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
Fig. 26. Montaje N1, 600 Hz
Fig. 27. Forma de la Seal N1, 600 Hz
Datos: Trr = 0 seg
Irr= Vrr/R = 0 A
3. A 6000 Hz
Fig. 28. Montaje N1, 6000 Hz
Fig. 29. Forma de la Seal N1, 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
Fig. 32. Montaje N1, 600 kHz
Fig. 33. Forma de la Seal N1, 600 kHz
6. A 1 MHz
Fig. 35. Montaje N1, 1 MHz
Fig. 35. Forma de la Seal N1, 1 MHz
7. A 3 MHz
Fig. 36. Montaje N1, 3 MHz
Fig. 37. Forma de la Seal N1, 3 MHz
B. DIODO FAST RECOVERY
(VOLTAJES DC Y AC ESPECIFICADOS EN LOS MULTIMETROS
RESPECTIVAMENTE)
1. A 60 Hz
Fig. 38. Montaje N2, 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
Fig. 39. Forma de la Seal N2, 60 Hz
2. A 600 Hz
Fig. 40. Montaje N2, 600 Hz
Fig. 42. Forma de la Seal N2, 600 Hz
3. A 6000 Hz
Fig. 43. Montaje N2, 6000 Hz
Fig. 44. Forma de la Seal N2, 6000 Hz
4. A 60 kHz
Fig. 45. Montaje N2, 60 kHz
Fig. 46. Forma de la Seal N2, 60 kHz
5. A 600 kHz
Fig. 47. Montaje N2, 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
Fig. 48. Forma de la Seal N2, 600 kHz
6. A 1 MHz
Fig. 49. Montaje N2, 1 MHz
Fig. 50. Forma de la Seal N2, 1 MHz
7. A 3 M Hz
Fig. 51. Montaje N2, 3 MHz
Fig. 52. Forma de la Seal N2, 3 MHz
C. RECTIFICADORES CON TRANSFORMADOR
1. RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA
(VOLTAJES DC Y AC ESPECIFICADOS EN LOS MULTIMETROS
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
(VOLTAJES DC Y AC ESPECIFICADOS EN LOS MULTIMETROS
RESPECTIVAMENTE)
Fig. 55. Montaje N4
Fig. 56. Forma de la Seal Montaje N4
3. RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA TIPO PUENTE
(VOLTAJES DC Y AC ESPECIFICADOS EN LOS MULTIMETROS
RESPECTIVAMENTE)
Fig. 57. Montaje N5
Fig. 58. Forma de la Seal 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
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