con extremo de la punta, la resistencia es usada para reducir la

carga que la capacitancia del cable posee, que en serie con

la impedancia de entrada del osciloscopio

aproximadamente 1M, se crea un divisor de tensin, por lo que a estas puntas se les conoce como de baja

capacitancia. El osciloscopio presenta capacitancias parsitas por lo

que en paralelo con 1M, la resistencia de 9M debe tambin encontrarse en paralelo con un capacitar para

formar un filtro pasa bajas con la capacitancia parsita del

osciloscopio.

Las puntas de prueba se conectan al osciloscopio con un

conector BNC, la mayora de las puntas atenuadores x 10

presentan una carga alrededor de 10-15 P.D. y 10M al punto de prueba, mientras que puntas atenuadores

presentan menor carga.

Fig. 6. Sondas de Osciloscopio

Specifications

Position x1:

o Attenuator: 1:1 o Ancho de banda: DC a 15MHz o Tiempo de subida: 23.3ns o Resistencia de entrada: 1Mohm

(resistencia de entrada del osciloscopio)

o Capacidad de entrada: 46pF + capacidad del osciloscopio

o Tensin de operacin: 600Vdc pico AC o Position REF: -

Position x10: o Attenuator: 1:10 o Ancho de banda: DC a 60MHz o Tempo de subside: 5.8ns o Resistencia de entrada: 10Mohm (si

entrada del osciloscopio = 1Mohm)

o Capac dad de intraday: 15pF o Tensin de operacin: 600Vdc pico AC o Rango de compensacin: de 10 a 50pF o Longitude del cable: 1.2m

3) Oscilloscopic

El osciloscopio es bsicamente un dispositivo de visualizacin grfica que muestra seales elctricas

variables en el tiempo. Se pured realize lass siguientes

tareas con un osciloscopio:

Determinar directamente el periodo y el voltaje de una seal.

Determinar indirectamente la frecuencia de una seal.

Determinar que parte de la seal es DC y cual AC.

Localizar averas en un circuito.

Medir la fase entre dos seales.

Determinar que parte de la seal es ruido y como varia este en el tiempo.

Los osciloscopios pueden ser analgicos digitales. Los

analgicos trabajan directamente con la seal aplicada, est

una vez amplificada desva un haz de electrones en sentido

vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los

osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor

analgico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la

seal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta

informacin en la pantalla.

Los osciloscopios analgicos son preferibles cuando es

preferible visualizar variaciones rpidas de la seal de

entrada en tiempo real, mientras que los osciloscopios

digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar

eventos no repetitivos.

Funcionamiento:

Fig. 7. Esquemtico del Osciloscopio

Cuando se conecta la sonda a un circuito, la seal atraviesa esta ltima y se dirige a la seccin vertical.

Dependiendo de donde situemos el mando del amplificador

vertical atenuaremos la seal la amplificaremos.

En la salida de este bloque ya se dispone de la suficiente seal para atacar las placas de deflexin verticales (que

naturalmente estn en posicin horizontal) y que son las

encargadas de desviar el haz de electrones, que surge del

ctodo e impacta en la capa fluorescente del interior de la

pantalla, en sentido vertical. Hacia arriba si la tensin es

positiva con respecto al punto de referencia (GND) hacia

abajo si es negativa.

La seal tambin atraviesa la seccin de disparo para de

esta forma iniciar el barrido horizontal (este es el encargado

de mover el haz de electrones desde la parte izquierda de la

pantalla a la parte derecha en un determinado tiempo).

El trazado (recorrido de izquierda a derecha) se

consigue aplicando la parte ascendente de un diente de

sierra a las placas de deflexin horizontal (las que estn en

posicin vertical), y puede ser regulable en tiempo

actuando sobre el mando TIME-BASE. El retrasado

(recorrido de derecha a izquierda) se realiza de forma

mucho ms rpida con la parte descendente del mismo

diente de sierra.

De esta forma la accin combinada del trazado

horizontal y de la deflexin vertical traza la grfica de la

seal en la pantalla. La seccin de disparo es necesaria para

estabilizar las seales repetitivas (se asegura que el trazado

comience en el mismo punto de la seal repetitiva).

Fig. 8. Osciloscopio usado en la prctica

Fig. 9. Ejemplo, Caractersticas del Osciloscopio

4) Protoboard

Compuesta por bloques de plstico perforados y lminas

delgadas de aleacin de cobre o estao que unen las

perforaciones formando varias lneas paralelas, por lo que

los componentes electrnicos se pueden montar utilizando

perforaciones adyacentes que no comparten la lnea

conductora y realizando las respectivas interconexiones con

cable.

Presenta unas caractersticas de capacitancia de 2pF a

30pF por punto de contacto y resistencia que suelen tener,

por lo que los protoboard estn diseados para trabajar a

baja frecuencia, inferior a 20MHz.

Fig. 10. Ejemplo, Protoboard Clsica

5) Generador de Funciones

Un Generador de Funciones es un aparato electrnico

que produce ondas sinodales, cuadradas y triangulares,

adems de crear seales TTL. Sus aplicaciones incluyen

pruebas y calibracin de sistemas de audio, ultrasnicos y

servo.

Este generador de funciones, especficamente trabaja en un

rango de frecuencias de entre 0.2 Hz a 2 MHz. Tambin

cuenta con una funcin de barrido la cual puede ser

controlada tanto internamente como externamente con un

nivel de DC. El ciclo de mquina, nivel de offset en DC, rango de barrido y la amplitud y ancho del barrido pueden

ser controlados por el usuario.

a) Funcionamiento y usos generales

Un generador de funciones es un instrumento verstil

que genera diferentes formas de onda cuyas frecuencias son

ajustables en un amplio rango. Las salidas ms frecuentes

son ondas senoidales, triangulares, cuadradas y diente de

sierra. Las frecuencias de estas ondas pueden ser ajustadas

desde una fraccin de hertz hasta varios cientos de kilo

hertz.

Las diferentes salidas dl generador se pueden obtener al

mismo tiempo. Por ejemplo, proporcionando una sola

cuadrada para medir la linealidad de un sistema de audio, la

salida en diente de sierra simultnea se puede usar para

alimentar el amplificador de deflexin horizontal de un

osciloscopio, con lo que se obtiene la a exhibicin visual de

los resultados de las mediciones. La capacidad de un

generador de funciones de fijar la fase de una fuente

externa de seas es otra de las caractersticas importantes y

tiles.

Un generador de funciones puede fijar la fase de un

generador de funciones con una armnica de una onda

sinodal del otro generador. Mediante el ajuste de fase y

amplitud de las armnicas permite general casi cualquier

onda obteniendo la suma de la frecuencia fundamental

generada por un generador de funciones de los

instrumentos y la armnica generada por el otro. El

generador de funciones tambin se puede fijar en fase a una

frecuencia estndar, con lo que todas las ondas de salida

generadas tendrn la exactitud y estabilidad en frecuencia

de la fuente estndar.

El generador de funciones tambin puede proporcionar

ondas a muy bajas frecuencias. Ya que la frecuencia baja

de un oscilador RC es limitada, la figura ilustrada otra

tcnica. Este generador entrega ondas sinodales

triangulares y cuadradas con un rango de frecuencias de

0.01 Hz hasta 100 kHz. La red de control de frecuencia est

dirigida por el selector fino de frecuencia en el panel frontal

del instrumento o por un voltaje de control aplicado

externamente. El voltaje de control de frecuencia regula

dos fuentes de corriente.

La fuente de corriente superior aplica una corriente

constante al integrador, cuyo voltaje de salida se

incrementa en forma lineal con el tiempo. La conocida

relacin da el voltaje de salida.

Un incremento o decremento de la corriente aplicada por la

fuente de corriente superior aumenta o disminuye la

pendiente del voltaje de salida. El multivibrador

comparador de voltaje cambia de estado a un nivel

predeterminado sobre la pendiente positiva del voltaje de

salida del integrador. Este cambio de estado desactiva la

fuente de corriente superior y activa la fuente inferior.

Dicha fuente aplica una corriente distinta inversa al

integrador, de modo que la salida disminuya linealmente

con el tiempo. Cuando el voltaje de salida alcanza un nivel

predeterminado en la pendiente negativa de la onda de la

salida, el comparador de voltaje cambia de nuevo, desactiva

la fuente de corriente inferior y activa al mismo tiempo la

fuente superior.

El voltaje a la salida del integrador tiene una forma de onda

triangular cuya frecuencia est determinada por la

magnitud de la corriente aplicada por las fuentes de

corriente constante. El comparador entrega un voltaje de

salida de onda cuadrada de la misma frecuencia. La tercera

onda de salida se deriva de la onda triangular, la cual es

sintetizada en oda sinodal por una red de diodos y

resistencias. En ese circuito la pendiente de la onda

triangular se altera a medida que su amplitud cambia

resultado una onda sinodal con menos del 1% de distorsin.

Los circuitos de salida del generador de funciones consisten

de dos amplificadores que proporcionen dos salidas

simultneas seleccionadas individualmente de cualquiera

de las formas de onda.

6) Rectificacin de media onda

La funcin de este circuito es eliminar uno de los dos

semiperiodos de una seal alterna sinodal, proveniente del

secundario del transformador o de un generador de seales.

El componente electrnico que se usa para este fin es el diodo, que tiene la propiedad de conducir en un solo

sentido.

Aplicamos una onda sinodal a la entrada. En el

semiciclo positivo el diodo queda polarizado directamente

y se comporta prcticamente como un interruptor cerrado.

Esto hace que por el circuito circule una corriente cuya

forma de onda. Esta corriente provoca una cada de tensin

sinodal.

En el semiciclo negativo, el diodo se polariza

inversamente (nodo ms negativo que el ctodo),

comportndose como un interruptor abierto. No existe corriente por el circuito y en la resistencia de carga no hay

cada de tensin, esto supone que toda la tensin de entrada

estar en extremos del diodo.

Rectificacin de onda completa con puente de diodos

El circuito conocido como rectificador en puente por la

similitud de su configuracin con la del puente de

Wheatstone, no requiere de transformador con derivacin

central.

La operacin del rectificador en puente consiste que

durante los semiciclos positivos del voltaje de entrada Vs es

positivo y la corriente es conducida a travs del diodo D1,

el resistor R y el diodo D2. Entre tanto los

diodos D3 y D4 estarn polarizados inversamente; hay dos

diodos en serie en la trayectoria de conduccin y por lo

tanto Vo ser menor que Vs por dos cadas del diodo,

Rectificacin de onda completa con tap central

En esta aplicacin 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 lnea de entrada, que alimenta al devanado primario, es

positivo, ambas seales marcadas como VS sern positivas.

En este caso D1 conduce y D2 estar polarizado

inversamente. La corriente que pasa por D1circulara por la

carga y regresara ala derivacin central del secundario. El circuito se comporta entonces como rectificador de media

onda, y la salida durante los semiciclos positivos ser

idntica a la producida por el rectificador de media onda.

Ahora, durante el semiciclo negativo del voltaje de ca de la

lnea, los voltajes marcados como VS sern negativos.

Entonces D1 estar en corte y D2 conduce. La corriente

conducida por D2 circulara por la carga y regresa a la

derivacin central. Se deduce que durante los semiciclos

negativos tambin el circuito se comporta como

rectificador de media onda, excepto que ahora el diodo D2

es el que conduce. Lo ms importante es que la corriente

que circula por la carga siempre pasa por la misma direccin y el voltaje vo ser unipolar.

Fig. 11. Generador de Seales usado en la prctica

Fig. 12. Caractersticas del generador de seales

III. CLCULOS TERICOS

A. Rectificador de media onda, carga R

1) Tensin promedio de salida V0dc

p

podc

VdttsenVV

02

1 (8)

2) Corriente promedio de salida IOdc

R

Vdttsen

R

VI

pPodc

02

1 (9)

3) Potencia de salida DC POdcc

R

V

R

VIVP OdcOdcOdcodc

P

2

2

2

(10)

4) Tensin rms de salida VOac

22

12

12

0

22 Ppoac

VdttsenVV (11)

5) Corriente rms de salida IOac

R

VdttsenII PPoac

22

12

12

0

22 (12)

6) Potencia de salida AC POac

R

V

R

VVIVP PPPOacOacOac

422

2

(13)

7) Corriente de la fuente rms ifrms

R

VIi POacfrms

2 (14)

8) Potencia aparente de entrada Sent

R

V

R

VVIVS PPPfrmsfrmsent

2222

2

(15)

9) Eficiencia en la carga carga

%5.40100

4

2

2

2

arg

RV

R

V

P

P

P

P

Oac

Odcac (16)

10) Eficiencia entrada-salida ent-sal

%6.28100

22

2

2

2

R

V

R

V

S

P

P

P

ent

Odcsalent (17)

11) Factor de utilizacin del transformador TUF

%6.28salentTUF (18)

B. Rectificador de onda completa con tap centra y puente,

carga R.

1) Tensin promedio de salida V0dc

p

podc

VdttsenVV

2

2

2

0

(19)

2) Corriente promedio de salida IOdc

R

Vdttsen

R

VI

pPodc

2

2

2

0

(20)

3) Potencia de salidaDC POdcc

R

VIVP POdcOdcodc 2

24 (21)

4) Tensin rms de salida VOac

22

22

12

0

22 P

poac

VdttsenVV (22)

5) Corriente rms de salida IOac

R

VdttsenII PPoac

22

22

12

0

22(23)

6) Potencia de salida AC POac

R

V

R

VVIVP PPPOacOacOac

222

2

(24)

7) Corriente de la fuente rms ifrms

R

VIi POacfrms

2 (25)

8) Potencia aparente de entrada Sent

R

V

R

VVIVS PPPfrmsfrmsent

2

222 (26)

9) Eficiencia en la carga carga

%81100

2

4

2

2

2

arg

RV

R

V

P

P

P

P

Oac

Odcac (27)

10) Eficiencia entrada-salida ent-sal

%57100

4

2

2

2

RV

R

V

S

P

P

P

ent

Odcsalent (28)

11) Factor de utilizacin del transformador TUF

%57salentTUF (29)

IV. GRFICAS Y DATOS MEDIDOS

A .Parte A

1) Diodo de propsito general: caractersticas de conmutacin

TABLA I

DATOS MONTAJE N 1

2) El diodo de potencia:FAST RECOVERY, caractersticas de conmutacin

TABLA II

DATOS MONTAJE N 2

A .Parte B

1) Rectificador de media onda

TABLA III

DATOS MONTAJE N 3

2) Rectificador de onda completa con TAP

TABLA IV

DATOS MONTAJE N 4

Fig. 13. Seal de Salida (color azul)- Seal de Entrada

(color amarillo)

3) Rectificador de onda completa con puente

TABLA V

Datos Montaje N 4

Fig. 14. Seal de Entrada

Fig. 15. Seal de Salida

Nota: los valores consignados en la Tablas I, II, III, son

fruto de los clculos realizados en seccin III

V. DATASHEET DIODOS USADOS EN EL LABORATORIO

A. Datasheet 4004

Fig. 16. Diodo 1N4004

1. Especificaciones

Voltaje mximo de pico inverso recurrente:400 V Voltaje mximo RMS: 280 V Voltaje mximo DC de bloque: 400 V Promedio de avance de corriente rectificada: 1 A Pico de aumento de corriente directa 8.3mS medio nico de onda sinusoidal superpuesta a la carga nominal: 30 A

Voltaje mximo directo de 1 A DC a 25 A: 1.1 V Mxima corriente inversa a plena carga con ciclo promedio total: 30 A

Mxima corriente inversa en temperatura ambiente: 5 A Capacitancia tpica de la unin: 15pF Resistencia tpica trmica de disipacin: 50W

Nota del fabricante

Medido a 1MHz se aplica un voltaje inverso de 4 V DC.

Fig. 17. Curva tpica de reduccin de potencia en corriente

directa

Fig. 18.Caractersticas de avance

Fig. 19.Caractersticas tpicas de inversa

B. DATASHEET 1n4148

Fig. 20. Diodo 1N4148

Fig. 21. Caractersticas Elctricas del diodo 1N4148

Fig. 22.Caractersticas elctricas con temperatura ambiente

de 25C

Fig. 23.Caracterstica de avance

Fig. 23.Caracterstica de inversa

Fig. 24.Capacitancia entre terminales

VI. SIMULACIONES DE CADA MONTAJE

A. DIODO DE PROPOSITO GENERAL

(Voltajes DC Y AC especificados en los multimetros respectivamente) 1. A 60 Hz

Fig. 25. Montaje N1, 60 Hz

AC V

3.562 V

DC~V

2.851 V

-10/10V

60 Hz

V1

D11N4004

R11k

Fig. 25. Forma de la Seal N1, 60 Hz

Datos:

Trr = 0 seg

Irr= Vrr/R = 0 A

2. A 600 Hz



Datos: Trr = 0 seg

Irr= Vrr/R = 0 A

3. A 6000 Hz



4. A 60 kHz

Fig. 30. Montaje N1, 60 kHz

Fig. 31. Forma de la Seal N1, 60 kHz

5. A 600 kHz

AC V

3.566 V

DC~V

2.860 V

-10/10V

600 Hz

V1

D11N4004

R11k

AC V

3.615 V

DC~V

2.822 V

-10/10V

6kHz

V1

D11N4004

R11k

AC V

5.067 V

DC~V

1.790 V

-10/10V

60kHz

V1

D11N4004

R11k



6. A 1 MHz

Fig. 35. Montaje N1, 1 MHz

Fig. 35. Forma de la Seal N1, 1 MHz

7. A 3 MHz



B. DIODO FAST RECOVERY

(VOLTAJES DC Y AC ESPECIFICADOS EN LOS MULTIMETROS

RESPECTIVAMENTE)

1. A 60 Hz


AC V

6.729 V

DC~V

277.1mV

-10/10V

600kHz

V1

D11N4004

R11k

AC V

6.822 V

DC~V

145.2mV

-10/10V

1MHz

V1

D11N4004

R11k

AC V

6.959 V

DC~V

-9.887mV

-10/10V

3MHz

V1

D11N4004

R11k

D11N4148

AC V

3.460 V

DC~V

2.743 V

-10/10V

60 Hz

V1

R11k


2. A 600 Hz



3. A 6000 Hz



4. A 60 kHz



5. A 600 kHz


D11N4148

AC V

3.462 V

DC~V

2.753 V

-10/10V

600 Hz

V1

R11k

D11N4148

AC V

3.460 V

DC~V

2.742 V

-10/10V

6kHz

V1

R11k

D11N4148

AC V

3.460 V

DC~V

2.743 V

-10/10V

60kHz

V1

R11k

D11N4148

AC V

3.460 V

DC~V

2.743 V

-10/10V

600kHz

V1

R11k


6. A 1 MHz



7. A 3 M Hz



C. RECTIFICADORES CON TRANSFORMADOR

1. RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA


RESPECTIVAMENTE)

Fig. 53. Montaje N3

Fig. 54. Forma de la Seal Montaje N3

D11N4148

AC V

3.465 V

DC~V

2.749 V

-10/10V

1MHz

V1

R11k

D11N4148

AC V

3.471 V

DC~V

2.746 V

-10/10V

3MHz

V1

R11k

2. RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON TAP CENTRAL


RESPECTIVAMENTE)

Fig. 55. Montaje N4


3. RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA TIPO PUENTE


RESPECTIVAMENTE)

Fig. 57. Montaje N5


VII. ANLISIS Y CONCLUSIONES

A. A. Parte A (punto 10)

Por otra parte es clara la diferencia en las mediciones de

tiempo y corrientes de recuperacin en la primera parte del laboratorio, aun poniendo las capacitancias en paralelo para

las simulaciones, aunque concluimos que la diferencia es

insignificante, ya que sus valores estn en trminos de

micros y nano segundos.

EN BASE A LOS VALORES OBTENIDOS EN LA PRCTICA

PODEMOS CONFIRMAR QUE EL DIODO DE USO GENERAL

TIENE UNA GRAN CANTIDAD DE CAPACITANCIA DE JUNTURA

Y POR CONSIGUIENTE MUCHA CARGA DE CAPACITANCIA DE

JUNTURA HACIENDO AS QUE SU TIEMPO DE RECUPERACIN

EN INVERSO SEA MUCHO MS LARGO. MIENTRAS QUE EL DIODO FAST RECOVERY TIENE UN TIEMPO DE RECUPERACIN

EN INVERSO MUCHO MENOR.

B. Comparacin caractersticas de los diodos(punto 11)

La practica y las caractersticas dadas en los DATASHEET

mostraron en conjunto, la superioridad de recuperacion del

diodo FAST RECOVERY sobre el de proposito general.

Definitivamente la forma de fabricacin de cada diodo,

especialmente la biscelacin, hacen que este ultimo no

tenga el comportamiento adecuado a frecuencias altas.

Una mejor biscelacion del diodo disminuye la capacitancia de juntura aumentando el tiempo de

recuperacin.

C. Parte B (punto 12)

Inicialmente se puede observar a partir de la prctica de

laboratorio la inexactitud de las mediciones tanto de valores

rms , como dc, esto se debe a que la mayora de

instrumentos de medicin no trabajan en el mismo ancho

de banda, adems tienes capacitancias a la entrada las

cuales aumenta directamente proporcional a la frecuencia

con la que se trabaja. Por esta razn es notoria la poca

practicidad de los instrumentos al trabajar con frecuencias

superiores a 600KHz. Adems cabe destacar que el

multmetro mide valores rms de una forma de onda

perfectamente sinodal que al ser deformada, altera claramente los resultados.

AC V

3.843 V

DC~V

6.987 VAC V

9.180 V

-170/170V

60 Hz

V1 T110TO1

D11N4004

D21N4004

D31N4004

D41N4004

R11k

B. Anlisis y argumentacin limitaciones del multmetro, osciloscopio ,sonda de osciloscopio

(punto 14,15)

De acuerdo a los datos obtenidos, se puede observar

claramente la variacin en la forma de onda y su tiempo de

recuperacin a medida que se aumenta la frecuencia del

generador, en un diodo de propsito general. Tambin se puede ver la diferencia de los voltajes y corrientes medidos

por el osciloscopio y el multmetro, donde se evidencia que

el mtodo utilizado por el multmetro no es el ideal, debido

a que en las mediciones rms no hace un anlisis espectral

de la seal, sino que toma algunos armnicos haciendo que

el resultado no sea preciso, y en muchos casos mide valores

errneos. Esto hace que se deba tener en cuenta un factor

fundamental en instrumentos como el osciloscopio, como

lo es el ancho de banda en el cual trabajan.

En un diodo de propsito general, la capacitancia de

juntura formada por la combinacin de materiales N y P

(15pF), no es comparable por la suma de las capacitancias parsitas que se presentan en los instrumentos de medicin.

Por otro lado, el diodo de fast recovery, tiene una

capacitancia de juntura ms pequea (4pF), que es

comparable con las capacitancias generadas por el

multmetro, el osciloscopio, el generador, las sondas y el

protoboard, por lo que afectara su funcionamiento

comportndose como un circuito RC altas frecuencias. En

las simulaciones, al no tener en cuenta el efecto de las

capacitancias parsitas, se observa un comportamiento

subamortiguado de la seal al aumentar la frecuencia.

VIII. BIBLIOGRAFA

[1] http://www.uv.es/marinjl/electro/diodo.html

[2] http://www.fceia.unr.edu.ar/enica3/rectif.pdf

[3] Muhammad H. Rashid - Electrnica de Potencia

[2da. Ed.]PP.465-476.

[4] William D. Cooper, Albert D. Helefrick PP.345-

358.

[5]http://www.forosdeelectronica.com/tutoriales/gener

ador.html

[6] http://todoelectronica.com/juego-sondas-para-

osciloscopio-p-12709.html

[7] http://www.siste.com.ar/Osciloscopio/osc_3.htm

[8] http://www.hameg.com/4.130.0.html

[9]http://www.extech.com/instruments/resources/manu

als/EX430_UMsp.pdf

[10]http://www.etitudela.com/Electrotecnia/electronica

/01d56994c00dc4601/01d56994c00df600b.html

[11]http://www.forosdeelectronica.com/tutoriales/recti

ficadores.htm

Laboratorio Nº 1_Características de Conmutación

Documents

Transcript of Laboratorio Nº 1_Características de Conmutación