1) Diodos y Circuitos Rectificadores - Jaqueline Avila Rico

Vista previa del material en texto

CATEDRA DE ELECTRONICA APLICADA 
 
GUIA DEL TRABAJO PRACTICO DIODOS Y CIRCUITOS RECTIFICADORES - PAG. 2 DE 12 
Trabajo Práctico: Diodos y Circuitos Rectificadores 
 
I- Guía para el uso del software Electronics Workbench 
Selección de componentes: 
Los componentes se seleccionan por medio del menú que aparece a la izquierda de la pantalla, 
haciendo click con el botón izquierdo del mouse y sin soltarlo, arrastrandolo hasta el sector de trabajo 
(parte central de la pantalla) 
 
Configuración de componentes: 
La configuración de los componentes se realiza por medio del menú contextual que aparece haciendo 
doble click con el botón izquierdo del mouse sobre el componente a configurar, también por medio del 
menú "Circuit", submenú "Value", de la barra de menúes (parte superior de la pantalla). 
 
Selección de instrumentos: 
Esta selección se realiza arrastrando (con el botón izquierdo del mouse presionado) el instrumento 
deseado hasta el sector de trabajo, y luego haciendo doble click para su ampliación y configuración. 
 
Cómo conectar un instrumento al circuito: 
La misma se realiza haciendo click y manteniendo presionado el botón izquierdo del mouse sobre el 
terminal de conexión del instrumento y luego arrastrando el cable que aparece, hasta el punto del 
circuito al cual se desea conectar el terminal del instrumento en cuestión. 
 
Cómo realizar una medición: 
Una vez aramado el circuito y conectados el o los instrumentos de medición, hacer click con el botón 
izquierdo del mouse sobre el interruptor vitual que se encuentra en la parte superior derecha de la 
pantalla. 
 
 
Nota: 
El análisis de un circuito hecho con este software no tiene en cuenta algunos parámetros que tienen 
incidencia en los circuitos reales, tales como tolerancias de componentes, errores de instrumentos, 
factores ambientales, etc. Sin embargo, los resultados y conclusiones obtenidas no difieren demasiado 
de las que se obtendrían si se hubiesen utilizado elementos reales. 
 
CATEDRA DE ELECTRONICA APLICADA 
 
GUIA DEL TRABAJO PRACTICO DIODOS Y CIRCUITOS RECTIFICADORES - PAG. 3 DE 12 
II- Introducción 
El presente trabajo práctico consiste en verificar en forma práctica, el funcionamiento de un diodo 
rectificador, como así también los diferentes tipos de circuitos rectificadores que ya fueron estudiados 
en clase, pero en forma teórica. Para ello analizaremos las formas de onda de la tensión y de la 
corriente en los distintos puntos característicos de un rectificador, a la vez que nos iremos 
familiarizando con el uso del osciloscopio, particularmente en la medición de tiempos y tensiones, y 
demás instrumentos y elementos utilizados en el laboratorio de electrónica (multímetros, 
transformadores, componentes diversos, etc.). 
 
Comentario: 
Antes de seguir adelante debemos hacer dos aclaraciones acerca del funcionamiento del osciloscopio: 
1. La única señal que admite un osciloscopio (de ahora en más lo llamaremos O.R.C.) es una 
diferencia de potencial entre sus bornes, ya que intrinsecamente funciona como un voltímetro. Por 
lo tanto si se desea medir corrientes, será necesario colocar una resistencia (de valor conocido) en 
serie con el elemento a medir. Mediante este artificio, se logra obtener una diferencia de potencial 
entre los terminales de dicho elemento, proporcional a la corriente que circula por él; luego por 
medio de la ley de Ohm calcularemos cuanto vale dicha corriente. 
 
2. Como el ORC tiene un punto neutro común para ambos canales (suponemos un ORC de dos 
canales), en aquellos casos en los cuales dicho punto neutro común imposibilita la correcta 
polarización de uno de ellos, se producirá el efecto indeseado de la inversión de la gráfica o forma 
de onda correspondiente. 
 
III- Desarrollo 
1- Diodo Rectificador 
Los diodos son elementos semiconductores que polarizados en forma directa (ánodo - cátodo), 
presentan una muy baja resistencia o impedancia al pasaje de la corriente (10 a 30 Ω) mientras que si 
se los polariza en forma inversa (cátodo - ánodo), dicha resistencia se hace muy elevada (200 a 300 
KΩ para los diodos de Ge y de varios MΩ para los de Si). Esta característica hace que un diodo (ideal) 
se comporte como un interruptor: a) cerrado (polarizado en forma directa) y por lo tanto permitiendo 
el pasaje de la corriente; b) abierto (polarizado en forma inversa) por lo que no permite la circulación 
de corriente. De lo anterior se concluye entonces que un diodo es un elemento semiconductor, pues 
permite el pasaje de la corriente en un solo sentido. 
CATEDRA DE ELECTRONICA APLICADA 
 
GUIA DEL TRABAJO PRACTICO DIODOS Y CIRCUITOS RECTIFICADORES - PAG. 4 DE 12 
1.1- Trazado de la curva carcterística Tensión - Corriente 
La resistencia o impedancia que presenta en sentido directo, tanto como en inverso no es constante, es 
decir, varía con cada régimen de carga en particular. Esto obliga a trazar la característica tensión 
(ánodo - cátodo) vs. corriente (ánodo - cátodo) para cada tipo de diodo si se quiere conocer 
exactamente su funcionamiento. Dicha característica es provista por su fabricante, y se acostumbra a 
graficar en el eje horizontal, la caída de tensión entre ánodo y cátodo (Vak) y en el eje vertical, la 
corriente que lo atraviesa (Iak). Nos proponemos entonces trazar y verificar dicha curva. Para ello 
armaremos el siguiente circuito: 
- fig. 1 - 
1.1.1- Procedimiento 
a) Conectar el canal 1 del ORC entre los puntos A y C y el otro canal, entre los puntos C y B. 
b) Colocar el ORC en los modos DC y A/B para obtener la gráfica de la corriente en función de la 
tensión (curva tensión vs. corriente). 
c) Ajustar convenientemente la base de tiempo y la ganacia vertical de los canales empleados. Indicar 
las escalas utilizadas. 
d) Graficar la forma de onda obtenida. 
 
2- Circuitos Rectificadores 
2.1- Circuito rectificador de media onda 
Nos proponemos analizar y verificar el funcionamiento de un circuito rectificador de media onda. Para 
ello armaremos el siguiente circuito: 
CATEDRA DE ELECTRONICA APLICADA 
 
GUIA DEL TRABAJO PRACTICO DIODOS Y CIRCUITOS RECTIFICADORES - PAG. 5 DE 12 
- fig. 2 - 
2.1- Procedimiento 
2.1.1- Medición y visualización de la tensión de salida del transfomador 
a) Conectar un canal del ORC entre los puntos 1 y 2. 
b) Colocar el ORC en los modos AC e Y/T. 
c) Ajustar convenientemente la base de tiempo y la ganacia vertical del canal empleado, e indicar las 
escalas utilizadas. 
d) Graficar la forma de onda de la tensión (V2) obtenida. 
e) Determinar su valor máximo (V2máx) y calcular a partir de éste, sus valores medio (V2med) y eficaz 
(V2ef). Explicar. 
f) Comparar la V2ef del punto anterior, con la medida con un voltímetro. 
 
2.1.2- Medición y visualización de la tensión en bornes del rectificador 
a) Conectar un canal del ORC entre los puntos 1 y 3. 
b) Colocar el ORC en los modos DC e Y/T. 
c) Ajustar convenientemente la base de tiempo y la ganacia vertical del canal empleado, e indicar las 
escalas utilizadas. 
d) Graficar la forma de onda de la tensión obtenida (VAK). 
e) Determinar su valor máximo (VAKmáx) y calcular a partir de éste, su valor medio (VAKmed). Explicar. 
f) Comparar la VAKmed obtenida en el punto anterior, con la medida con un voltímetro. 
 
CATEDRA DE ELECTRONICA APLICADA 
 
GUIA DEL TRABAJO PRACTICO DIODOS Y CIRCUITOS RECTIFICADORES - PAG. 6 DE 12 
2.1.3- Medición y visualización de la tensión en bornes de la carga 
a) Conectar un canal del ORC entre los puntos 4 y 2. 
b) Colocar el ORC en los modos DC e Y/T. 
c) Ajustar convenientemente la base de tiempo y la ganacia vertical del canal empleado. 
d) Indicar las escalas utilizadas. 
e) Observar y graficar la forma de onda de la tensión obtenida (Vc). 
f) Determinar su valor máximo (Vcmáx) y calcular a partir de éste, su valor medio (Vcmed). 
g) Medir con un voltímetro el valor de la tensión media en la carga (Vcmed). 
h) Comparar con elvalor obtenido en el punto anterior. Explicar. 
i) Calcular el valor eficaz de la tensión en la carga (Vcef) a partir de su valor máximo. 
j) Cómo se denomina la forma de onda obtenida de la tensión a la salida del recificador ? Por qué? 
k) Conectar ahora uno de los canales del ORC entre los puntos 3 y 4. 
l) Determinar el valor máximo de la tensión en bornes de R1 (VR1máx). 
m) Graficar la forma de onda correspondiente. 
n) Calcular matemáticamente el valor de la amplitud máxima de la tensión en la carga, considerando 
las caídas de tensión en el diodo D1 y en la resistencia R1. 
o) Comparar con los valores obtenidos anteriormente. Explicar. 
 
2.1.4- Medición y visualización de la corriente por el diodo 
a) Conectar un canal del ORC entre los puntos 1 y 3 y el otro entre los puntos 3 y 4; de esta forma 
podremos visualizar la forma de onda de la tensión y de la "corriente" por el diodo al mismo 
tiempo. 
b) Colocar el ORC en los modos DC e Y/T. 
c) Ajustar convenientemente la base de tiempo y la ganacia vertical de los canales empleados. 
d) Indicar las escalas utilizadas. 
e) Determinar el valor máximo de la tensión (VR1máx) en bornes de la resistencia R1. 
f) Calcular mediante la ley de Ohm, a partir de la caída de tensión en R1, los valores máximo (IDmáx) y 
medio (IDmed) de la corriente que circula por el diodo. Explicar. 
g) Comparar la IDmed obtenida en el punto anterior, con la medida con un amperímetro. 
h) Observar y graficar la forma de onda de la corriente por el diodo. 
 
2.2- Circuito rectificador de onda completa con transformador con punto medio 
Nos proponemos analizar y verificar el funcionamiento de un circuito rectificador de onda completa 
que utiliza transformador con punto medio. Para ello armaremos el siguiente circuito: 
CATEDRA DE ELECTRONICA APLICADA 
 
GUIA DEL TRABAJO PRACTICO DIODOS Y CIRCUITOS RECTIFICADORES - PAG. 7 DE 12 
 
- fig. 3 - 
 
2.2- Procedimiento 
2.2.1- Medición y visualización de la tensión de salida del transfomador 
a) Conectar un canal del ORC entre los puntos 1 y 2. 
b) Colocar el ORC en los modos AC e Y/T. 
c) Ajustar convenientemente la base de tiempo y la ganacia vertical del canal empleado. 
d) Indicar las escalas utilizadas. 
e) Observar y graficar la forma de onda de la tensión (V2) obtenida. 
f) Determinar su valor máximo (V2máx) y calcular a partir de éste, sus valores medio (V2med) y eficaz 
(V2ef). Explicar. 
g) Comparar la V2ef del punto anterior, con la medida con un voltímetro. 
h) Conectar uno de los canales del ORC entre los puntos 1 y 3 y el otro entre los puntos 3 y 2. 
i) Ajustar convenientemente la base de tiempo y la ganacia vertical de los canales empleados. 
j) Indicar las escalas utilizadas. 
k) Observar y graficar las formas de onda de las tensiones (V21 y V22) obtenidas. 
l) Determinar el valor máximo de la tensión del semisecundario 1 (V21máx) y calcular a partir de éste, 
sus valores medio (V21med) y eficaz (V21ef). Explicar. 
m) Comparar la V21ef del punto anterior, con la medida con un voltímetro. 
2.2.2- Medición y visualización de la tensión en bornes de uno de los diodos 
CATEDRA DE ELECTRONICA APLICADA 
 
GUIA DEL TRABAJO PRACTICO DIODOS Y CIRCUITOS RECTIFICADORES - PAG. 8 DE 12 
a) Conectar un canal del ORC entre los puntos 1 y 4. 
b) Colocar el ORC en los modos DC e Y/T. 
c) Ajustar convenientemente la base de tiempo y la ganacia vertical del canal empleado. 
d) Indicar las escalas utilizadas. 
e) Observar y graficar la forma de onda de la tensión obtenida (VAK). 
f) Determinar su valor máximo (VAKmáx) y calcular a partir de éste, su valor medio (VAKmed). Explicar. 
g) Comparar la VAKmed obtenida en el punto anterior, con la medida con un voltímetro. 
 
2.2.3- Medición y visualización de la tensión en bornes de la carga 
a) Conectar un canal del ORC entre los puntos 3 y 5. 
b) Colocar el ORC en los modos DC e Y/T. 
c) Ajustar convenientemente la base de tiempo y la ganacia vertical del canal empleado. 
d) Indicar las escalas utilizadas. 
e) Observar y graficar la forma de onda de la tensión obtenida (Vc). 
f) Determinar su valor máximo (Vcmáx) y calcular a partir de éste, su valor medio (Vcmed). 
g) Medir con un voltímetro el valor de la tensión media en la carga (Vcmed) y comparar con el valor 
obtenido en el punto anterior. Explicar. 
h) Calcular el valor eficaz de la tensión en la carga (Vcef) a partir de su valor máximo. 
i) Cómo se denomina la forma de onda obtenida de la tensión a la salida del recificador ? Por qué? 
j) Conectar ahora uno de los canales del ORC entre los puntos 4y 5. 
k) Determinar el valor máximo de la tensión en bornes de R1 (VR1máx). 
l) Graficar la forma de onda correspondiente. 
m) Calcular matemáticamente el valor de la amplitud máxima de la tensión en la carga, considerando 
las caídas de tensión en el diodo D1 y en la resistencia R1. 
n) Comparar con los valores obtenidos anteriormente. Explicar. 
 
2.2.4- Medición y visualización de la corriente por uno de los diodos 
a) Conectar un canal del ORC entre los puntos 1 y 4 y el otro entre los puntos 4 y 5; de esta forma 
podremos visualizar la forma de onda de la tensión y de la "corriente" por el diodo al mismo 
tiempo. 
b) Colocar el ORC en los modos DC e Y/T. 
c) Ajustar convenientemente la base de tiempo y la ganacia vertical de los canales empleados. 
d) Indicar las escalas utilizadas. 
e) Determinar el valor máximo de la tensión (VR1máx) en bornes de la resistencia R1. 
CATEDRA DE ELECTRONICA APLICADA 
 
GUIA DEL TRABAJO PRACTICO DIODOS Y CIRCUITOS RECTIFICADORES - PAG. 9 DE 12 
f) Calcular mediante la ley de Ohm, a partir de la caída de tensión en R1, los valores máximo (IDmáx) y 
medio (IDmed) de la corriente que circula por el diodo. Explicar. 
g) Comparar la IDmed obtenida en el punto anterior, con la medida con un amperímetro. 
h) Observar y graficar la forma de onda de la corriente por el diodo. 
 
2.3- Circuito rectificador de onda completa tipo puente de Graetz 
Nos proponemos analizar y verificar el funcionamiento de un circuito rectificador de onda completa 
tipo puente. Para ello armaremos el siguiente circuito: 
- fig. 4 - 
 
2.3- Procedimiento 
2.3.1- Medición y visualización de la tensión de salida del transfomador 
a) Colocar el ORC en los modos AC e Y/T. 
b) Conectar un canal del ORC entre los puntos 1 y 2. 
c) Ajustar convenientemente la base de tiempo y la ganacia vertical del canal empleado, e indicar las 
escalas utilizadas. 
d) Observar y graficar la forma de onda de la tensión (V2) obtenida. 
e) Determinar su valor máximo (V2máx). Calcular sus valores medio (V2med) y eficaz (V2ef). Explicar. 
f) Comparar la V2ef del punto anterior, con la medida con un voltímetro. Explicar. 
CATEDRA DE ELECTRONICA APLICADA 
 
GUIA DEL TRABAJO PRACTICO DIODOS Y CIRCUITOS RECTIFICADORES - PAG. 10 DE 12 
 
2.3.2- Medición y visualización de la tensión por uno de los diodos 
a) Conectar un canal del ORC entre los puntos 1 y 3. 
b) Colocar el ORC en los modos DC e Y/T. 
c) Ajustar convenientemente la base de tiempo y la ganacia vertical del canal empleado, e indicar las 
escalas utilizadas. 
d) Observar y graficar la forma de onda de la tensión obtenida (VAK). 
e) Determinar su valor máximo (VAKmáx) y calcular a partir de éste, su valor medio (VAKmed). Explicar. 
f) Comparar la VAKmed obtenida en el punto anterior, con la medida con un voltímetro. 
 
2.3.3- Medición y visualización de la tensión en bornes de la carga 
a) Conectar un canal del ORC entre los puntos 4 y 5. 
b) Colocar el ORC en los modos DC e Y/T. 
c) Ajustar convenientemente la base de tiempo y la ganacia vertical del canal empleado. 
d) Indicar las escalas utilizadas. 
e) Observar y graficar la forma de onda de la tensión obtenida (Vc). 
f) Determinar su valor máximo (Vcmáx) y calcular a partir de éste, su valor medio (Vcmed). 
g) Medir con un voltímetro el valor de la tensión media en la carga (Vcmed). 
h) Comparar con el valorobtenido en el punto anterior. Explicar. 
i) Calcular el valor eficaz de la tensión en la carga (Vcef) a partir de su valor máximo. 
j) Cómo se denomina la forma de onda obtenida de la tensión a la salida del recificador ? Por qué? 
k) Conectar ahora uno de los canales del ORC entre los puntos 3 y 4. 
l) Determinar el valor máximo de la tensión en bornes de R1 (VR1máx). 
m) Graficar la forma de onda correspondiente. 
n) Calcular matemáticamente el valor de la amplitud máxima de la tensión en la carga, considerando 
las caídas de tensión en los diodos D1 y D3 y en la resistencia R1. 
o) Comparar con los valores obtenidos anteriormente. Explicar. 
 
2.3.4- Medición y visualización de la corriente por uno de los diodos 
a) Conectar un canal del ORC entre los puntos 1 y 3 y el otro entre los puntos 3 y 4; de esta forma 
podremos visualizar la forma de onda de la tensión y de la "corriente" por el diodo al mismo 
tiempo. 
b) Colocar el ORC en los modos DC e Y/T. 
c) Ajustar convenientemente la base de tiempo y la ganacia vertical de los canales empleados. Indicar 
CATEDRA DE ELECTRONICA APLICADA 
 
GUIA DEL TRABAJO PRACTICO DIODOS Y CIRCUITOS RECTIFICADORES - PAG. 11 DE 12 
las escalas utilizadas. 
d) Determinar el valor máximo de la tensión (VR1máx) en bornes de la resistencia R1. 
e) Calcular mediante la ley de Ohm, a partir de la caída de tensión en R1, los valores máximo (IDmáx) y 
medio (IDmed) de la corriente que circula por el diodo. Explicar. 
f) Comparar la IDmed obtenida en el punto anterior, con la medida con un amperímetro. 
g) Observar y graficar la forma de onda de la corriente por el diodo. 
 
3- Filtro Capacitivo 
Nos proponemos ahora analizar y verificar el efecto que produce sobre la tensión de salida de un 
circuito rectificador, el agregado de una etapa de filtrado. En nuestro caso, un filtro capacitivo. Para 
ello nos valdremos del circuito rectificador de onda completa tipo puente utilizado en el punto anterior. 
Entonces, a la salida de dicho circuito, le conectaremos un capacitor de valor conocido, según se 
muestra en la figura siguiente: 
- fig. 5 - 
 
3.1- Procedimiento 
a) Conectar un canal del ORC entre los puntos 3 y 4. 
b) Colocar el ORC en los modos DC e Y/T. 
c) Ajustar convenientemente la base de tiempo y la ganacia vertical del canal empleado, e indicar las 
escalas utilizadas. 
d) Conectar un capacitor de 0.01 µF en paralelo con la carga según se muestra en la figura anterior. 
CATEDRA DE ELECTRONICA APLICADA 
 
GUIA DEL TRABAJO PRACTICO DIODOS Y CIRCUITOS RECTIFICADORES - PAG. 12 DE 12 
Observar y graficar la forma de onda de la tensión en la carga (Vc). 
e) Conectar ahora un capacitor de 1 µF en lugar del anterior. Observar y graficar la forma de onda de 
la tensión en la carga (Vc). 
f) Cambiar el capacitor anterior por uno de 10 µF. Observar y graficar la forma de onda de la tensión 
en la carga (Vc). 
g) Explicar lo ocurrido. 
h) Cómo se denomina la forma de onda obtenida ? 
i) Cuál de los tres capacitores utilizados será entonces el más conveniente para nuestro circuito 
rectificador ? 
 
 
A.B.