FUENTE DE ALIMENTACIÓN DE DC BÁSICA
“FUENTE DE ALIMENTACION DE DC BÁSICA”
ü Mostrar cómo funciona un rectificador de media
onda midiendo los voltajes promedio y máximo de salida de DC.
ü Mostrar cómo funciona un rectificador de onda
completa midiendo los voltaje promedio y máximo de salida de DC.
ü Encontrar las principales diferencias entre la
rectificación de media onda y de onda completa.
ü Realizar una prueba de funcionamiento de una
fuente de energía de onda completa utilizando el voltímetro y el osciloscopio.
ü Localizar fallas y componentes defectuosos en
una fuente de energía de onda completa típica utilizando un multímetro y un
osciloscopio.
ü Realizar un procedimiento de comprobación de
funcionamiento en la fuente de energía.
II.INTRODUCCIÓN
TEÓRICA.
En nuestro medio es más simple y económico
generar, transmitir y distribuir corriente alterna de corriente directa, por lo
que las empresas de energía eléctrica suministran potencia de C.A. Sin embargo,
muchas aplicaciones de la energía eléctrica tales como los circuitos
electrónicos, los de carga de baterías, las operaciones de motores eléctricos,
soldadura, procesos químicos y otros necesitan corriente directa, por ello es
necesario rectificar (cambiar) la energía de C.A. a voltajes y corrientes de
C.D.
Un circuito
rectificador convierte C.A. en C.D. pulsante, que luego puede filtrarse
(aislarse) en corriente directa. Para hacerlo debe emplear el DIODO que por sus
características de corriente unidireccional (en un sentido), es muy adecuado
para rectificación.
Considere el
circuito de la Fig. 1, durante la alternancia positiva del voltaje de entrada
el ánodo del diodo D1 es positivo con respecto al cátodo y fluye corriente. El
flujo de corriente produce una caída de tensión en la resistencia de carga RL,
ya que la variación de la corriente sigue la variación del voltaje de entrada,
el voltaje de salida a través de RL sigue la alternancia positiva que provoca
la corriente.
Durante la
alternancia negativa no hay flujo de corriente debido a que ahora el ánodo es
negativo con respecto al cátodo. Debe notarse que la salida ya no es un voltaje
de C.A. sino un voltaje C.D.
Al proceso por el que el diodo
conduce durante una alternancia del ciclo de entrada se le conoce como
RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA. Es posible rectificar ambas alternancias de voltaje de entrada utilizando el circuito puente de onda
completa de la fig. 2. Durante la
alternancia positiva, la corriente fluye a través del diodo D1, la carga y de
regreso al transformador a través de D3. Los diodos D2 y D4 se bloquean por la
corriente al polarizarse inversamente. Durante la alternancia negativa, la
corriente fluye a través de D2, de la carga y de regreso al transformador a
través del diodo D4, para este caso los diodos D1 y D3 se encuentran
bloqueados.
Como hemos visto la función del diodo es rectificar la señal de entrada en DC pulsante. Al cambio periódico de la salida DC por arriba y debajo de su valor promedio se le conoce como ondulación.
Casi todos los
equipos electrónicos requieren VDC sin variaciones ni picos de voltajes, por lo
tanto, la salida de un rectificador no se puede aplicar directamente a ese
equipo y deberán reducirse, a estos circuitos se les conoce con el nombre de
circuitos de filtro.
El voltaje de
rizado es una ondulación que suministra energía en pulsos a la carga. La
tensión de rizado se puede reducir si se almacena parte de la energía de la
fuente mientras que el rectificador está suministrando un pulso, luego puede
liberar esta energía almacenada a la carga entre los pulsos del
suministro.
Un filtro capacitivo es simplemente un
condensador electrolítico, conectado a la salida del rectificador. El
condensador se carga rápidamente al voltaje máximo del rectificador como se
muestra en la figura 3. Cuando la salida del rectificador cae a cero entre los
pulsos de salida, el capacitor cargado se descarga y suministra corriente a la
carga. Antes de que el voltaje del condensador caiga demasiado, otro pulso de
salida suministrado por el rectificador vuelve a cargar el condensador al valor
máximo de voltaje.
La razón o
velocidad a que se descarga el condensador y por tanto el nivel promedio que se
mantiene el voltaje de salida depende principalmente de la constante de tiempo
RC del capacitor y de la resistencia de carga.
EQUIPOS
Y MATERIALES.
ü Voltímetro digital.
ü Amperímetro digital
ü Osciloscopio.
ü Diodo 1N4007.
ü (1) Diodo tipo puente 2 A.
ü Resistencia de 1k / 1W.
ü Condensadores de 10 uF y 1000 uF.
ü Protoboard.
ü Cables de conexión.
ü Simulador de circuitos Livewire.
IV. PROCEDIMIENTO.
Parte I: Circuito Rectificador de media onda
Mostrar
cómo funciona un rectificador de media onda midiendo los voltajes promedio y
máximo de salida de DC.
1.1. Configuración del osciloscopio
seleccionando el canal 1 (Ch1) del en la
escala de 5 Volt/div y atenuada x10. Conectamos el generador de funciones con
la sonda y graficamos la forma de onda del voltaje observada en el osciloscopio
mostrando el voltaje pico a pico (Vpp), el periodo y la frecuencia.
2.2. Seleccione el canal Ch2 del osciloscopio en la escala de 5
Volt /div y atenuada x10, y conecte la punta de prueba a los extremos de la
resistencia R1 y grafique la forma de onda del voltaje observada. Indique
claramente el voltaje pico (Vp), el periodo y la frecuencia.
De las formas de onda obtenidas ¿Qué puede comprobar?
Si comparamos la forma de las ondas de entrada y salida vemos una
clara diferencia en cuanto a su polaridad. En el canal 1 la onda es sinusoidal
de CA, en el canal 2 obtenemos una señal de salida en corriente directa
pulsante u onda rectificada, pero hay vacíos en un medio periodo T, sucede
porque está trabajando un solo diodo que se polariza en directa e indirecta de
acuerdo con la frecuencia, conduciendo cada vez que se dé una polarización
correcta.
Utilizando el voltímetro digital en VDC, medimos la tensión de
salida (Vo) en los extremos de la R1.
Se
obtuvo el siguiente resultado:
Se obtiene
el siguiente resultado:
VDC (promedio) = Vmax * 0.318
VDC (promedio) = 5 Voltios * 0.318
VDC (promedio) =1.59 voltios
Comparando los resultados obtenidos en los pasos 1.5 y 1.6
En el
paso 1.6 se obtuvo el voltaje promedio VDC, para ello se multiplicó por el
voltaje umbral del diodo de silicio, razón por el que el voltaje de salida es
diferente al del paso 1.55. se mide el valor eficaz del voltaje de salida.
Parte II. Rectificador de Onda completa.
Mostrar
cómo funciona un rectificador de onda completa midiendo los voltajes promedio y
máximo de salida VDC.
2.1. Implementación del circuito rectificador de onda completa de la Fig. 2
2.1. Implementación del circuito rectificador de onda completa de la Fig. 2
2.5. Medimos el voltaje promedio de salida del
rectificador de onda completa, y anotamos el valor indicado por el voltímetro
de Vdc.
2.6. Calculamos
el voltaje promedio de salida de Vdc usando la ecuación mostrada.
Se obtiene
el siguiente resultado:
VDC (promedio) = Vmax * 0.636
VDC (promedio) = 3.88 Voltios * 0.636
VDC (promedio) = 2.48 voltios
2.7. Comparando
los resultados de 2.5 y 2.6
El voltaje obtenido en el paso 2.6 es el 60% de los
resultados del paso 2.5, lo que indica que hay menores perdidas cuando trabajan
2 diodos, ya que invierten el sentido de la onda duplicando la frecuencia en la
salida.
III Parte: Fuente de Alimentación Vdc con Rectificador de Onda Completa
Mostrar cómo funciona una fuente de alimentación con filtro capacitivo,
midiendo los voltajes promedio y máximo de salida Vdc.
3.1. Implementación de la fuente de alimentación según la figura
3.
Fig. 3. Circuito de fuente de Alimentación CD con rectificador de onda completa.
3.2. Utilizando el multímetro digital con el
selector en VDC, medimos la tensión que corresponde al voltaje de VDC en los
extremos de resistencia R3 y anotamos en la tabla 1.
Condensador uF
|
Tensión VDC (voltímetro DC)
|
10
|
7.70 V
|
3.3. Reemplazamos el condensador C1 por uno de 1000 uF. Y y completamos la tabla 2
3.4 Comparamos los resultados obtenidos en las tablas 1 y 2.
El voltaje en
La resistencia R3 es menor cuando se usa un capacitor de 10uF, pero cuando en
su lugar se usa uno de 1000uF la tensión es mayor. En los casos mostrados se ve
que con el capacitor de 10uF se logra aprovechar un 64% la tension de entrada
mientras con el de 1000uF se aprovecha un 86%.
3.5 Grafica de la forma de onda
obtenida en los extremos de R3.
Voltaje en el
Condensador
|
Voltaje en la
Resistencia R1
|
Voltaje en la
Resistencia R2
|
Voltaje en el Diodo
Zener
|
10.40 V
|
2.56 V
|
7.76 V
|
7.76 V
|
Comentario sobre los
resultados obtenidos.
Se observa
que el diodo Zener polarizado en inversa se comporta como un fijador de
tensión, haciendo que en la resistencia R3 permanezca un solo valor de voltaje.
Su aplicación está presente
en dispositivos que usamos a diario como en los cargadores de celular.
Calculamos las corrientes DC que pasa a través de la resistencia R1, R2 y por el diodo Zener, anotamos los valores en la tabla mostrada.
Corriente en la
Resistencia R1
|
Corriente en la
Resistencia R2
|
Corriente en el Diodo Zener
|
7.70 mA
|
7.70 mA
|
0A
|
Comentario sobre
los resultados obtenidos.
La corriente en diodo Zener es
0A porque esta polarizado en inversa y en este estado solo fija tensión que cae
en la resistencia R2.
V. CONCLUSIONES.
En este laboratorio logramos llegar
a las siguientes conclusiones:
ü Se
logró demostrar cómo funciona un rectificador de media onda midiendo los
voltajes promedio y máximo de salida de DC.
ü Se ha
podido demostrar cómo funciona un rectificador de onda completa midiendo los
voltaje promedio y máximo de salida de DC.
ü Se
encontró las principales diferencias entre la rectificación de media onda y de
onda completa, y se concluye que una rectificación de onda completa es más
conveniente que una de media onda ya que se obtiene mayor tensión.
ü La
rectificación de una señal de CA se puede hacer con un solo diodo, dos diodos o
un puente rectificador (Cuatro diodos).
ü Se
comprobó y entendió la importancia de los capacitores en la rectificación y
filtrado de una señal AC en una fuente DC.
ü Se
utilizó una herramienta nueva en campo de la electricidad, el osciloscopio que
nos para poder visualizar los parámetros de una señal de AC o DC.
ü Se
analizó el comportamiento del diodo Zener asimismo se comprendió su importancia
en una fuente de energía.
ü Logramos implementar, comprobar y demostrar el funcionamiento básico de una fuente de energía DC rectificando media onda y onda completa, la fuente también se simuló en el software Livewire.
ü Logramos implementar, comprobar y demostrar el funcionamiento básico de una fuente de energía DC rectificando media onda y onda completa, la fuente también se simuló en el software Livewire.
VI. RECOMENDACIONES.
- Verificar el buen estado de todos los equipos y materiales, antes de realizar cualquier actividad.
- Manipular correctamente los equipos teniendo en cuenta que cada uno cumple una función específica.
- Polarizar de manera correcta los diodos y capacitores para evitar quemarlos.
- Simular los circuitos con el software Livewire, para comprobar los resultados obtenidos en el circuito.
Foto1. Equipos utilizados para el desarrollo del laboratorio
Foto 3.
Onda rectificada en la pantalla del osciloscopio.
Para obtener más información sobre el tema tratado se
accedió a diversas fuentes las cuales citamos continuación:
Caballero, A. H., Gil, M. A., Martínez, J. P.,
Gutiérrez, F. Y., Arroba, J. P., Pérez, F. M., Pérez, M. A. (2006). Rectificador
de media onda (Requiere Plataforma OrCAD 9.1 ó superior). Recuperado el 8
de 9 de 2018, de http://e-spacio.uned.es/fez/view.php?pid=oaingeec:eca-analog-teor-1090
Fabres, M. C. (2011). Rectificación de media onda y de onda completa.
Recuperado el 8 de 9 de 2018, de https://riunet.upv.es/handle/10251/14046
Pascual, P., & Asunción, M. (2016). Análisis de un rectificador de
media onda. Recuperado el 8 de 9 de 2018, de https://riunet.upv.es/handle/10251/66762
Pascual, P., & Asunción, M. (2016). Rectificador de onda completa.
Recuperado el 8 de 9 de 2018, de https://riunet.upv.es/handle/10251/66753
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