UNIVERSIDAD FERMÍN TORO

VICERECTORADO ACADÉMICO

DECANATO DE INGENIERIA

ESCUELA DE ELÉCTRICA

SEDE CABUDARE

Shearly Achji

Ricardo Ros

Lab. Electrónica I

Saia “A”

ACTIVIDADES DE PRE – LABORATORIO

RESOLUCIÓN

1) DEFINA RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA Y ONDA COMPLETA.

REALICE LOS DISEÑOS RESPECTIVOS.

RECTIFICADORES DE MEDIA ONDA:

En la figura 1 se representa esquemáticamente un rectificador de media onda en

el cual un diodo se interpone entre la fuente y la carga. Cuando la tensión vS de la

fuente es positiva, el sentido de la corriente es favorable y se produce la circulación, por

lo cual suponiendo el diodo ideal (y por lo tanto sin caída de tensión), será vL = vS.

Cuando, en cambio, vS < 0, el diodo no conduce y entonces vL = 0. Esto se ilustra en la

figura 2 para una típica señal senoidal. Se ha indicado tanto la tensión en la carga como

la corriente que circula por ella y por la fuente (la tensión y las corrientes en este caso

difieren únicamente en un factor de escala). Invirtiendo el diodo se logra una tensión

negativa.

Es interesante destacar que la tensión en la carga es unidireccional (positiva)

pero no continua (constante). Esta forma de onda no es la deseable para alimentar

dispositivos electrónicos, que generalmente requieren una alimentación constante. Este

problema se solucionará más adelante con el empleo de filtros.

RECTIFICADORES DE ONDA COMPLETA TIPO PUENTE:

El circuito rectificador de media onda tiene como ventaja su sencillez, pero

adolece de dos defectos:

I. No permite utilizar toda la energía disponible, ya que los semiciclos negativos

son desaprovechados.

II. En el caso típico en el que la fuente es el secundario de un transformador tiende

a producirse una magnetización del núcleo debido a que el campo magnético es

unidireccional. Esta magnetización se traduce en que la saturación magnética se

alcanza con valores menores de corriente, produciéndose deformaciones en la

onda. Estos inconvenientes se resuelven con los rectificadores de onda

completa. El primer ejemplo es el rectificador tipo puente, ilustrado en la figura

3.

Cuando vS > 0, los diodos D1 y D2 están polarizados en forma directa y por lo

tanto conducen, en tanto que D3 y D4 no conducen. Despreciando las caídas en los

diodos por ser éstos ideales, resulta vL = vS > 0. Cuando la fase de la entrada se

invierte, pasando a ser vS < 0, serán D3 y D4 quienes estarán en condiciones de

conducir, en tanto que D1 y D2 se cortarán. El resultado es que la fuente se encuentra

ahora aplicada a la carga en forma opuesta, de manera que vL = −vS > 0. Las formas de

onda de la entrada y la salida se muestran en la figura 4.

Puede verificarse que ahora se aprovecha la totalidad de la onda de entrada, y,

además, la corriente por la fuente ya no es unidireccional como la que circula por la

carga, evitando la magnetización del núcleo del transformador.

RECTIFICADORES DE ONDA COMPLETA CON PUNTO MEDIO:

Un inconveniente de los rectificadores tipo puente es que no existe una

referencia común de tensión (masa circuital) entre la fuente y la carga, resultando ambas

flotantes entre sí. Una manera de resolver esto es utilizar dos fuentes en contrafase en

lugar de una sola, y colocar en cada una de ellas un rectificador de media onda. Las

fuentes en contrafase se logran con un transformador cuyo secundario está dividido en

dos mitades, tomándose el punto medio como masa común, como se muestra en la

figura 5.

Cuando vS > 0, el diodo D1 conduce y D2 no, por lo tanto la tensión vS se aplica

directamente a la carga a través de D1 y vL = vS > 0. Cuando vS < 0, conduce D2, por lo

cual se aplica −vS a la carga, resultando vL = −vS > 0.

En este caso, por cada mitad del arrollamiento secundario circula corriente sólo

en una mitad del ciclo, pero lo hace en sentidos opuestos, y como ambos arrollamientos

rodean a un mismo núcleo y son simétricos, el núcleo recibe un campo magnético

alternativo que no produce magnetización neta permanente.

El punto medio del secundario puede utilizarse como masa circuital común entre

el secundario y la carga.

RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA CON FILTRO CAPACITIVO:

En la figura 6 se ilustra el circuito de un rectificador de media onda con filtro

capacitivo.

El capacitor y la resistencia configuran un filtro pasabajos. Sin embargo, debe

tenerse en cuenta que debido a la no linealidad del circuito que lo precede, el filtro no se

limita a mantener el valor de continua (valor medio) de la onda rectificada y rechazar

los armónicos.

Con referencia a la figura 7, supongamos que inicialmente el capacitor está

descargado. Mientras vS crece hacia valores positivos, el diodo se polarizará en forma

directa y por lo tanto conducirá. Dado que la resistencia de la fuente y la resistencia

dinámica del diodo se han considerado idealmente nulas, la tensión de salida (igual a la

caída en el paralelo RL//C) seguirá a la de la entrada. Este proceso continuará hasta el

momento t1 en que la tensión de entrada disminuya más rápidamente que la descarga de

C a través de RL, ya que en ese caso el diodo pasará a estar polarizado inversamente y

dejará de conducir. A partir de ese momento la tensión de salida se desvincula de la de

la entrada, siguiendo la evolución exponencial de la descarga del capacitor a través de la

resistencia de carga. Mientras tanto, la entrada continuará con su variación senoidal, se

hará negativa y luego volverá a ser positiva. En un instante t2 la caída exponencial de la

salida se cruzará con el ascenso senoidal de la entrada, y a partir de entonces el diodo

volverá a conducir, repitiéndose el proceso anterior. Obsérvese que el diodo conduce

sólo durante una fracción del período, por lo cual tanto su corriente de pico Ip como su

corriente eficaz Irms pueden llegar a ser varias veces superiores a la corriente media,

Imed. lo cual en general implica sobredimensionar los diodos.

Puede sorprender el hecho de que la corriente eficaz por el diodo sea mayor que

la corriente eficaz por la carga (que para un rectificador con bajo ripple es

aproximadamente igual a la corriente media). Esto se debe a que la fuente no está

cargada siempre con la misma resistencia, a diferencia del rectificador completo

incluido el capacitor, que está cargado con RL. Por eso, a pesar de que la fuente entrega

a través del diodo la misma potencia media que termina recibiendo la resistencia de

carga, su corriente eficaz es mayor.

En el análisis del funcionamiento de este rectificador con filtro no nos detuvimos

en la influencia de la constante de tiempo τ = RLC, cuestión que trataremos ahora.

Evidentemente, cuanto mayor sea τ, más lenta será la caída durante el intervalo de corte

del diodo, lo cual significa que el valor alcanzado en el instante t2 será más alto,

aproximándose, para τ >> T, al valor de pico Vp. Esta situación se ilustra en la figura 8.

Lo anterior tiene varias consecuencias. En primer lugar, el ripple disminuye y la

tensión media en la carga se aproxima a la tensión de pico. En segundo lugar, tanto t1

como t2 se aproximan a los instantes donde hay picos, lo cual reduce el tiempo de

conducción del diodo e incrementa su corriente eficaz y su corriente de pico, lo cual

exige cuidado en el dimensionamiento del diodo para evitar su destrucción térmica. Por

último, permite aproximar la caída por un segmento de recta, lo cual facilita el

tratamiento analítico simplificado.

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON FILTRO CAPACITIVO:

En la figura 10 se ilustra el circuito de un rectificador de onda completa con

filtro capacitivo.

El funcionamiento de este circuito, ilustrado en la figura 11, es enteramente

similar al de media onda, con la única diferencia de que la caída exponencial (o su

aproximación lineal) se encuentra con el pico negativo rectificado, en lugar de con el

siguiente pico positivo.

Todas las conclusiones correspondientes al rectificador de media onda con filtro

son cualitativamente aplicables a este caso, cambiando sólo las fórmulas. Puede

observarse por simple inspección que para una misma constante de tiempo (compárese

con la figura 7) el ripple disminuye y el valor medio aumenta. En este caso el valor de t1

responde a la misma fórmula.

2) MENCIONE LAS CARACTERÍSTICAS DE UN DIODO ZÉNER.

El diodo Zéner es un tipo especial de diodo, que siempre se utiliza polarizado

inversamente. Recordar que los diodos comunes, como el diodo rectificador (en donde

se aprovechan sus características de polarización directa y polarización inversa),

conducen siempre en el sentido de la flecha.

En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el diodo. Si

el diodo Zéner se polariza en sentido directo se comporta como un

diodo rectificador común. Cuando el diodo Zéner funciona polarizado inversamente

mantiene entre sus terminales un voltaje constante.

En el gráfico se ve el símbolo de diodo Zéner (A - ánodo, K - cátodo) y el

sentido de la corriente para que funcione en la zona operativa.

Se analizará el diodo Zéner, no como un elemento ideal, si no como un elemento

real y se debe tomar en cuenta que cuando éste se polariza en modo inverso

si existe una corriente que circula en sentido contrario a la flecha del diodo, pero de

muy poco valor.

3) DIBUJE LA CURVA CARACTERÍSTICA DE UN DIODO ZÉNER.

Analizando la curva del diodo Zéner se ve que conforme se va aumentando

negativamente el voltaje aplicado al diodo, la corriente que pasa por el aumenta muy

poco.

Pero una vez que se llega a un determinado voltaje, llamada voltaje o tensión

de Zéner (Vz), el aumento del voltaje (siempre negativamente) es muy pequeño,

pudiendo considerarse constante.

Para este voltaje, la corriente que atraviesa el diodo Zéner, puede variar en un

gran rango de valores. A esta región se le llama la zona operativa. Esta es la

característica del diodo Zéner que se aprovecha para que funcione como regulador de

voltaje, pues el voltaje se mantiene prácticamente constante para una gran variación

de corriente.

4) EXPLIQUE EL FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO DE LA FIGURA

1.

Aquí el diodo está polarizado en inverso. Con este circuito obtendremos datos

para graficar la curva en el tercer cuadrante. Debemos calcular el valor del resistor R.

Este resistor determina la máxima corriente que soporta el Zéner sin dañarse por exceso

de consumo de potencia. Entonces la máxima corriente viene dada por:

Izmax = Pzener / Vz

Para no quemar el Zéner vamos a trabajarlo, por ejemplo, al 70% de su potencia

máxima. Entonces calculamos la nueva Iz. Por ley de voltajes, despejamos el valor de R

del circuito dado en función de las tensiones y en función de la corriente que absorbe el

Zéner.

Usando el simulador Proteus se obtuvieron las siguientes tablas:

Vcc 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Iz

(mA)

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,3mA 2,2mA

Vz

(Vol)

0 500mV 1V 1,5V 2V 2,5V 3V 3,5V 4V 4,5V 4,98V

5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10

6,13

mA

13

mA

20

mA

27

mA

34,1

mA

41,2

mA

48,2

mA

50,3

mA

62,4

mA

69,5

mA

5,07V 5,09V 5,10V 5,11V 5,11V 5,12V 5,12V 5,13V 5,13V 5,13V

Ahora invertimos el diodo. Significa que está polarizado en directo, los datos a

leer estarán en el primer cuadrante. Utilizamos la misma R del montaje anterior, pero

ojo, Vcc no puede pasar de 5V porque es muy probable que se queme algún

componente por exceso de corriente.

Al averiguar que componente se quemaría, se lleno la siguiente tabla:

Vcc 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Iz (mA) 0 8,20

mA

4,81

mA

11,6

mA

18,6

mA

25,6

mA

32,7

mA

34,7

mA

46,8

mA

53,9

mA

61mA

Vz(Vol) 0 -499

mV

-663

mV

-687

mV

-698

mV

-707

mV

-712

mV

-718

mV

-723

mV

-726

mV

-729

mV

En 13V se quemó la resistencia.

En la primera tabla podemos observar como el voltaje después de superar el

valor del diodo se fue manteniendo mientras que la corriente se iba incrementando

infinitamente, mientras Vz se mantiene constante.

Y ahora, en la segunda tabla vemos como se quemó la resistencia debido a que

la corriente fue creciendo exponencialmente y también su potencia, haciendo que se

quemara la resistencia. Esto sucedió, debido a que la tensión se hizo lo suficientemente

grande por lo que alcanza un punto en que la corriente crece muy rápidamente con un

pequeño aumento de tensión.

5) DEFINA REGULADOR ZÉNER E INDIQUE LAS ECUACIONES DE

DISEÑO DE REGULADORES.

Un regulador con diodo Zéner ideal mantiene un voltaje predeterminado fijo a su

salida, sin importar las variaciones de voltaje en la fuente de alimentación y/o las

variaciones de corriente en la carga.

NOTA: En las fuentes de voltaje ideales (algunas utilizan, entre otros elementos

el diodo Zéner), el voltaje de salida no varía conforme varía la carga. Pero las fuentes no

son ideales y lo normal es que el voltaje de salida disminuya conforme la carga va

aumentado, o sea conforme la demanda de corriente de la carga aumente

PASOS PARA EL DISEÑO DE UN REGULADOR ZÉNER

A) Se calcula la resistencia de entrada del regulador Ri.

Se puede utilizar una de 2 condiciones:

CONDICIÓN 1: Ri = (Vsmin – Vz ) / (Ilmax + Izmin).

CONDICIÓN 2: Ri = (Vsmax – Vz ) / (Ilmin + Izmax).

B) Se determina el valor de Izmax y Izmin.

Izmin = 0.1 * Izmax (es decir, el 10 % de Iz max).

Izmax (máxima corriente del zener).

Izmin (mínima corriente del zener).

C) Se diseña el regulador. (comparar con la información del Savant, diseño

electrónico). Rs = Ri

Para este diseño debe conocerse como dato de entrada Vsmax y Vsmin, es decir

el rango de voltaje que manejara el regulador. De igual manera la corriente de carga

máxima y mínima (IL).

La potencia del regulador es: PZ = VZ * IZMAX. Y la de la resistencia de

entrada Ri es PR = Izmax + Izmin * (Vsmax – Vz).

6) ¿A QUÉ DENOMINAMOS RMAX Y RMIN EN UN REGULADOR

ZENER?

Rmax = Es el valor máximo de la resistencia limitadora.

Rmin = Es el valor mínimo de la resistencia limitadora.