Laboratório de Circuitos Eletrônicos

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERIA ELECTRICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS 1
 	
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN
Facultad De Ingeniería De Producción Y Servicios
Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica
Curso: Laboratorio 3 De Circuitos Electrónico 
Rectificadores 
Alumno: Barriga Gutiérrez Bryan Junior
Arequipa– 2019
EXPERIENCIA Nª 03 
APLICACIONES CON DIODOS - RECTIFICADORES
I.- OBJETIVO:
 
Realizar mediciones de variables eléctricas en circuitos básicos y visualizar las aplicaciones generales utilizando diodos semiconductores.
II.- INTRODUCCION TEORICA:
Los diodos son dispositivos semiconductores que permiten hacer fluir la electricidad solo en un sentido. La flecha del símbolo del diodo muestra la dirección en la cual puede fluir la corriente. Los diodos son la versión eléctrica de la válvula o tubo de vacío y al principio los diodos fueron llamados realmente válvulas.
Caída de tensión en directa. Curva característica 
La electricidad utiliza una pequeña energía para poder pasar a través del diodo, de forma similar a como una persona empuja una puerta venciendo un muelle. Esto significa que hay un pequeño voltaje a través de un diodo conduciendo, este voltaje es llamado caída de voltaje o tensión en directa y es de unos 0,7 V para todos los diodos normales fabricados de silicio. La caída de voltaje en directa de un diodo es casi constante cualquiera que sea la corriente que pase a través de él por lo que tiene una característica muy pronunciada (gráfica corriente-voltaje). 
Tensión inversa Cuando una tensión o voltaje inverso es aplicado sobre un diodo ideal, este no conduce corriente, pero todos los diodos reales presentan una fuga de corriente muy pequeña de unos pocos µA (10-6 A) o menos. Esto puede ignorarse o despreciarse en la mayoría de los circuitos porque será mucho más pequeña que la corriente que fluye en sentido directo. Sin embargo, todos los diodos tienen un máximo voltaje o tensión inversa (usualmente 50 V o más) y si esta se excede el diodo fallará y dejará pasar una gran corriente en dirección inversa, esto es llamado ruptura. Los diodos ordinarios pueden clasificarse dentro de dos tipos: – diodos de señal los cuales dejan pasar pequeñas corrientes de 100 mA o menos, y – diodos rectificadores los cuales dejan pasar grandes corrientes Además hay diodos LED (light emitter diode: diodo emisor de luz) y diodos zener, estos últimos suelen funcionar con tensión inversa y permiten regular y estabilizar el voltaje. 
Conexión y soldadura Los diodos deben conectarse de la forma correcta, el diagrama puede ser etiquetado como (+) para el ánodo y (–) para el cátodo. El cátodo es marcado por una línea pintada sobre el cuerpo del diodo. ¡Los diodos están rotulados con su código en una pequeña impresión, puede que necesites una lupa potente para leer esta etiqueta sobre diodos de pequeña señal! Los diodos de pequeña señal pueden dañarse por calentamiento cuando se suelden, pero el riesgo es pequeño a menos que estés usando un diodo de germanio (su código comienza con OA...) en cuyo caso deberías usar un disipador de calor enganchado al terminal entre la unión y el cuerpo del diodo. Un simple terminal metálico de tipo cocodrilo puede ser usado como disipador de calor. a: ánodo k: cátodo Los diodos rectificadores son bastante más robustos y no es necesario tomar precauciones especiales para soldarlos.
MARCO TEÓRICO ADICIONAL 
Un rectificador es el dispositivo electrónico que permite convertir la corriente alterna en corriente continua.1​ Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio (actualmente en desuso).
Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que emplean, se les clasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una fase de la red eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases.
Atendiendo al tipo de rectificación, pueden ser de media onda, cuando solo se utiliza uno de los semiciclos de la corriente, o de onda completa, donde ambos semiciclos son aprovechados.
El tipo más básico de rectificador es el rectificador monofásico de media onda, constituido por un único diodo entre la fuente de alimentación alterna y la carga.
Bobina monofásica no controlada
La rectificación no controlada requiere un estudio previo de las necesidades, ya que el circuito rectificador tan solo funcionará de la forma correcta si todas las condiciones de contorno con las que se ha realizado el cálculo se cumplen. Es decir, tanto la tensión de entrada como la carga RL han de ser las especificadas.
Circuitos rectificadores de media onda
Es construido con un diodo ya que este puede mantener el flujo de corriente en una sola dirección, se puede utilizar para cambiar una señal de CA a una de CC. En la figura I. se muestra un circuito rectificador de media onda. Cuando la tensión de entrada es positiva, el diodo se polariza en directo y se puede sustituir por un corto circuito. Si la tensión de entrada es negativa el diodo se polariza en inverso y se puede remplazar por un circuito abierto. Por tanto, cuando el diodo se polariza en directo, la tensión de salida a través de la carga se puede hallar por medio de la relación de un divisor de tensión. Sabemos además que el diodo requiere 0.7 voltios para polarizarse, así que la tensión de salida está reducida en esta cantidad (este voltaje depende del material de la juntura del diodo). Cuando la polarización es inversa, la corriente es cero, de manera que la tensión de salida también es cero. Este rectificador no es muy eficiente debido a que durante la mitad de cada ciclo la entrada se bloquea completamente desde la salida, perdiendo así la mitad de la tensión de alimentación. El voltaje de salida en este tipo de rectificador es aproximadamente 0.45 veces el voltaje eficaz de la señal de entrada (este 0.45 surge de calcular
La forma de onda que observamos a la salida se muestra en la figura I.
Circuitos rectificadores de onda completa
Un rectificador de onda completa convierte la totalidad de la forma de onda de entrada en una polaridad constante (positiva o negativa) en la salida, mediante la inversión de las porciones (semiciclos) negativas (o positivas) de la forma de onda de entrada. Las porciones positivas (o negativas) se combinan con las inversas de las negativas (positivas) para producir una forma de onda parcialmente positiva (negativa).
Rectificador de onda completa mediante dos diodos con transformador de punto medio
El transformador convierte la tensión alterna de entrada en otra tensión alterna del valor deseado, esta tensión es rectificada durante el primer semiciclo por el diodo D1 y durante el segundo semiciclo por el diodo D2, de forma que a la carga R le llega una tensión continua pulsante muy impura ya que no está filtrada ni estabilizada.
En este circuito tomamos el valor de potencial 0 en la toma intermedia del transformador.
Rectificador de onda completa tipo puente doble de Graetz
Se trata de un rectificador de onda completa en el que, a diferencia del anterior, sólo es necesario utilizar transformador si la tensión de salida debe tener un valor distinto de la tensión de entrada.
A fin de facilitar la explicación del funcionamiento de este circuito vamos a denominar D-1 al diodo situado más arriba y D-2, D-3 y D-4 a los siguientes en orden descendente.
Durante el semiciclo en que el punto superior del secundario del transformador es positivo con respecto al inferior de dicho secundario, la corriente circula a través del camino siguiente:
Punto superior del secundario --> Diodo D-1 --> (+)Resistencia de carga R(-) --> Diodo D-4 --> punto inferior del secundario.
En el semiciclo siguiente, cuando el punto superior del secundario es negativo y el inferior positivo lo hará por:
Punto inferior del secundario --> Diodo D-2 --> (+)Resistencia de carga R (-)--> Diodo D-3 --> punto superior del secundario.
En este caso, vemos como circula corriente por la carga, en el mismo sentido, en los dos semiciclos, con lo que se aprovechan ambos y se obtiene una corriente rectificada más uniforme que en el caso del rectificador de media onda, donde durante un semiciclo se interrumpe la circulación de corriente por la carga.
En ambos tipos de rectificadores de onda completa, la forma de onda de la corriente rectificada de salida, será la de una corriente continua pulsatoria, pero con una frecuencia de pulso doble de la corriente alterna de alimentación.
Filtrado
Como se puede apreciar en las Figuras 2 y 3 la corriente obtenida en la salida de los rectificadores no es propiamente continua y dista mucho de ser aceptablemente constante, lo que la inutilizaría para la mayoría de las aplicaciones electrónicas.
Para evitar este inconveniente se procede a un filtrado para eliminar el rizado de la señal pulsante rectificada. Esto se realiza mediante filtros RC (resistencia-capacitancia) o LC (inductancia-capacitancia), obteniéndose finalmente a la salida una corriente continua con un rizado que depende del filtro y la carga, de modo que sin carga alguna, no existe rizado. Debe notarse que este filtro no es lineal, por la existencia de los diodos que cargan rápidamente los condensadores, los cuales a su vez, se descargan lentamente a través de la carga.
La tensión de rizado (Vr) será mucho menor que V si la constante de tiempo del condensador R·C es mucho mayor que el período de la señal. Entonces consideraremos la pendiente de descarga lineal y, por tanto, Vr = Vpico·T / (R·C) Siendo R·C la cte de tiempo del condensador, T el período de la señal y Vpico la tensión de pico de la señal.
Rectificación monofásica controlada
Es un tipo de regulación mucho más complicada de implementar, pero proporciona un control total de la carga. El esquema de este tipo de rectificadores sería como el de los anteriormente expuestos, añadiendo entre la carga y la salida rectificada, de forma conceptual, un interruptor. Este 'interruptor' denominados tiristores (SCR) permitiría cortar el paso de la señal dentro de un ángulo correspondiente entre 0 y 180 grados de la onda Senoidal, permitiendo un control de potencia dentro de esos ángulos de disparo.
Cabe añadir que la complejidad reside en el diseño del sistema de control, donde el 'interruptor' conceptual ha de ser sustituido por un circuito tan complicado como requiera el dispositivo.
Rectificador Síncrono (o sincrónico)
Hay aplicaciones en las que la caída de tensión directa en los diodos (VF) causa que tengan una baja eficiencia, como el caso de algunos convertidores DC-DC. Un rectificador síncrono sustituye los diodos por transistores MOSFET, gobernados por un circuito de control que los corta cuando la tensión entra en su ciclo negativo. Esta técnica tiene tres ventajas frente a los diodos:
No existe VF en un MOSFET. Éste se comporta como una resistencia (RON) de modo que conduce con cualquier valor de tensión (V>0), mientras que un diodo necesita V>VF, lo que es de suma importancia en circuitos alimentados a muy baja tensión.
III.- ELEMENTOS A UTILIZAR:
1 Multímetro 
1 Fuente de alimentación de CD 
1 Generador de señales 
1 Osciloscopio de 2 canales 
2 Diodo rectificador 1N4001 o equivalente 
1 Diodo Led color rojo 
1 Diodo Led color verde 
1 Puente de diodos a 1 Amp. 
1 Transformador con derivación central y salida de 12V a 500 mA 
1 Capacitor electrolítico de 1 μF a 25 V 
1 Capacitor electrolítico de 4.7 μF a 25 V 
1 Capacitor electrolítico de 220 μF a 25 V 
1 Capacitor electrolítico de 1000 μF a 25 V 
5 Resistores de 10 kΩ a ½ W 
1 Resistor de 220Ω a ½ W 
1 Resistor de 18Ω a ½ W 
1 Potenciómetro de 5kΩ 
1 Regulador de voltaje fijo LM7805 
1 Regulador de voltaje variable LM317 
NOTA: Se incluyen las hojas de datos de los dispositivos electrónicos a utilizarse en esta práctica. Lea cuidadosamente estas características para el adecuado manejo de estos dispositivos.
IV.- PROCEDIMIENTO
Paso 1. Identificación de las terminales del diodo. Con la ayuda de un multímetro en la opción de probador de diodos, conecte al diodo las puntas de prueba como se muestra a continuación e identifique las terminales de ánodo y cátodo. Anote sus conclusiones.
Paso 2. Medición de voltaje umbral de distintos diodos. Realizando el mismo procedimiento del punto anterior, llene la siguiente tabla con los voltajes umbrales medidos para diferentes tipos de diodos.
	TIPO DE DIODO
	VOLTAJE UMBRAL
	Diodo de Silicio 1N4001
	450,994 mV
	Diodo de Germanio NTE109
	0,3 V
	Diodo led rojo
	1,6 V a 1,9 V
	Diodo led verde
	2,4 V
Paso 3. Curva característica del diodo. Arme el siguiente circuito para visualizar la curva característica de un diodo semiconductor. Alimente el circuito con una señal senoidal con amplitud pico de 10 volts y frecuencia de 1 kHz.
(a) Utilice el osciloscopio en modo X-Y para visualizar los resultados y dibuje las formas de onda resultante.
Invierta el canal 2.
Utilice un diodo de silicio.
Comentario: En la gráfica característica del diodo podemos ver cómo funciona un diodo tanto en inversa como en directa la parte negativa seria la inversa donde no permite el paso del voltaje a menos que llegue al punto de ruptura, pero en ese caso el diodo se puede malograr y no funcionar correctamente, ahora en la parte positiva el diodo esta en directa vemos como rápidamente el diodo empieza a conducir en un aproximado de 0,7v en caso que sea de silicio.
Comentario: En el circuito podemos ver un diodo conectado en directa, donde hace una rectificación de media onda en el ciclo positivo ya que en este ciclo permite el paso de la corriente, mientras que en el negativo no permite este paso es por eso que corta la parte de esa onda y deja la onda senoidal como vemos en la figura.
En la imagen vemos como está rectificando media onda
Juntando las señales
|Al juntar la onda de entrada con la rectificada observamos la rectificación de la onda positiva
Paso 4. Circuitos Recortadores. Arme cada uno de los siguientes circuitos y dibuje los oscilogramas correspondientes. Utilice como entrada una señal triangular de 10 Vpp a 1 kHz del generador de señales. 
Rectificación de media onda, diodo en directa, vemos la corriente ingresa directamente por el diodo permitiendo que pase la parte positiva en la parte negativa el diodo trabaja de inversa esto hace que el diodo funcione como circuito abierto no permitiendo el paso de la corriente es que la onda negativa la corta
 
Vemos como el diodo está trabajando en inversa entonces vemos la rectificación de la parte negativa
 
La señal botada en el osciloscopio en forma directa vemos que en la parte positiva hay una caída de tensión de 0,7v y en la parte negativa fuera como circuito abierto es por eso que toma la parte de la onda negativa
 
En la parte positiva se toma toda la onda en la parte negativa el diodo la corriente pasa y en el diodo hay una caída de tensión de 0.7v en caso que sea de silicio.
Paso 5. Circuitos rectificadores.
 5.1 Rectificador de media onda. Arme los siguientes circuitos rectificadores de media onda y grafique sus resultados. Utilice una señal senoidal con amplitud de 6 volts y frecuencia de 1 kHz.
	
	
En este caso cambiamos la salida mandando al común del generador de señales esto hace que el voltaje cambie y vemos como el voltaje baja. Antes el pico era 10v ahora es 5v aproximadamente.
En este caso cambiamos la salida mandando al común del generador de señales esto hace que el voltaje cambie y vemos como el voltaje baja. Antes el pico era 10v ahora es 5v aproximadamente, vemos la gráfica en forma inversa del diodo
5.2.	Rectificadores de onda completa.
Arme los siguientes circuitos rectificadores de onda completa y grafique las señales resultantes. Utilice el transformador de 12 Vrms a 500 mA conectado a la línea de alimentación.
En este caso vemos una rectificación de onda completa con dos diodos, pero con un trasformador depunto medio esto permite que se pueda rectificar la onda completa, ya que el punto medio hay la mitad del voltaje del transformador. En diodos conectados en directa.
En este caso vemos una rectificación de onda completa con dos diodos, pero con un trasformador de punto medio esto permite que se pueda rectificar la onda completa, ya que el punto medio hay la mitad del voltaje del transformador. En diodos conectados en inversa.
 
En este caso vemos una rectificación de onda completa con cuatro diodos, en el caso que nuestro transformador no tenga punto medio se usa 4 como vemos en la imagen para rectificar toda la onda.
5.3 Rectificador con filtro capacitivo.
Al circuito rectificador de onda completa conecte un capacitor en paralelo al resistor de carga. Dibuje las señales de salida. Utilice 3 valores de capacitores diferentes, 4.7 μF, 220 μF y 1000 μF. El resistor será de 10 kΩ.
El condensador en la carga vemos como la onda quiere usar los valores máximos de la onda.
Al ser el condensador de mayor valor vemos como la rectificación trata de hacerlo más recto usando su valor máximo.
Mientras más alto sea el valor del capacitador mejor se estabiliza la onda tratando de llegar a ser una línea.
IV.- OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
Observaciones 
· Elegir para cada conexión el cable más adecuado: aquel que no sea mucho más largo de lo que se necesita.
· Marcar las conexiones sobre el esquema como ya realizadas a medida que se vayan realizando. De este modo no se olvidará ninguna.
· Utilizar para alimentar la placa de prototipos los cables rojos y negros que son más largos. Esto permitirá separar lo suficiente las pinzas de alimentación de forma que sea más difícil que se cortocircuiten.
· Antes de conectar la alimentación del circuito, comprobar que los integrados tienen correctamente conectados los terminales de alimentación y que el circuito se encuentra correctamente montado.
· Probar el circuito comenzando por las partes funcionales pequeñas e ir añadiendo nuevos bloques una vez que se haya comprobado el funcionamiento del bloque anterior. Esto facilitará la detección y solución de posibles errores de montaje.
Conclusiones
· Mediante esta práctica observamos los efectos de diferentes tipos de rectificadores de onda (media y completa onda) con diferentes componentes y circuitos.
· Siempre se debe de usar un rectificador de onda completa ya que nos permite obtener un mejor Vrms y además con puente de diodos nos permite tomar 2 rangos de voltaje gracias a la arquitectura del transformador.
· Siempre se debe Verificar el uso del Transformador ya que en nuestro caso el Voltaje de transformación no era el requerido por lo que los cálculos no se vuelen ideales.
· El voltaje que observamos en la onda que nos da el osciloscopio es el voltaje eficaz adecuado a nuestra escala.
· Para obtener el voltaje pico debemos multiplicar el voltaje eficaz por √2.
· Debemos asegurarnos de que nuestro transformador reduzca al voltaje requerido ya que si no nos damos cuenta se pueden alterar nuestros cálculos y no coincidir con los datos teóricos.
· Al analizar la curva del circuito en el osciloscopio pudimos observar que existe ruido en las conexiones las cuales no permiten tener una gráfica de onda perfecta.
· Es necesario tener un transformador de buena calidad ya que si no el voltaje de salida puede tener un alto grado de error.
· En esta práctica nos dimos cuenta que la parte práctica y la simulación coincidían bastante en valores y resultados.
V. BIBLIOGRAFIA
· http://www.forosdeelectronica.com/tutoriales/rectificadores.htm
· b) http://paginas.fisica.uson.mx/horacio.munguia/aula_virtual/Cursos/Instrumentacion%      20I/Documentos/Circuitos_Rectificadores.pdf
· http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador
Boylestad, R. y Nashelsky L. (2009). Electrónica, Teoría de circuitos (8ª Ed.). México. Pearson Educación.
Malvino, A. (2007). Principios de electrónica (7ª Ed.). México. Mc Graw HillBoylestad 
Robert L., Nashelsky Louis (2009) Electrónica Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos, México, Décima edición, Editorial Prentice Hall.