PracticR8_GpoB_E#11_CaOCD_JaMF_RoHJA_SoAAa_8.doc

LICE LABORATORIO DE CIRCUITOS INTEGRADOS LINEALES

PRACTICA 8

RECTIFICADORES ACTIVOS COMPETENCIA GENERAL.- Construye y comprueba el funcionamiento de los Rectificadores Activos.

INTRODUCCIÓN.- El voltaje de umbral de los diodos rectificadores normales debe ser tomado en cuenta cuando las señales a rectificar son de una amplitud menor al mismo. Un rectificador activo tiene la ventaja principal de poder trabajar con diodos rectificadores pero con un umbral en polarización directa reducido por un factor igual a la ganancia de lazo abierto del OA. Aparte también podemos mencionar la ganancia que puede ser incluida en este tipo de rectificadores.

MATERIAL

1 R de 2.7 KΩ, ½ W1 R de 4.7 KΩ, ½ W7 R de 10 KΩ, ½ W1 R de 22 KΩ, ½ W1 Trimpot de 5 KΩ2 R de 100 KΩ2 Diodos 1N41482 IC LM741

EQUIPO

2 Multímetros c/puntas1 Osciloscopio con dos puntas1 Plantilla de Experimentos1 Fuente de alimentación dual 1 Generador de Funciones

8.1.- RECTIFICADOR ACTIVO DE MEDIA ONDA

8.1.1. Construya el siguiente circuito en su plantilla de experimentos.

Vcc = 5 Vcd y Vee = - 5 Vcd

V o

+

-

V c c NC

V ee

NCV i

+

-

+

-

U 1

L M 7 4 1

3

26

7 14 5

R 3

1 0 K

R 1 1 0 K R 2 1 0 K

R 44 . 7 K

D 2

1 N 4 1 4 8

D 1

1 N 4 1 4 8

FIGURA 8.1

8.1.2. Ajuste un generador de funciones para tener una señal senoidal en su salida de 1 KHz y 1 Vpp sin offset. Apague su generador y conéctelo al circuito de la figura 8.1

Se ajustó el GF como se muestra en la figura el 1 Vpp equivale a: 0,5 Vp = 500 mVp.

a)Conecte su osciloscopio para poder observar Vi y Vo.

b)Encienda sus fuentes de alimentación y después su generador de funciones y reporte las formas de onda que se muestran en el osciloscopio.

AGO-DIC 2015 Prácticas en común acuerdo: Rogelio Castro S., Bernardo A. Pérez N. 1


c)Cambie la punta del osciloscopio que estaba en Vo al ánodo de D1 y vuelva a reportar las formas de onda.

d)Vuelva a las condiciones del inciso 8.1.1. c). Ahora agregue gradualmente un voltaje de offset a la salida de su generador de funciones desde +1 Vcd hasta -1 Vcd y reporte que sucede.

Como se aprecia en los siguientes pares de figuras, se encuentran la señal de salida y su correspondiente señal de entrada:

Como se pudo observar al momento de proporcionarle a la señal de entra un offset negativo la señal de entrada de se movió hacia abajo y provocando que la señal de salida se fuera hacia arriba pero conservando una relación de espejo vertical lo que correspondería a un desfase de 180°. Cuando se le proporciono un offset positivo la señal de entrada empezó a subir mientras que la señal de salida al principio se volvió cero hasta que llego el offset al valor por encima de 0,5 V donde comenzó a formar la onda senoidal de entrada con menos amplitud y con un desfase aproximadamente de 45°.



8.2.- RECTIFICADOR ACTIVO DE ONDA COMPLETA8.2.1. Construir el siguiente circuito en su plantilla de experimentos.

Vcc = 5 Vcd y Vee = - 5 Vcd

V i

+

-

+

V o

-

V c c NC

V ee NC

V c c NC

V ee

NC

+

-

U 1

L M 7 4 1

3

26

7 14 5

+

-

U 2

L M 7 4 1

3

26

7 14 5

R 3

1 0 K

R 1 1 0 K R 2 1 0 K

R 5 1 0 K

R 6 5 K

R 74 . 7 K

R 82 . 7 K

R 4 1 0 K

D 2

1 N 4 1 4 8

D 1 1 N 4 1 4 8

FIGURA 8.2

8.2.2. Ajuste un generador de funciones para tener una señal senoidal en su salida de 1 KHz y 1 Vpp sin offset. Apague su generador y conéctelo al circuito de la figura 8.2

a)Conecte su osciloscopio para poder observar Vi y Vo.

b)Encienda sus fuentes de alimentación y después su generador de funciones y reporte las formas de onda que se muestran en el osciloscopio.

c)Cambie la punta del osciloscopio que estaba en Vo al ánodo de D2 y vuelva a reportar las formas de onda con respecto al mismo eje Y del inciso a).

d)Vuelva a las condiciones del inciso a). Disminuya la amplitud de su generador de funciones y reporte la mínima amplitud del Vo que puede rectificar sin distorsión.

Con una amplitud de p-p de 50 mV se empieza a distorsionar la señal.


Salida


Con una amplitud de p-p de 10 mV se empieza se ve totalmente distorsionada la señal de salida.

e)Vuelva a las condiciones del inciso 8.2.2. a). Ahora varíe gradualmente la frecuencia desde 10 Hz hasta 2 Mhz (por décadas) y reporte la relación Vo(pp)/Vi(pp) en una tabla. También diga cuál es la máxima frecuencia a la cual responde el rectificador activo.

Para las frecuencias desde 2KHz hasta 370KHZ tiene una ganancia positiva teniendo su pico máximo en 70KHz con una ganancia de 1.73 dB y su frecuencia de corte de este pasa bajas es a los 700kHz.

8.3. Responda lo que se pregunta:a) Explique qué sucede si se invierten los diodos en el rectificador de la figura 8.1

La señal de entrada se conserva entonces la salida se ve afectada ya que ahora debido a la polaridad de los diodos la salida aparecerá como medio ciclo de la señal de entrada pero ahora será negativa.

b) Explique qué sucede si se invierten los diodos en el rectificador de la figura 8.2

Igual que en la pregunta anterior ahora la salida será invertida.

c)Explique si habría una respuesta diferente en el comportamiento de los circuitos rectificadores si se utilizaran diodos de Germanio.

Efectivamente al cambiar los diodos de silicio por diodos de germanio se tiene la ventaja de que empiezan la conducción en polarización directa a los 0.3V en lugar de los =0.7V además de que internamente un diodo cuenta con una impedancia como se muestra a continuación:

Al comparar las hojas de datos de ambos diodos podemos notar que nos da el valor de la capacitancia interna del diodo como se puede ver a continuación:



Se muestra que el diodo de silicio tiene internamente 15pF mientras el de germanio de 0.8 pF por lo cual en el circuito tendrá una mejor respuesta en frecuencia el diodo de germanio que el de silicio.

d) Explique si habría una respuesta diferente en el comportamiento de los circuitos rectificadores si se utilizaran diodos de Schottky.

Estos diodos se caracterizan por su velocidad de conmutación (menos de 1ns), una baja caída de voltaje cuando están polarizados en directo (típicamente de 0.25 a 0.4 voltios). El diodo Schottky es usado en gran cantidad de aplicaciones en circuitos de alta velocidad como en computadoras; En estas aplicaciones se necesitan grandes velocidades de conmutación y su poca caída de voltaje en directo causa poco gasto de energía.

Pero por desgracia tiene poca capacidad de conducción de corriente en polarización directa, esta característica no permiten que sea utilizado como diodo rectificador debido a que hay procesos de rectificación (por ejemplo fuentes de alimentación) en que la cantidad de corriente que tienen que conducir en sentido directo es bastante grande.

e)Mencione tres factores que pueden influir en la respuesta en frecuencia del punto 8.2.2. e)

Los diodos que se usan son comerciales de silicio lo cual tiene deficiencias en altas frecuencias.

El ancho de banda del Amp-op. Los valores de los resistores en la

configuración los cuales definen la frecuencia de corte.

8.3. Investigue algunas otras configuraciones de rectificadores activos y sus características relevantes.

Rectificador de media onda

El circuito con operacional evita este inconveniente. Cuando la señal Vi es positiva, la tensión de salida del operacional se eleva para compensar la caída de tensión en el diodo.

Cuando la señal en Vi es negativa, el diodo no conduce, y el operacional queda en bucle abierto (sin realimentación). En estas condiciones la resistencia RL mantiene la tensión de salida del rectificador a cero. Al mismo tiempo, la salida del operacional se satura negativamente.

(Vs en verde; Vo en rojo; Vop en azul)



El inconveniente de este circuito es que no rectifica correctamente si la señal Vi es de frecuencia elevada. Esto se debe a que el operacional tiene un slew-rate muy lento y tarda demasiado tiempo en pasar de –6V a 0V. La gráfica superior se ha obtenido con una Vs de 50 Hz, y la inferior con 10 kHz.

Rectificador de precisiónUn diodo rectificador común no consigue rectificar señales de niveles muy bajos ya que no conduce cuando esta polarizado con tensiones inferiores a su tensión umbral. Sin embargo, en ocasiones, se necesita rectificar señales de decenas de milivolts o menos, por emjeplo cuando estas provienen de sensores o transductores utilizados en instrumentación industrial o bio-electrónica.

A continuación se analiza la siguiente configuración de un amplificador de precisión.

El circuito anterior consta en realidad, de un rectificador de media onda al que se le asocia un sumador.

Se muestra su respuesta:

Cuando Ve < 0 en el ánodo D1 tenemos +Ve y en el cátodo (debido a la tierra virtual) tenemos una tensión nula. En está situación D2 está bloqueado y Vo = 0. Cuando Ve > 0 sucede todo lo contrario, D1 está bloqueado al tener entre el ánodo y el cátodo una tensión prácticamente igual a - Ve; luego Vo = - Ve.El segundo operacional está en montaje sumador para dos señales: una de ellas es la tensión de entrada a rectificar y la otra señal es Vo. Se puede comprobar que por la red de resistencias utilizadas que la tensión Vo está siendo aplicada al doble. En la figura anterior se puede comprobar que:

Vs = -( Ve + 2 Vo) = -( Ve - 2 Ve) = Ve

8.4. Proporcione sus conclusiones personales e individuales, no olvidando indicar sus fuentes de consulta o referencia.

Carlos Daniel Castillo Olivares:

Se mostró una aplicación más de los amplificadores operacionales en este caso como rectificador de honda ya sea media honda o la honda completa, además vimos las ventajas que tiene el usar diferentes diodos como es el caso de los de germanio o los Schottky aunque tienen sus desventajas como es la limitación de la corriente máxima en polarización directa.



Jesús Alfredo Rodríguez Hernández:

La práctica resulto muy interesante, sobre todo porque se pudo ver la importancia del tipo de material que se use para la fabricación de dispositivos electrónicos como en el diodo y como afecta en el comportamiento del circuito. En lo personal no conocía el diodo Schottky ni mucho menos sabía las bondades que puede brindar a nuestro circuito.

Diagrama de flujo:

Investigar que sucede si se invierten los diodos.

Investigar sobre las características de los diodos de Ge.

Investigar sobre las características de los diodos Schottky.

Investigar factores que intervienen en la respuesta en frecuencia.

Fortino Jaramillo Mares:

Desde mi punto de vista está práctica ha sido muy interesante. Aunque técnicamente no fue una práctica de laboratorio ya que no se realizó en esté, tuvimos la oportunidad de simular todos y cada uno de los pasar que debieron de haberse hecho en el laboratorio, obteniendo resultados interesantes y convincentes. Me quede con dudas al terminar la simulación, sin embargo, al concluir con el cuestionario a la hora de realizar el reporte de la “práctica” pude resolverlas todas.

Abraham Solís Álvarez:

La práctica se desarrolló de manera satisfactoria con el manejo de paquete de simulación de Multisim® 12.0 el cual nos permite hacer todos los procedimientos, circuitos y sus correspondientes pruebas para poder suplir la práctica. Los errores cometidos en la práctica suelen ser de gran ayuda aunque no siempre es malo realizar una simulación para verificar los resultados.



Bibliografía:

[1] http://ario.webs.uvigo.es/docencia/ean/OPAMP1.pdf

[2] http://unicrom.com/Tut_rectificador_instrumentacion.asp

[3] http://www.datasheetcatalog.net/es/datasheets_pdf/1/N/3/4/1N34A.shtml

[4] http://www.datasheetcatalog.net/es/datasheets_pdf/1/N/4/0/1N4001.shtml

[5] http://www.unicrom.com/Tut_shottky_tunnel.asp


http://www.unicrom.com/Tut_shottky_tunnel.asp

http://www.datasheetcatalog.net/es/datasheets_pdf/1/N/4/0/1N4001.shtml

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