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Introducción
El objetivo de este trabajo práctico es analizar cómo obtener una diferencia de potencial
continua a partir de una diferencia de potencial variable en el tiempo, utilizando un circuito
rectificador simple. Para ello tendremos primero que analizar la descarga de un capacitor y
luego emplearlo junto a un diodo, en el armado de un circuito rectificador simple.
Para poder llevar a cabo correctamente el trabajo, consideramos importante aclarar los
conceptos definidos a continuación.
En primer lugar, para obtener la diferencia de potencial (o tensión) Vab entre dos puntos (a y
b), cuando un campo eléctrico realiza un trabajo Tab sobre una carga de prueba (positiva) q, la
cual se desplaza desde un punto A hasta un punto B, ésta se obtiene dividiendo el trabajo
realizado, entre el valor de la carga que se desplazó, es decir:
Vab = Tab/q.
Se define como capacitor a un dispositivo que almacena carga, compuesto por dos
conductores separados por un aislante. Cuando se carga el capacitor las cargas en los extremos
conductores son iguales pero de signo opuesto. El flujo de electrones cesa cuando la ddp entre
las placas del capacitor se hacen igual a la frecuencia electromotriz del generador.
Se denomina resistencia eléctrica a la magnitud utilizada para caracterizar el impedimento
que un conductor ofrece al paso de corrientes a través del mismo. Cuando un voltaje Vab se
aplica a los extremos de un conductor, estableciendo en él una corriente eléctrica i, la
resistencia de este conductor está dada por la siguiente relación:
R=Vab/i.
Por último, Un diodo es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente
eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor. De forma
simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de
cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por
encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña.
Debido a este comportamiento, se los conoce también como rectificadores, ya que son
dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para
convertir una corriente alterna en corriente continua.
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Procedimiento experimental
Este trabajo práctico consistió en dos partes: la primera en la que analizamos la descarga de un
capacitor y las variables que la afectaban, y una segunda en la que armamos un circuito
rectificador simple y analizamos el proceso de rectificación de una corriente.
Comenzamos la experiencia armando el primer circuito (Figura 1). El mismo consiste en: una
fuente que mantiene la diferencia de potencial (ddp) continua, un pulsador con el que
permitimos o interrumpimos el paso de la corriente a través del circuito y, un capacitor y una
resistencia conectados en paralelo. Colocamos dos sensores de voltaje, uno en cada extremo
de la resistencia, a su vez conectados a una interfaz que, a su vez, estaba conectada a una
computadora. La interfaz mide la ddp de potencial del capacitor y envía una señal a la
computadora. En la computadora abrimos un programa llamado Science Workshop que
interpreta la información y realiza un gráfico de diferencia de potencial en función del tiempo.
Una vez armado el circuito con una resistencia de 22 KΩ y un capacitor de 10 µF pasamos a
realizar la experiencia. Mantuvimos el pulsador apretado por un instante lo que provocaba
que se cierre el circuito y se cargue el capacitor almacenando energía, ese instante era tiempo
suficiente para que el capacitor se cargue. Al soltar el pulsador, abrir el circuito, el capacitor
descarga su energía sobre la resistencia y la interfaz recoge los datos. Simultáneamente, desde
la computadora comenzamos a grabar (o tomar datos) poco antes de soltar el pulsador.
Pudimos observar entonces la variación de la diferencia de potencial entre las placas del
capacitor en la pantalla siguiendo el trazado de la curva. Guardamos el gráfico obtenido.
Luego repetimos esta experiencia dos veces más cambiando la primera vez la resistencia de 22
KΩ por una de 220 KΩ, y la segunda utilizando un capacitor de 100 µF y una resistencia de 220
KΩ.
Para poder comparar las gráficas más fácilmente lo que hicimos fue intentar descargar siempre
en el mismo instante el capacitor.
Una vez finalizada esta experiencia, pasamos a la segunda parte del trabajo, analizar el circuito
rectificador simple. Armamos el segundo circuito (Figura 2) que consiste de un generador de
ondas que suministrará al circuito una diferencia de potencial variable en el tiempo en forma
sinusoidal, un diodo y una resistencia de 1 KΩ. En este circuito, a diferencia del anterior, se
utilizan dos sensores de voltaje. Uno de ellos está conectado al canal A de la interfaz, que leerá
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la ddp suministrada por la fuente y el otro, conectado al canal B, que medirá la ddp entre los
extremos de la resistencia.
Comenzamos a tomar los datos y pudimos observar en la pantalla dos trazos, uno
correspondiente a la lectura realizada por el canal A y otro correspondiente a la del B, en el
gráfico de ddp en función del tiempo.
Luego repetimos la experiencia pero colocando el diodo en inversa. Guardamos ambos
gráficos.
Hecho esto, le agregamos al circuito un capacitor de 10 µF en paralelo con la resistencia como
muestra la Figura 3. Tomamos los datos correspondientes y los guardamos. Repetimos la
experiencia primero cambiando la resistencia de 1KΩ por una de 22 KΩ. La volvimos a repetir
con otra resistencia, esta vez de 220 KΩ. Por último, realizamos la misma experiencia con una
resistencia de 220 KΩ y un capacitor de 100 µF. En cada caso, observamos los trazos en la
pantalla y guardamos los gráficos correspondientes para luego analizarlos.
Resultados y análisis
Al analizar la descarga de un capacitor realizamos la misma experiencia para tres capacitores
distintos y variando la resistencia del circuito. A partir de estas experiencias y gracias al
programa Science Workshop pudimos obtener las curvas correspondientes a la descarga de
cada uno de los capacitores (ddp en función del tiempo). Además gracias a las herramientas
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que nos brinda el programa pudimos realizar gráficos que comparan dos o más curvas, con el
fin de discernir a simple vista que capacitor se descarga más lento y cual lo hace más rápido.
Gráfico I
0
0.5
1.0
1.5
Pasada #1, 2
Voltaje (V)
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
Gráfico
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
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13
14
15
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Tiempo (s)
En este gráfico se observan las curvas de la ddp en función del tiempo para el circuito R1 = 22 k
R2 = 220 k
C1 = 10 µF y para
C1 = 10 µF
En el Gráfico I podemos ver las curvas comparadas de dos circuitos que poseen capacitores de
igual capacidad (10 µF) y distintas resistencias (resistores). Lo que se puede observar
claramente es que la descarga del capacitor es más lenta cuando la resistencia es mayor.
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Gráfico II
0
0.5
1.0
1.5
Pasada #2, 4
Voltaje (V)
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
Gráfico
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
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T i empo (s)
En este gráfico se observan las curvas de la ddp en función del tiempo para el circuito R2 = 220 k
para R2 = 220 k
C2 = 100 µF y
C1 = 10 µF
En este gráfico podemos observar las curvas correspondientes a dos circuitos que tienen el
mismo valor de resistencia pero la capacidad de los capacitores son distintas. A partir de esto
podemos inferir que el valor del capacitor (capacidad en F) incide directamente en la velocidad
de descarga del capacitor. A mayor es la capacidad menor será la velocidad de descarga del
mismo.
Gráfico III
0
0.5
1.0
1.5
Pasada #1, 2, 4
Voltaje (V)
2.0 2.5 3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
Gráfico
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
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T i empo (s)
En este gráfico se observan las curvas de los tres circuitos que poseen distintas combinaciones de resistividad y
capacidad.
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Para observar la rectificación de una de corriente alterna (oscilante) utilizamos nuevamente el
Science Workshop para graficar la ddp en función del tiempo. Gracias a este programa
pudimos realizar gráficos en los que se compara la ddp medida en los extremos de la
resistencia -luego de atravesar el circuito- con la ddp establecida por la fuente. En la
experiencia de rectificación realizamos gráficos para distintos valores de resistencia y
capacidad, teniendo en cuenta la primera parte del trabajo experimental, para observar como
la descarga del capacitor podía influir en el proceso.
Gráfico IV
Osciloscopio
2.000
v/div
2.000
v/div
10.00
ms/div
2500 muest/s
En este gráfico se observa ddp en función del tiempo. La corriente parcialmente rectificada por el circuito que
únicamente tiene un diodo conectado en directa (curva roja) comparada con la ddp establecida por la fuente.
En el Gráfico IV podemos ver la curva que describe la la ddp establecida por la fuente. Si
observamos la curva verde, podemos ver que la ddp varía regular y cíclicamente en el tiempo.
Si tomamos un ciclo de la curva (verde) se puede observar que en cada hemiciclo emite las
mismas diferencias de potencial pero de signo opuesto. Ahora, si observamos la curva de la
ddp en los extremos de la resistencia (roja) notamos que la ddp negativa desaparece y pasa a
ser nula. Esto se debe al efecto que produce el diodo conectado en directa. Como ya
explicamos anteriormente, el diodo debajo de ciertas diferencias de potencial se comporta
como un circuito abierto (no conduce). Este caso es la prueba empírica de nuestra definición
teórica, el diodo conectado en directa al circuito no permite el paso de las cargas por lo que la
medición de ddp en ese momento es nula.
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Otro resultado a señalar es que los máximos de las curvas no coinciden. Esto ocurre debido a
las propiedades del diodo, que como ya dijimos es un semiconductor. Como observamos en el
TP N° 1 (Curvas Características-Gráfico 1) el diodo no solo no permite la circulación de cargas
en un sentido sino que para que estas circulen en el sentido opuesto requiere una
determinada diferencia de potencial. Esa ddp necesaria para que el diodo se comporte como
conductor es la ddp que hay de diferencia entre los máximos de ambas curvas.
Gráfico V
Osciloscopio
2.000
v/div
2.000
v/div
10.00
m s /div
2500 m ues t/s
En este gráfico se observa ddp en función del tiempo. La ddp a lo largo del tiempo medida en los extremos de la
resistencia(curva roja) comparada con la ddp establecida por la fuente.
En el Gráfico V se puede observar una curva similar a la del Gráfico IV sólo que como el diodo
se conectó en sentido inverso, se comportó de manera opuesta, no dejando circular en el otro
sentido. Esta vez son los mínimos que no coinciden, por el mismo motivo que en el gráfico
anterior.
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Gráfico VI
Osciloscopio
2.000
v/div
2.000
v/div
10.00
m s/div
2500 m uest/s
En este gráfico se observa ddp en función del tiempo. La ddp medida en los extremos de la resistencia (curva roja)
comparada con la ddp establecida por la fuente (curva verde). (circuito que tiene un diodo conectado en directa,
una resistencia de 1 k y un capacitor de 10 µF)
Gráfico VII
Osciloscopio
2.000
v/div
2.000
v/div
10.00
ms/div
2500 muest/s
En este gráfico se observa ddp en función del tiempo. La ddp medida en los extremos de la resistencia (curva roja)
comparada con la ddp establecida por la fuente (curva verde). (circuito que tiene un diodo conectado en directa,
una resistencia de 22 k y un capacitor de 10 µF)
.
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Gráfico VIII
Osciloscopio
2.000
v/div
2.000
v/div
10.00
m s /div
2500 m ues t/s
En este gráfico se observa ddp en función del tiempo. La ddp medida en los extremos de la resistencia (curva roja)
comparada con la ddp establecida por la fuente (curva verde). (circuito que tiene un diodo conectado en directa,
una resistencia de 220 k y un capacitor de 10 µF)
.
Gráfico IX
Osciloscopio
2.000
v/div
2.000
v/div
10.00
m s /div
2500 m ues t/s
En este gráfico se observa ddp en función del tiempo. La ddp medida en los extremos de la resistencia (curva roja)
comparada con la ddp establecida por la fuente (curva verde). (circuito que tiene un diodo conectado en directa,
una resistencia de 220 k y un capacitor de 100 µF)
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Los gráficos VI, VII, VIII y IX son los resultados que obtuvimos al utilizar el circuito rectificador
simple conectando, además del diodo en directa, capacitores y resistencias con capacidades y
resistividades (µF y k) distintas al igual que hicimos cuando analizamos la descarga del
capacitor. De hecho, en esta segunda parte aplicamos lo aprendido al analizar la descarga del
capacitor para lograr rectificar una corriente alterna. Podemos ver que cuanto mayores son los
valores de capacidad y resistividad, la curva se acerca más a describir una constante (corriente
continua). Esto se debe, justamente, a la descarga del capacitor. Como vimos en los gráficos IV
y V el diodo no permite el paso de la corriente en un periodo de tiempo. El capacitor comienza
su descarga luego de que la ddp alcanza su valor máximo y empieza a disminuir. Como vimos
en los gráficos I, II y III cuanto mayor son la capacidad y la resistencia en el circuito, la curva de
descarga del capacitor decrece en menor medida. En el caso del Gráfico VI, por ejemplo,
tenemos un capacitor de 10 µF y una resistencia de 1 k . En ese caso la descarga es rápida, por
lo que la curva de descarga que se puede observar en el hemiciclo en que no circulan cargas
(por el efecto del diodo) no llega a unir con una recta los máximos de la curva. A medida que
se aumentan los valores de resistividad y capacidad más se acerca a lograr una recta
constante. En el Gráfico IX podemos ver que la curva se asemeja mucho a una recta constante
y que cualquier diferencia es mínima e imperceptible.
Conclusiones
En primer lugar, llegamos a la conclusión de que la descarga de un capacitor viene dada por la
resistencia que se encuentra en el circuito y la capacidad del capacitor. Cuantos mayores sean
estas magnitudes mayor será el tiempo de descarga.
Pudimos establecer la siguiente ecuación:
𝑅() × 𝐶(𝐹) = 𝑡 (𝑠)
 =
𝐹=
V
A
𝐴. 𝑠
𝑉
Luego pudimos observar que la descarga de un capacitor es muy útil a la hora de rectificar una
corriente alterna.
Comprobamos empíricamente el efecto de un diodo sobre una corriente alterna conectándolo
tanto de forma directa como inversa.
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Por último argüimos que la capacidad de rectificación que tiene un circuito rectificador es
relativa a como sea el período de un ciclo en la ddp establecida. Ya que si el tiempo en que no
circula carga es mucho mayor al tiempo con el que trabajamos en este experimentos las
magnitudes de capacidad y resistividad no lograrían una rectificación tan buena.
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