Introducción Esta práctica se realizó porque se necesita necesita comprender el comportamiento de la onda al interactuar con ciertos elementos pasivos (diodo, resistencia) y así poderlos ver de forma gráfica en el osciloscopio y de esta manera saber los tipos de onda con los que estaremos trabajando en el curso y que posteriormente utilizaremos en toda la carrera en el área eléctrica. Para la realización de esta práctica en la cual utilizamos diodos y resistencias para elaborar los circuitos que forman el tipo de onda desea. El objetivo era diseñar un circuito que genere la onda deseada y así poder identificar los tipos de onda que crean los distintos elementos electrónicos.
Materia de trabajo
Diodo 1n4004
Resistencia de 10k
Transformador de voltaje
Protoboard
Cable para protoboar
osciloscopio
Marco teórico
(rectificador) lo que hace el rectificador es convertir la corriente alterna que sale del secundario del transformador a corriente continua, lo que pasa es que esta corriente aún no es totalmente continua, si no que consta de una parte continua y una parte alterna; el rectificador esta constituido por diodos, de los que se aprovecha la propiedad que tienen de conducir la corriente eléctrica en un solo sentido, cuando conducen se dice que están polarizados en forma directa y cuando no conducen se dice que están polarizados en forma inversa. La corriente alterna en un momento tendrá valores positivos, luego de un tiempo tendrá valores negativos, su valor de voltaje irá alternando en el tiempo, ademas pasado un tiempo sus valores de voltaje se repiten y es a ese tiempo que tardan en repetirse esos valores a lo que se le llama periodo, de ahí que se diga que la corriente alterna es periódica, y a la inversa de este tiempo se le conoce como frecuencia, la imagen que sigue es una muestra de como se observa en el osciloscopio la corriente alterna variando en el tiempo.
En la imagen anterior se observa que la corriente alterna es una onda senoidal; lo que se ve y se puede medir en el osciloscopio es lo que se conoce como voltaje
pico (Vp), el voltaje pico pico (Vpp), y el periodo (T); para continuar, será necesario conocer algunos términos que se utilizarán muchas veces, para ello se recurre a la siguiente imagen:
La parte de la alterna que se repite se conoce como ciclo, el periodo es la medida del tiempo que transcurre para que se complete un ciclo, normalmente en milisegundos (ms), la frecuencia es la inversa del periodo e indica cuantos ciclos ocurren en un segundo, se mide en Hz; por ejemplo si la corriente alterna que llega de la red eléctrica tiene una frecuencia de 50Hz, este valor indica que se repiten 50 ciclos cada segundo, de aquí se obtiene que el periodo de cada ciclo será 1/(50Hz) lo cual da 20ms, es decir que cada ciclo de la corriente alterna que llega de la red eléctrica tardará 20ms en completarse. La tensión alterna tiene un valor de continua de cero, esto es que tiene un valor medio de cero, si se mide la tensión alterna con un multitester al cual se le ha puesto para medir tensión continua, se leerá un valor de cero, en cambio si se
pone el multitester para medir tensión alterna, lo que se mide es el valor eficaz de la tensión alterna de la que su representación matemática es:
Rectificador de media onda Este es el circuito más simple que puede convertir corriente alterna en corriente continua. Este rectificador lo podemos ver representado en la siguiente figura:
Las gráficas que más nos interesan son: Durante el semiciclo positivo de la tensión del primario, el bobinado secundario tiene una media onda positiva de tensión entre sus extremos. Este aspecto supone que el diodo se encuentra en polarización directa. Sin embargo durante el semiciclo negativo de la tensión en el primario, el arrollamiento secundario presenta una onda sinusoidal negativa. Por tanto, el diodo se encuentra polarizado en inversa.La onda que más interesa es V L, que es la que alimenta a R L. Pero es una tensión que no tiene partes negativas, es una "Tensión Continua Pulsante", y nosotros necesitamos una "Tensión Continua Constante". Analizaremos las diferencias de lo que tenemos con lo que queremos conseguir. Lo que tenemos ahora es una onda periódica, y toda onda periódica se puede descomponer en "Series de Fourier".
Lo ideal sería que solo tuviésemos la componente continua, esto es, solo la primera componente de la onda que tenemos. El valor medio de esa onda lo calcularíamos colocando un voltímetro en la R L, si lo calculamos matemáticamente sería:
Y este sería el valor medio que marcaría el voltímetro. Como hemos visto tenemos que eliminar las componentes alternas de las componentes de Fourier. En estos caso hemos usaremos la 1ª aproximación o la 2ª aproximación. Por último diremos que este circuito es un rectificador porque "Rectifica" o corta la onda que teníamos antes, la recorta en este caso dejándonos solo con la parte positiva de la onda de entrada.
Rectificador con dos diodos
En el circuito de la figura, ambos diodos no pueden encontrarse simultáneamente en directa o en inversa, ya que las diferencias de potencial a las que están sometidos son de signo contrario; por tanto uno se encontrará polarizado inversamente y el otro directamente. La tensión de entrada (Vi) es, en este caso, la media de la tensión del secundario del transformador . Tensión de entrada positiva[ El diodo 1 se encuentra en polarización directa(conduce), mientras que el 2 se encuentra en polarización inversa (no conduce). La tensión de salida es igual a la de entrada. Nota:los diodos en posición directa conducen altas corrientes,en posición inversa alta tensiones. Tensión de entrada negativa[
El diodo 2 se encuentra en polarización directa (conduce), mientras que el diodo 1 se encuentra en polarización inversa (no conduce). La tensión de salida es igual a la de entrada pero de signo contrario. El diodo 1 ha de soportar en inversa la tensión máxima del secundario .
La siguiente figura muestra un rectificador de onda completa con 2 diodos:
Debido a la conexión en el centro del devanado secundario, el circuito es equivalente a dos rectificadores de media onda.
El rectificador superior funciona con el semiciclo positivo de la tensión en el secundario, mientras que el rectificador inferior funciona con el semiciclo negativo de tensión en el secundario. Es decir, D1 conduce durante el semiciclo positivo y D 2 conduce durante el semiciclo negativo. Así pues la corriente en la carga rectificada circula durante los dos semiciclos. En este circuito la tensión de carga V L, como en el caso anterior, se medirá en la resistencia R L.
Aplicamos Fourier como antes.
Ahora la frecuencia es el doble que la de antes y el pico la mitad del anterior caso. Así la frecuencia de la onda de salida es 2 veces la frecuencia de entrada.
Y el valor medio sale:
Rectificador de onda completa En la figura siguiente podemos ver un rectificador de onda completa en puente:
Mediante el uso de 4 diodos en vez de 2, este diseño elimina la necesidad de la conexión intermedia del secundario del transformador. La ventaja de no usar dicha conexión es que la tensión en la carga rectificada es el doble que la que se obtendría con el rectificador de onda completa con 2 diodos.
Las gráficas tienen esta forma:
Durante el semiciclo positivo de la tensión de la red, los diodos D1 y D3 conducen, esto da lugar a un semiciclo positivo en la resistencia de carga. Los diodos D2 y D4 conducen durante el semiciclo negativo, lo que produce otro semiciclo positivo en la resistencia de carga. El resultado es una señal de onda completa en la resistencia de carga. Hemos obtenido la misma onda de salida VL que en el caso anterior. La diferencia más importante es que la tensión inversa que tienen que soportar los diodos es la mitad de la que tienen que soportar los diodos en un rectificador de onda completa con 2 diodos, con lo que se reduce el coste del circuito.
Procedimiento En esta práctica se buscaba tener un conocimiento más amplio acerca de los tipos de onda con los que vamos a estar trabajando. Comenzamos armando nuestro circuito en el programa “livewire” en el cual estuvimos haciendo las pruebas antes de armar cada circuito para así de esta forma corroborar lo que haríamos en práctica.
Rectificador de media onda
Primero hicimos el circuito para hacer el rectificador de media onda en el cual usamos un diodo y una resistencia conectados en serie como se muestra en la ilustración 1.
Cuando le dimos play a la simulacion comprovamos en la grafica 1que habiamos diseñado el rectificador de media onda y comenzamos hacer la practica en fisico. Ilustración 1 rectificador de media onda circuito
Grafica 1 rectificador de media onda
Posteriormente empezamos hacer la práctica en la protoboard usando el transformador de voltaje para poder trabajar, posteriormente conectamos el diodo y la resistencia en serie y comenzamos a medir el voltaje que daba el transformador de voltaje. y con el osciloscopio para ver el tipo de onda que arrojaba el circuito como se logra apreciar en el circuito el pin va al positivo de la corriente y el otro a tierra común.
verificamos los resultados obtenidos en el osciloscopio y esta fue la gráfica que nos arrojó.
Rectificador de onda completa con 2 diodos Para este tipo onda igual comenzamos haciendo el circuito en el simulador para posteriormente hacerlo en físico, para este circuito usamos 2 diodos 1n4001 y una resistencia de 10k ohm conectados de la siguente manera.
Ya conectado el osciloscopio pudimos observar que la onda que arrojaba era el rectificador de onda completa.
De misma forma proseguimos armando el circuito en físico para comprobar los resultados ya obtenidos en el simulador y medimos con el osciloscopio para corroborar la onda.
Rectificador de onda completa en puente Mediante el uso de 4 diodos en vez de 2, este diseño elimina la necesidad de la conexión intermedia del secundario del transformador. La ventaja de no usar dicha conexión es que la tensión en la carga rectificada es el doble que la que se obtendría con el rectificador de onda completa con 2 diodos. Comenzamos haciendo de igual manera el circuito y viendo el tipo de onda que nos arrojaba el programa, para este circuito conectamos 4 diodios y una resistencia como se muestra en el siguiente circuito
Continuamos armando el circuito en la protoboard de la siguiente forma para lograr hacer el rectificador de onda completa y lo comprábamos en el osciloscopio.
Conclusión En esta práctica conocimos más acerca del funcionamiento de los diodos y comprendimos como trabaja el rectificador ya que es convertir la corriente alterna que sale del transformador a corriente continua, lo que pasa es que esta corriente aún no es totalmente continua, si no que consta de una parte continua y una parte alterna; el rectificador está constituido por diodos, de los que se aprovecha la propiedad que tienen de conducir la corriente eléctrica en un solo sentido, cuando conducen se dice que están polarizados en forma directa y cuando no conducen se dice que están polarizados en forma inversa y todo esto lo comprobamos haciendo varios tipos de rectificación así como las ondas que arrojaba cada circuito en el osciloscopio.
Bibliografía
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema4/Paginas/Pagina 5.htm
http://mrelbernitutoriales.com/el-rectificador-blog/
https://ocw.uma.es/ingenierias/electronica-de-potencia/material-de-clase1/Tema3_RectificadoresNoControlados2.pdf
https://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador
https://www.ecured.cu/Puente_rectificador
