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Universidad Abierta Interamericana Facultad de Tecnología Informática Ingeniería en Sistemas Informáticos ELECTROMAGNETISMO Y ESTADO SOLIDO II Trabajo Práctico Nº 2 – Diodos II 5to A Turno Mañana Sede Centro 1er Cuatrimestre – Año 2009 TRABAJO PRÁCTICO NÚMERO 3: Diodos II Diodo como rectificador Objetivos El objetivo del presente trabajo es estudiar los diferentes circuitos rectificadores, tanto los de media onda como los de onda completa. Síntesis del trabajo Para poder entenderlos y analizarlos realizaremos la construcción de los circuitos presentados en el trabajo (Circuito Nº 2 y Nº 3). Primero construiremos el circuito sobre el protoboard colocándole diodos y resistencias para presentar los circuitos pedidos por el profesor. Luego conectamos el osciloscopio y el generador de onda senoidal para analizar las formas de ondas producidas. Además utilizamos el multímetro para medir voltajes de alterna y continua en la entrada y salida de cada uno de estos circuitos. Introducción teórica De la curva característica del diodo puede deducirse su comportamiento al aplicarle una tensión alterna, permitiendo la circulación de la corriente eléctrica en el semiciclo en que se polariza en directo y comportándose como llave abierta en el otro. Este proceso se llama rectificación de la corriente y tiene importantes aplicaciones tecnológicas. Elementos necesarios Osciloscopio, Protoboard. Generador de onda senoidal. Resistencias: 100 , 2 K. Capacitor 100 F. Diodos 1N4007 (4). Página 2 Desarrollo de la experiencia Parte a) Construcción de un rectificador de media onda sin filtro 1. Armar el Circuito N° 1, utilizando la R = 100 . 2. Utilizando el osciloscopio, comparar las formas de onda producidas por el generador y en la salida (Vo) del circuito rectificador. 3. Con el multímetro en las escalas correspondientes, medir los voltajes de alterna y continua en la entrada y en la salida (Vo) del circuito rectificador. Parte b) Construcción de un rectificador de onda completa 1. Armar el Circuito N° 2, utilizando la R = 2 K y C = 100 F. 2. Utilizando el osciloscopio, comparar las formas de onda producidas por el generador y en la salida (Vo) del circuito rectificador (sobre la resistencia de 2 K). 3. Verificar cómo es la salida con y sin el capacitor conectado en paralelo con la resistencia. 4. Con el multímetro en las escalas correspondientes, medir los voltajes de alterna y continua en la entrada y en la salida (Vo) del circuito rectificador (sobre la resistencia de 2 K). Cuestionario Interpretar los resultados obtenidos para las formas de onda y tensiones medidas en ambos circuitos rectificadores. Página 3 Página 4 PARTE A - Construcción de un rectificador de media onda sin filtro Conectando uno de los canales del Osciloscopio para medir la caída de tensión en la Resistencia, y el otro a la salida del Generador de Onda Sinusoidal pudimos observar las diferencias entre estas dos señales. En la señal que provenía del Generador de Onda Sinusoidal observamos que la forma de onda era completa, es decir, con los dos semiciclos, positivo y negativo correspondientes. Esto fue así ya que a la salida del Generador tenemos la onda limpia sin ningún tipo de corte ni filtro. En cambio en la señal que medimos en la resistencia pudimos observar la ausencia del semiciclo negativo, y que el semiciclo positivo tenía una amplitud levemente menor a la amplitud del semiciclo positivo de la señal proveniente del Generador de Onda Sinusoidal. Esto fue así ya que el Diodo solo está polarizado en directa durante el semiciclo positivo, por lo que en dicho semiciclo el diodo conduce la señal, cayendo en él una tensión de 0,7V aproximadamente, esta caída es la que se aprecia en el menor valor pico de la señal en la resistencia. Cuando llega el semiciclo positivo el diodo queda polarizado en inversa y no conduce, es por ello la ausencia del semiciclo negativo en la señal medida en la resistencia haciendo que la tensión en la resistencia en este semiciclo sea 0V. A continuación podemos observar algunas imágenes luego de haber realizado esta primer parte de la experiencia. Página 5 Figura 1. Señal medida en la Resistencia Figura 2. Señales provenientes de la Resistencia y del Generador de Onda Sinusoidal Página 6 Figura 3. Vista del protoboard con el circuito rectificador de media onda sin filtro En la Figura 3 apreciamos la vista de armado del circuito rectificador de media onda sin filtro. Podemos observar según la clase práctica del laboratorio, que la señal sinusoidal completa es la proveniente del Generador de Onda Sinusoidal. Esto puede ser apreciado en la Figura 2. Y la señal que tiene menor amplitud que la del generador y además solo el semiciclo positivo puede visualizarse es la señal medida en la resistencia. Es en la Figura 1 donde podemos observar dicha afirmación. Luego conectamos un capacitor en paralelo con la resistencia y observamos que la señal alterna rectificada (el semiciclo positivo) se “alisaba” generando un rizado (o ripple). Esto ocurre ya que el capacitor comienza a descargarse cuando la tensión entre sus extremos comienza a bajar (baja del semiciclo positivo) y dicha descarga alisa la señal rectificada. Página 7 PARTE B - Construcción de un rectificador de media onda sin filtro En el laboratorio esta experiencia no pudo ser realizada con diodos, en cambio se utilizaron LEDs (Light Emisor Diode) para realizar el circuito y así poder observar cómo se encendían dichos LEDs de acuerdo a su polarización. Cuando se polarizaban en directa el LED se encendía, y cuando se polarizaba en inversa este se apagaba. De esta forma se pudo apreciar que en el circuito se encendían los LEDs que estaban enfrentados diagonalmente. Para poder ver dicho encendido y apagado de LEDs, la frecuencia de la señal sinusoidal de entrada tuvo que ser bastante baja. Además se puede observar que la señal medida en la resistencia es la señal rectificada de los dos semiciclos, tanto positiva como negativa, proveniente del generador de señales sinusoidales. Ya que cada par de diodos (enfrentados en diagonal) se polariza en directa para cada semiciclo de la señal proveniente del generador. En el caso del semiciclo positivo los diodos 1 y 4 son los que se polarizan en directa, permitiendo así que la señal del semiciclo positivo aparezca en la resistencia. En el caso de semiciclo negativo, los diodos 2 y 3 son los que se polarizan en directa. Y como la señal negativa realiza el camino inverso al caso de la señal positiva sobre la resistencia, dicha tensión negativa se suma por lo que el semiciclo negativo aparece como positivo sobre la resistencia. En este caso tenemos que la rectificación se realiza sobre los dos semiciclos de la señal de entrada. Puede observarse la diferencia de tensión entre la señal que ingresa al rectificador y la señal sobre la resistencia, dicha diferencia se debe a las caídas de tensión de 0,7V aproximadamente por cada diodo que esta polarizado en directa. A continuación presentaremos un grafico de cómo se presentan las señales para el circuito de Onda Completa: Partimos de una fuente de corriente alterna que genera una onda sinusoidal como la siguiente: Página 8 Con dicho circuito podemos recortar la parte inferior de la onda y replicarla como un semiciclo positivo. Obtenemos entonces el siguiente gráfico: Ahora, si agregamos un capacitor, obtendremos un grafico como el siguiente: Una vez más, el capacitor libera su corriente de forma paulatina, lo que produce un efecto rizado sobre los picos de la onda. Página 9 A continuación se presenta en la imagen una reproducción de la señal rectificada: Figura 4. Reproducción de señal rectificada. Página 10 CONCLUSIONES En el presente trabajo de laboratorio pudimos observar de manera práctica el funcionamiento del rectificador de media onda y el rectificador de onda completa, realizados con diodos. La curva característica del diodo sirvió para comprender la utilidad de los diodos como rectificadores de señales alternas. En el primer caso, del rectificador de media onda, se comprobó que solo un semiciclo (el semiciclo en el cual el diodo se polariza en directa) el diodo conducía la corriente, y para el otro semiciclo se comportaba como llave abierta. Además con la colocación del capacitor en paralelo con la resistencia de carga se comprobó el filtrado de dicha señal rectificada, debido a la descarga del capacitor cuando la tensión en sus extremos baja. En el segundo caso, del rectificador de onda completa, se comprobó que los dos semiciclos de la señal de entrada son rectificados y se presentan sobre la resistencia como semiciclos positivos, gracias a que en cada semiciclo hay un par de diodos que están polarizados en directa permitiendo así que para los dos semiciclos circule corriente. Esto puede observarse en la imagen de la Figura 4. Con la colocación de un capacitor en paralelo con la resistencia pudimos observar que aparecía el “alisado” o efecto rizado (o ripple) haciendo la onda rectificada “mas plana”. Con el capacitor, se logra que la señal de salida sea una tensión continua ya que durante el período, en el crecimiento de los semiciclos de la señal, el capacitor se carga, y durante la caída comienza a descargarse, logrando que la señal no caiga de golpe. Por último podemos decir que el diodo es utilizado para convertir una señal alterna, en una continua, mediante la configuración de circuitos como el puente de diodos ó con un diodo y un capacitor. En la polarización directa se conduce corriente a partir de que la tensión aplicada sobre el mismo supera la tensión de umbral. En la polarización inversa, casi no se conduce corriente, pero en la práctica existe una pequeña corriente, esta es casi imperceptible. Página 11