Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Ingeniería electrónica y EléctricaInforme Previo 3 Laboratorio de Circuitos electrónicos I

CIRCUITOS MULTIPLICADORES DE TENSIÓN

CUESTIONARIO PREVIO

1. Definir los conceptos de rectificación, filtros y dobladores de tensión.

A. Rectificación

Circuito de rectificación de media onda: Es un circuito empleado para eliminar la parte negativa o positiva de una señal de corriente alterna de entrada (Vi) convirtiéndola en corriente directa de salida (Vo). Es el circuito más sencillo que puede construirse con un diodo.

Análisis del circuito con diodo ideal

Los diodos ideales, permiten el paso de toda la corriente en una única dirección, la correspondiente a la polarización directa, y no conducen cuando se polarizan inversamente. Además su voltaje es mayor a cero y la intensidad de la corriente puede fácilmente calcularse mediante la ley de Ohm:

𝑰=𝑽𝑶/𝑹𝑳Análisis del circuito con diodo real

Polarización directa (Vi > 0): En este caso, el diodo permite el paso de la corriente sin restricción, provocando una caída de potencial que suele ser de 0,7 V. Este voltaje de 0,7 V se debe a que usualmente se utilizan diodos de silicio. En el caso del germanio, que es el segundo más usado el voltaje es de 0,3 V.

𝑽𝑶 = 𝑉𝑖−𝑉𝐷 = 𝑽𝒊−𝟎.𝟕 𝑽Polarización inversa (Vi < 0): En este caso, el diodo no conduce, quedando el circuito abierto. La tensión de salida es nula, al igual que la intensidad de la corriente.

𝑽𝑶=𝟎 𝑰=𝟎

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Tensión rectificada

Como acabamos de ver, la curva de transferencia, que relaciona las tensiones de entrada y salida, tiene dos tramos: para tensiones de entrada negativas la tensión de salida es nula, mientras que para entradas positivas, la tensión se reduce en 0.7 V. El resultado es que en la carga se ha eliminado la parte negativa de la señal de entrada.

Circuito de rectificación de onda completa:

Con Transformador con Derivación Central

Este tipo de rectificador necesita un transformador con derivación central. La derivación central es una conexión adicional en el bobinado secundario del transformador, que divide la tensión (voltaje) en este bobinado en dos voltajes iguales. Esta conexión adicional se pone a tierra. Durante el semi ciclo positivo de la tensión en corriente alterna (Vin-rojo) el diodo D1 conduce. La corriente pasa por la parte superior del secundario del transformador, por el diodo D1 por RL y termina en tierra. El diodo D2 no conduce pues está polarizado en inversa. Durante el semi ciclo negativo (Vin-azul) el diodo D2 conduce. La corriente pasa por la parte inferior del secundario del transformador, por el diodo D2 por RL y termina en tierra. El diodo D1 no conduce pues está polarizador en inversa. Ambos ciclos del voltaje de entrada son aprovechados y el voltaje de salida se verá como en el siguiente gráfico:

La rectificación de onda completa aprovecha los 2 semi ciclos de la señal alterna.

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Tensión de Rizado: Si a RL se le pone en paralelo un condensador, el voltaje de salida se verá como en la siguiente figura:

A la variación del voltaje (Δv) en los terminales del condensador debido a la descarga de este en la resistencia de carga se le llama tensión de rizado. En cada semi ciclo el transformador entrega corriente (a través de los diodos D1 y D2) al condensador C y a la resistencia RL, Esto sucede mientras las ondas aumentan su valor hasta llegar a su valor pico (valor máximo), pero cuando este valor desciende es el condensador el que entrega la corriente a la carga (se descarga). Si el capacitor es grande significa menos rizado, pero aun cumpliéndose esta condición, el rizado podría ser grande si la resistencia de carga es muy pequeña (corriente en la carga es grande).

Nota: Hay que tomar en cuenta que el voltaje máximo que se podrá obtener dependerá del voltaje que haya entre uno de los terminales del secundario del transformador y el terminal de la derivación central.

Con Puentes de diodos

En este circuito el transformador es alimentado por una tensión en corriente alterna.

Los diodos D1 y D3 son polarizados en directo en el semi ciclo positivo y la corriente atraviesa la resistencia de carga RL, mientras que los diodos D2 y D4 son polarizados en sentido inverso.

(D1 y D3 conduciendo)

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El semi ciclo negativo, la polaridad del transformador es el inverso al caso anterior y los diodos D1 y D3 son polarizados en sentido inverso y D2 y D4 en sentido directo. La corriente como en el caso anterior también pasa por la carga RL en el mismo sentido que en el semi ciclo positivo.

(D2 y D4 conduciendo)

La salida tiene la forma de una onda rectificada completa, al igual que el circuito con derivación central. Esta salida es pulsante y para "aplanarla" se pone un condensador (capacitor) en paralelo con la carga. Este capacitor se carga a la tensión máxima y se descargará por RL mientras que la tensión de salida del secundario del transformador disminuye a cero voltios, y el ciclo se repite.

La presencia de un condensador mejora la salida del circuito rectificador.

B. Los filtros

Se basan en la propiedad de almacenamiento de energía que ofrecen los componentes reactivos, esto es, los condensadores y las bobinas. Los tipos más sencillos y utilizados son los siguientes:

Filtro con condensador: Este tipo de filtros tan solo precisa de la colocación de un condensador de gran capacidad entre el diodo (o diodos) encargado de rectificar la CA y la salida de la misma hacia la carga (o circuito) a alimentar (Rc).

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(El filtro a condensador aprovecha la carga y descarga del componente)

Debido a las constantes de tiempo asociadas a las resistencias a través de las que se realizan las secuencias sucesivas de carga y descarga del condensador se obtiene una salida de forma bastante más "plana" que la señal que obtenemos en la salida de una etapa rectificadora.

Filtro en pi: En la ilustración correspondiente podemos observar cómo se configura en la práctica un filtro de este tipo. Como vemos, la denominación "pi" se debe a la forma que se obtiene en el esquema que representa el citado filtro. La resistencia, junto al par de condensadores, muestra la mencionada "π".

Su funcionamiento intenta proteger al diodo D de los posibles picos de intensidad debidos a una carga excesivamente brusca. Ahora se vuelve a filtrar la resistencia R y el condensador C2 la señal obtenida ya en el tipo de filtro anterior, con lo que conseguimos atenuar aún más las oscilaciones de la tensión que llega a la carga (Rc).

C. Dobladores de tensión

Es un circuito electrónico que carga los condensadores de la tensión de entrada y los interruptores de los cargos de tal manera que, en el caso ideal, exactamente el doble que se produce la tensión en la salida como en su entrada.

El más simple de estos circuitos es una forma de rectificador que tienen un voltaje de corriente alterna como entrada y salida una tensión continua doble. Los elementos de conmutación son simples diodos y se ven obligados a cambiar el estado sólo por la tensión alterna de la entrada. DC a los dobladores de voltaje de DC no se puede cambiar de esta manera y requieren de un circuito de conducción para controlar la conmutación. Con frecuencia se requieren también un elemento de conmutación que se puede controlar directamente, como un transistor , en lugar de depender de la tensión en el conmutador como en el caso sencillo de CA a CC.

Los dobladores de voltaje de una gran variedad de multiplicador de tensión del circuito. Muchos (no todos) los circuitos doblador de tensión puede ser visto como una única

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etapa de un multiplicador de orden superior: en cascada etapas idénticas en conjunto logra una multiplicación de tensión mayor.

2. Realizar el análisis teórico de los circuitos mostrados.

Circuito 1

V1

1 V 1kHz 0Deg

D1

DIODE_VIRTUAL

D2

DIODE_VIRTUAL

C1100uF

C2470uF

R11kOhm

RL =1KΩ RL =10kΩ RL =220Ω

Vo (dc) 14.96 V 16.45 V 11.91 V

Vr 3 V 400 mV 6.20 V

Vc1 (dc) 7.13 V 8.20 V 4.776 V

Vc2 (dc) 7.84 V 8.24 V 7.17 V

Circuito 2

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RL =1KΩ RL =10kΩ RL =220Ω

Vo (dc) 21.92 V 23.70 V 17.57 V

Vr 1.6 V 800 mV 2.6 V

Vc1 (dc) 7.54 V 7.90 V 6.89 V

Vc2 (dc) 14.86 V 15.80 V 12.61 V

Vc3 (dc) 14.38 V 15.80 V 10.68 V