Informe_2

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PRÁCTICA # 2
TRANSFORMADOR Y RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA Y ONDA COMPLETA.
GRUPO: 1
L 10-12
PROFESOR:
EDGAR ALBERTO BETANCUR CATAÑO
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
MEDELLÍN
2020
INTRODUCCIÓN
Un transformador es un dispositivo que permite disminuir voltajes manteniendo la potencia en el circuito, lo cual lo hace un dispositivo que posee mucha importancia en aplicaciones de circuitos electrónicos, conocerlo y estudiarlo debe ser esencial para el desarrollo profesional, por este motivo en este laboratorio se estudiará su comportamiento con ayuda de osciloscopio, además de ello se montaran rectificadores de onda completa y de media onda. Los cuales vuelven la corriente A/C - D/C, en este tipo de circuitos el transformador tiene una función importante.
OBJETIVO GENERAL
· Comprobar el funcionamiento del transformador y circuitos rectificadores.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
· Conocer el funcionamiento de un transformador reductor.
· Implementar y analizar el funcionamiento de un rectificador de media onda.
· Implementar y analizar el funcionamiento de un rectificador de onda completa (2 diodos).
MONTAJES
MONTAJE 1
· Conectar el transformador 509 para observar amplitudes y formas de onda de cada una de sus derivaciones en el osciloscopio.
· Medir los valores RMS, DC y Pico (con multímetro y osciloscopio), tanto en el primario como en el secundario.
A la entrada del transformador conectamos un generador de voltaje de onda sinusoidal de 110 Vrms y le ajustamos los parámetros para entregarle al trafo un voltaje pico:
En el secundario, según las especificaciones del transformador 509, requerimos los siguientes voltajes: 
· 6V – 0 – 6V
· 9V – 0 – 9V
Y para esto debemos modificar las propiedades del transformador para simular correctamente y obtener estos voltajes a la salida.
Para obtener dichos voltajes, se parte de la conservación de la potencia en un transformador y se calcula la inductancia del secundario así:
Donde es la potencia del primario y del secundario, respectivamente.
 son los voltajes primario y secundario, respectivamente.
 son las inductancias primaria y secundaria, respectivamente.
Para efectos prácticos en el simulador se consideró lo siguiente:
· La resistividad del núcleo del transformador es muy baja y se desprecia.
· El valor de la inductancia del primario se consideró de 1H.
Luego, con el valor obtenido, se cambian los parámetros del trafo en el simulador y se ejecuta para analizar sus resultados.
Fig. 1.
En la figura 1 se observa que a la entrada se conecta un generador de 110 voltios pico y a la salida se obtiene un voltaje pico de 18.1, aproximadamente 25.46 voltios rms. A cada ciclo del voltaje le corresponde la mitad del voltaje de salida, es decir, en el osciloscopio se muestra que en cada pico de la señal del voltaje hay aproximadamente 12.7 voltios rms correspondientes a 9 voltios pico.
Fig. 2.
En la figura 2 se observa que las señales de salida están en contrafase 
Montaje 2
· Implementación de un circuito con el transformador 509, con diferentes cargas (200, 500, 800 mA).
· Halle los valores RMS, DC y Pico, analice su comportamiento.
· Calcule las potencias del primario y el secundario y evalúe la eficiencia del transformador para cada caso.
Se calcula el valor de la resistencia de carga de acuerdo a la corriente de carga
Carga de 200 mA:
Fig. 3.
Carga de 500 mA
Fig. 4.
Carga de 800 mA
Fig. 5.
Montaje 3
· Identifique mediante el multímetro, el ánodo y el cátodo de los diodos rectificadores (1N4004).
· Verifique el comportamiento del rectificador de media onda y observe, simultáneamente, la forma de onda y valores de entrada y salida del rectificador.
· Analizar el efecto de la carga sobre la forma de onda obtenida.
Para identificar el ánodo y el cátodo de un diodo, montamos en el simulador un circuito sencillo para verificar la polarización correcta que debe tener el diodo para conducir corriente. Esta polarización es en la que la corriente entra por el ánodo y sale por el cátodo, de lo contrario, estaría en polarización inversa y no habría conducción de corriente.
Fig. 6.
En la figura 6 se observa un circuito sencillo que consta de una batería conectada en serie con un diodo y una resistencia. El sentido de polarización del diodo en este caso es directa, por tanto hay conducción de corriente y se puede medir un voltaje en la resistencia de carga ligeramente menor que el voltaje de la batería ya que como es de esperar, en el diodo real, hay una pequeña caída de tensión del orden de 0.7 voltios y ésto lo asume el simulador para entregarnos datos más confiables a la hora de las mediciones. 
Se dice entonces que en este caso, la corriente entra por el ánodo y sale por el cátodo.
Fig. 7.
En la figura 7 se tiene la representación esquemática y real del diodo, así como sus partes. Obsérvese que el diodo real tiene una marcación en un extremo (línea gris) que nos indica el cátodo.
Fig. 8.
En la figura 8, el diodo está puesto de tal forma que no hay conducción de corriente, esto es, haciendo que la corriente fluya por el cátodo hacia el ánodo y por tanto no hay conducción ya que el diodo cuando se polariza a la inversa se comporta como un circuito abierto y por tanto no hay circulación de corriente a través de él y esto lo podemos corroborar con el amperímetro que marca 0 [A] y con el voltímetro que conectándolo al diodo marca el voltaje de la fuente. Como no hay circulación de corriente a través del diodo no hay caída de tensión en este.
Fig. 9.
En la figura 9 se observa la rectificación de media onda de una señal sinusoidal de entrada. Como se muestra en la figura sólo hay conducción en un semiciclo (en este caso el positivo) y por tanto en el semiciclo negativo no hay conducción. Es por esto que la señal de salida tiene la mitad de la frecuencia de la señal de entrada.
Fig. 10.
Fig. 11.
En las figuras 10 y 11 se observa los voltajes de entrada y a la salida del rectificador. Se identifica que a la entrada, el voltaje es pico y a la salida el multímetro marca un voltaje rms. En este último valor se tiene en cuenta la caída de tensión que hay en el diodo de aproximadamente 0.7 voltios. Haciendo la conversión del voltaje de la carga a valor pico y sumándole la caída de tensión en el diodo se obtiene aproximadamente el valor pico de la fuente.
Montaje 4
· Implementación de un circuito rectificador de onda completa, empleando 2 diodos.
a) Sin Carga.
A continuación, se plantea el circuito en el simulador Proteus:
Fig. 12
Las dos fuentes presentes en el circuito simulan las salidas de 9v del transformador 509, además de lo anterior las dos salidas de 9v están conectadas a tierra, por este motivo en la simulación se plantea el circuito con dos fuentes de voltaje independientes.
 
Fig. 13
En el osciloscopio se presentan 3 señales, la señal amarilla y la morada representa la señal de voltaje del primer y segundo transformador respectivamente.
De estas dos señales podemos observar que el voltaje pico es de 12.76 voltios y que tienen un desfase de 180 grados.
 La señal azul corresponde a la salida de los dos diodos, sin ninguna carga.
b) Con carga del orden de 200 mA o más.
· Observar la forma de onda y valores de entrada y salida del rectificador. Analizar el efecto de la carga sobre la forma de onda obtenida.
Si colocamos una carga con 200 mA de consumo tenemos el siguiente resultado:
Colocando una resistencia de 64 Ohms tenemos el siguiente resultado:
 
Fig 14
Fig 15
Si analizamos las formas de onda del rectificador de onda completa cuando tiene carga y cuando no tiene carga, podemos observar que a lo que respecta las ondas amarilla y morada no se encuentra ninguna variación, esto se debe a que son las causadas por las 2 fuentes de voltaje.
 Al observar la onda azul podemos observar que si se tiene un cambio considerable en la forma de onda y el voltaje, cuando no tenemos conectada una carga, su voltaje correspondea 1.40v pico, además de lo anterior la señal sigue actuando como una sinusoidal.
 Cuando se coloca la carga de 200 mA la forma de la onda se transforma en una onda completa con un rango de voltaje que varía de 4.7v a -7.2 voltios. Teniendo una caída de tensión que dura menos tiempo que el voltaje máximo positivo.
Preguntas de Análisis
1. Observe en el osciloscopio la forma de onda en la salida del rectificador, para cada uno de los montajes. ¿Es esta la esperada?, ¿Por qué?
En el montaje 3 que se ilustra en la figura 9 (solo hay una fuente), si se esperaba este resultado, pues teniendo en cuenta la funcionalidad del diodo, la corriente solo va a poder pasar en un sentido y esta depende de la orientación del diodo (cátodo y ánodo), esto genera que en la salida solo sobreviva la polaridad positiva o negativa. quedando como resultado una polarización y el resto del ciclo en cero.
En el montaje 4, de la figura 14, se tienen dos fuentes con igualdad magnitud pero en contrafase debido a que el tap está conectado a tierra, al estar las dos señales en contrafase y conectados a los diodos, se va a tener como resultado la unión de dos rectificadores de media onda y al sumarse se tiene el rectificador de onda completa donde la señal de salida va tener el doble que la de entrada.
2. ¿Se puede afirmar que el diodo en conducción es un cortocircuito?, ¿Por qué?
Se puede considerar que el diodo en polarización directa, es decir, que la corriente fluya del ánodo al cátodo, se comporta como un cortocircuito porque idealmente conduciría corriente infinita dada su poca resistividad. En cambio, tiene conducción nula (resistencia infinita) en caso contrario.
En la práctica no podemos obtener esos valores, pero sí se pueden restringir a valores máximos y mínimos de acuerdo al diodo que utilicemos. Por ejemplo, el diodo que utilizamos en esta práctica, el 1N4004, es de uso general con baja caída de tensión directa y alta capacidad de corriente de sobretensión, disipa 3w de energía, resiste un voltaje máximo de 480 voltios pico, tiene un voltaje de retroceso de 280 voltios rms, los cuales son valores muy elevados para los que se manejan es este tipo de montajes.
3. Observe qué pasa en la señal rectificada cuando se coloca la punta en CC y en CA. Explique.
Este modo del osciloscopio nos permite visualizar la señal de dos formas diferentes, la forma AC nos ubica la señal de tal forma que se sepa la diferencia de voltaje en su rango positivo y negativo.
 La forma DC traslada la señal al rango positivo del eje, esto nos permite con más claridad saber cuál es el voltaje máximo generado por la amplitud de la onda completa.
Las gráficas mostradas en el osciloscopio corresponden a la señal de salida del rectificador de onda completa conectado a la carga de 200mA.
 La señal en color amarillo es la señal vista en forma ac y la señal en azul corresponde a la misma señal vista en dc, la diferencia en las dos radica en que la señal de color azul se traslada toda al eje positivo del osciloscopio.
4. Observe las frecuencias (en el osciloscopio) para la señal sin rectificar y rectificada en media onda y onda completa. Explique.
Para la señal sin rectificar, la frecuencia es la misma tanto en el primario como en el secundario ya que el transformador no afecta la frecuencia. Cuando la señal del secundario se rectifica en media onda, la frecuencia se reduce a la mitad ya que el diodo sólo conduce en un semiciclo de la señal sinusoidal de entrada, en este semiciclo hay polarización directa del diodo, mientras que en el otro semiciclo está a la inversa y por tanto no conduce.
Cuando la rectificación es de onda completa, la frecuencia se duplica ya que para cada semiciclo hay un diodo que se polariza en directa y hay conducción, entonces la onda rectificada va a tener semiciclos consecutivos
Conclusiones
· Con el mismo transformador se pueden tener diferentes voltajes en el secundario, esto depende si se utiliza el tap central o se toman las salidas de fase.
· Con el rectificador de media onda solo se aprovecha la mitad de la señal inicial, pero sigue conservando su frecuencia.
· El rectificador de onda completa es la unión de dos rectificadores de media onda.
· En el rectificador de onda completa se aprovechan tanto la parte positiva como negativa de la señal de entrada, pero su señal de salida va a tener el doble de frecuencia que la inicial.
· Al usarse el diodo se debe tener en cuenta las caídas de voltaje que hay en estos elementos.