Laboratorio De Ana3.docx

Análisis de fuentes de alimentación 1.- Objetivos - Evaluar el comportamiento de las fuentes, tipo puente con y sin filtro. - Evaluar el comportamiento de la fuente con regulador zener. - Evaluar el comportamiento de un doblador de voltaje 2.- FUNDAMENTO TEORICO: APLICACIONES DEL DIODO Rectificador de onda completa Un Rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir una señal de corriente alterna de entrada (Vi) en corriente continua de salida (Vo) pulsante. A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal positiva o negativa de corriente continua. Rectificador de media onda con filtro RC Un circuito RC sirve como filtro para hacer que el voltaje alterno se vuelva directo casi como el de una batería, esto es gracias a las pequeñas oscilaciones que tiene la salida del voltaje, las cuales son prácticamente nulas. La primera parte del circuito consta de una fuente de voltaje alterna, seguido de un diodo que en esta ocasión será ideal (simplemente para facilitar la comprensión del funcionamiento) y finalmente el filtro RC. Multiplicador de tensión Un Multiplicador de tensión es un circuito eléctrico que convierte tensión desde una fuente de corriente alterna a otra de corriente continua de mayor voltaje mediante etapas de diodos y condensadores. Funcionamiento La figura muestra un multiplicador de tensión con diodos ideales y condensadores de capacidad infinita. Las cifras en rojo muestran los valores de tensión alterna (RMS), mientras que las negras son la componente continua en cada etapa. Evidentemente, invirtiendo los diodos se obtienen tensiones negativas. Voltaje de ruptura Mientras esta configuración puede ser utilizada para generar miles de voltios a la salida, los componentes de las etapas individuales no requieren soportar toda la tensión sino solo el voltaje entre sus terminales, esto permite aumentar la cantidad de etapas según sea necesario sin aumentar los requerimientos individuales de los componentes.

3.-MATERIALES:            

2 multímetros. 1 protoboard. 4 cables con terminales plug banana. 3 cables con terminal BNC. 1 transformador 220v/12v, 1A. 4 diodos rectificadores 1N4007. 2 resistores de 330 Ω, 1W. 2 capacitores de 470 µF de 50 V. 2 Zener de 7.5 V, 1W. 2 resistencias de 1K Ω ½ W. 1 potenciómetro de 100K Ω. 2 resistencias de 10K Ω ½ W.

4.-PROCEDIMENTO EN EL LABORATORIO 4.1.-Toma de datos en el rectificador tipo puente, sin filtro, sin regulador

:

AC:

a) Salida del transformador en vacio y conectado al circuito. DC = 15,4 V

Medida del transformador en vacío AC 13,10 DC 0

AC= 15,4 V

Medida del transformador en el circuito AC 12,90 DC 0

b) Salida de la carga del rectificador AC:

DC:

Medida en voltímetro Ac 9,87v dc 15,45v c) Voltaje en el diodo D1 y D2

4.2.-Rectificador tipo puente, con filtro, sin regulador a) Salida del rectificador

DC:

AC:

4.3.-Fuente regulada mediante diviso de voltaje

Cuando la carga está en su estado de máximo consumo aceptable Cuando la carga está en su estado de mínimo consumo aceptable

Volt. De entrada (Variable, sin regular) 8,48V

4.4.- Fuente regulada mediante diodo zener

7,47V

Volt. De salida (regulado en la carga) 7,65V

7,35V

Cuando la carga está en su estado de máximo consumo aceptable Cuando la carga está en su estado de mínimo consumo aceptable

Volt. De entrada (Variable, sin regular) 31,3V

8,1V

Volt. De salida (regulado en la carga) 7,55V

7.55V

4.5.- Doblador de voltaje a) Salida del transformador en vacío y salida del transformador conectado al circuito DC: AC:

AC DC

SALIDA DEL TRANSFORMADOR EN VACIO CONECTADO AL CIRCUITO 13,17 V AC 12,71 V 0V DC 0V

b) Salida del rectificador con carga

DC : 27,8V

AC: 0 V

Salida de rectificador sin carga

DC : 37,8 V

c) Voltaje en el diodo D

AC : 0

DC : 14,7 V

AC : 13,2 V

d) Voltaje en el capacitor C1

DC : 14 V

e) Voltaje en la resistencia R1

AC : 0

DC : 0,94 V

AC : 1,48 V

5.-TRABAJO Y DESARROLLO POSTERIOR A LA ADQUISICIÓN DE DATOS 5.1 La eficiencia y el RMS del rizo de salida a) A partir de la medición visual obtenida en los puntos 6.1 y 6.2, determine el voltaje promedio y RMS de la salida del rectificador. En el rectificador con capacitor, aproxime, la descarga del mismo, como si fuese lineal. Para el rectificador sin filtro: Vm = 15,4V 𝑉𝑑𝑐 =

2(𝑉𝑚 − 2𝑉𝑡) 2(15,4 − 2 ∗ 0.7) = = 8.91 𝑉 𝜋 𝜋 𝑉𝑚 15,4 𝑉𝑟𝑚𝑠 = = = 10.89 𝑉𝐴𝐶 √2 √2

Para el rectificador con filtro: Vr= 1V, Vm=16,2 V 𝑉𝑑𝑐 = (𝑉𝑚 − 2𝑉𝑡) −

𝑉𝑟 1 = (16,2 − 2 ∗ 0.7) − = 14.3 𝑉 2 2

𝑉𝑅𝑟𝑚𝑠 =

𝑉𝑟 2√3

=

0,9 2√3

= 0.26 𝑉𝐴𝐶

b) Compare el voltaje promedio calculado, a la salida del rectificador, con el promedio medido (con el multimetro), ¿son similares? Calcule el error porcentual de lo calculado, respecto a lo medido. Para el rectificador sin filtro: Vdc = 9.87 V (multímetro)

Vdc =8.91 V (calculado)

9.87−8.91

𝐸% = 9.87 ∗ 100 = 9,72% Para el rectificador con filtro: Vdc = 15,45 V (multímetro)

Vdc =14.3 V (calculado)

𝐸% =

15.45−14.3 15.45

∗ 100 = 7,4%

c) Calcular “la eficiencia” y “RMS del rizo de salida”. Compare y diga cual tiene mayor eficiencia y el mejor RMS del rizo de salida. Para el rectificador sin filtro: 𝑟(%) =

𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑉𝑑𝑐

=

10.89 8.91

= 1.22% (rizo grande)

Para el rectificador con filtro: 𝑟(%) =

𝑉𝑅𝑟𝑚𝑠 𝑉𝑑𝑐

0.26

= 14.3 = 0.018% (rizo claramente pequeño)

5.2 Grafica de la corriente en los diodos, el rectificador sin filtro a) En el circuito correspondiente al punto 6.1, representar gráficamente la corriente en cada uno de los diodos D1 y D2.

b) Determine la corriente promedio en cada diodo D1 y D2. Luego compare con la corriente promedio en la carga.

𝐼𝐷2 = 𝐼𝐷1 = 𝐼𝑅𝐿 =

𝑉𝑚 𝑅

𝑉𝑚 𝑅

=

=

15,4 330

16,2 330

= 49,1 𝑚𝐴

= 46,67 𝑚𝐴

c) Determine la potencia instantánea en cada uno de los diodos D1 y D2. Luego determine la potencia promedio en cada uno de indicados diodos. 𝑃𝐷1 = 𝑉𝑚 ∗ 𝐼 = 16 ∗ 49,1𝑚 = 0.078𝑊 𝑃𝐷2 = 𝑉𝑚 ∗ 𝐼 = 16 ∗ 49,1𝑚 = 0.078𝑊 5.3 Grafica de la corriente en los diodos, el rectificador con filtro a) En el circuito correspondiente al punto 6.2, representar gráficamente la corriente en cada uno de los diodos D1 y D2.

b) Determine la corriente promedio en cada diodo D1 y D2. Luego compare con la corriente promedio en la carga. 𝐼𝑅𝐿 =

𝑉𝑑𝑐 𝑅𝐿

=

16.5 330

= 50 𝑚𝐴

𝑉𝑚 17 = = 51.5 𝑚𝐴 𝑅𝐿 330 𝑉𝑚 16.5 𝐼𝐷2 = = = 50 𝑚𝐴 𝑅𝐿 330

𝐼𝐷1 =

c) Determine la potencia instantánea en cada uno de los diodos D1 y D2. Luego determine la potencia promedio en cada uno de indicados diodos. 𝑃𝐷1 = 𝑉𝑚 ∗ 𝐼 = 17 ∗ 51.5𝑚 = 0.87𝑊 𝑃𝐷2 = 𝑉𝑚 ∗ 𝐼 = 16.5 ∗ 50𝑚 = 0.82𝑊 5.4 Circuito con regulador a) A partir de los datos de la tabla T.1, determine la máxima variación permitida en la fuente variable, cuando la carga es parte de un divisor de voltaje. 𝑉 ∗𝑅

𝑉𝑅𝐿 = 𝑅𝑠+𝑅𝐿 𝑠

𝐿

𝑅𝑠 +𝑅𝐿

𝑉𝑠𝑀𝐼𝑁 = 𝑉𝑅𝐿

= 7,35

𝑅𝐿 𝑅𝑠 +𝑅𝐿

𝑉𝑠𝑀𝐴𝑋 = 𝑉𝑅𝐿

= 7.65

𝑅𝐿

1𝐾+10𝐾 10𝐾 1𝐾+110𝐾 110𝐾

= 7.41𝑉 = 8.41𝑉

b) A partir de los datos de la tabla T.2, determine la máxima variación permitida en la fuente variable, cuando la carga esta en paralelo con el diodo zener. 𝑉 ∗𝑅

𝑉𝑧 = 𝑅𝑠+𝑅𝐿 𝑠

𝐿

𝑉𝑧 = 7.5𝑣 (𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒𝑠 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑎 7.5 𝑣 𝑒𝑙 𝑧𝑒𝑛𝑒𝑟 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑟𝑎 𝑎𝑝𝑎𝑔𝑎𝑑𝑜) 𝑉𝑠𝑀𝐴𝑋 = 𝑉𝑧

𝑅𝑠 +𝑅𝐿

𝑅𝐿 𝑅𝑠 +𝑅𝐿

𝑉𝑠𝑀𝐼𝑁 = 𝑉𝑧

𝑅𝐿

= 7.5 = 7.5

1𝐾+10𝐾

10𝐾 1𝐾+110𝐾 110𝐾

= 8.25𝑉 = 7.56𝑉

c) Compare los dos casos de regulación e indique cual permite mayor variación de voltaje de la fuente variable. Evaluar en porcentaje de la variación con Zener, considerando que la variación del divisor de voltaje es del 100 %. Viendo los resultados está claro que el diodo Zener es mejor regulador. 7.56 − 7.5 ∗ 100 = 0.8% 7.56 8.25 − 7.5 = ∗ 100 = 9.1% 8.25

𝑉𝑠𝑀𝐼𝑁% = 𝑉𝑠𝑀𝐴𝑋%

d) Identifique (voltaje y corriente), en la grafica de la curva característica del Zener, los puntos extremos en los que ha trabajado. Calcule el margen de potencia, del dido zener. 𝑀𝐼𝑁

𝑉𝑧

𝐼𝑍𝑀𝐼𝑁 = 𝑅𝐿

𝑀𝐴𝑋

7.5

= 9965 = 752,6 µ𝐴

𝑃 = 𝑉𝑧 ∗ 𝐼𝑍𝑀𝐴𝑋 = 7.5 ∗ 752.6µ = 5.644 𝑚𝑊

7.5

= 109579 = 68.44 µ𝐴

𝑃 = 𝑉𝑧 ∗ 𝐼𝑍𝑀𝐴𝑋 = 7.5 ∗ 68,44µ = 0.513 𝑚𝑊

curva diodo zener 200 0 -8

-6

-4

I[µA]

𝑉𝑧

𝐼𝑍𝑀𝐴𝑋 = 𝑅𝐿

-2

-200 0 -400 -600 -800

V[V]

-1000

5.5 Circuito doblador de voltaje a) Evaluar en RMS del rizado en la carga. 𝑉𝑅 0,036 𝑉𝑅 𝑟𝑚𝑠 = = = 0.01039 𝑉𝐴𝐶 2√3 2√3 b) A partir de la información visual de voltajes en D1, R1, C1 y en la carga: Graficar la corrientes en la carga, en el capacitor C1, en la resistencia R1 y en el diodo D1. Corriente en RL Corriente C1

Corriente D1

Corriente R1

c) A partir de la información visual de voltajes en D1, R1, C1 y en la carga: Graficar los voltajes de D2, R2 y C2.

Voltaje C2

Voltaje D2

Voltaje R2

d) Cuáles son las consideraciones, para que el voltaje en la carga tenga menor rizo. Mientras más pequeña sea la carga RL menor será el rizado en dicha carga. 6.-CONCLUSIONES  Mediante la toma de datos en el osciloscopio del puente de graetz se observó ondas diferentes en el rizo de los diodos, por lo que se apreció la diferencia de la barrera de voltaje que hay entre diodos.  En la prueba de regulador Zener se verifico que este es mejor regulador que los diodos normales  En el doblador de voltaje se apreció una perdida a la salida cuando está conectado una carga RL.  En el doblador de voltaje el rizo es mayor cuando está conectado con una carga, esta es otro efecto presente cuando esta la carga RL.