INFORME DE LABORATORIO N2
1. Simular un circuito de media onda sin filtro de las
siguientes caractersticas: Ventrada: 12V Frecuencia: 60Hz
Resistencia 20kPara la simulacin de este circuito necesitamos los
siguientes elementos mostrados en la figura 1. En dicha figura se
muestra un diodo genrico, una resistencia genrica y una fuente de
corriente alterna. Luego procedemos a armar el circuito como se ve
en la figura 2, poniendo un punto de tierra como referencia,
uniendo los elementos, colocando los valores correspondientes tanto
en voltaje y resistencia.
Figura 1. Elementos para simular
Figura 2. Circuito de media onda sin filtroEl circuito simulado
con su grfica respectiva se muestra en la figura 3, se ha dado un
tiempo de simulacin de 60ms, y de mxima amplitud de 12. Se muestra
una grfica donde solo se muestra la semionda positiva luego cuando
la fuente alterna est en la semionda negativa, en la grfica se
verifica una lnea constante, esto porque la resistencia solo puede
rectificar la parte positiva de la alterna, mientras que la parte
negativa la recibe el diodo.
Figura 3. Grfica simulada del circuito
2. Simular un circuito de onda completa con filtro de las
siguientes caractersticas: Ventrada: 12V Frecuencia: 60Hz
Resistencia: 10k Capacitancias: 10uF; 1nF; 220uFPara este circuito
como notamos en la figura 4 necesitaremos de los siguientes
elementos, que sern los mismos del ejercicio anterior pero con el
uso de 4 diodos para formar el puente de diodos, y una condensador
como filtro, en este ltimo caso necesitaremos de 3 capacitancias
diferentes para ver cmo influye la capacitancia en la grfica de
cada circuito, tenemos:
Figura 4. Elementos a utilizar en el circuito a simularSe tiene
que armar el circuito siguiendo la disposicin de los apuntes de
clase, es decir los 4 diodos se tienen que armar como un puente de
diodos, luego estos se ponen en paralelo con la carga y finalmente
la carga se pone en paralelo con el condensador.Circuito con una
capacitancia de 100uF
Figura 5. Circuito de onda completa con 100uF Se puede en la
figura 6, la grfica del circuito simulado, la grfica depende del
tiempo de simulacin, para este caso le hemos dado rangos de 0s a
200ms, se puede notar que el condensador funciona como filtro de la
seal sinusoidal, es decir se observa una lnea casi continua, pero
hay ciertas zonas donde se observan ondas, por lo tanto se
rectifica la onda completa, que es el propsito de utilizar un
condensador como filtro. Las ondas que se observan son debido a que
se produce el efecto de rizado que se da como consecuencia de
utilizar un rectificador, para ello el filtro que es el condensador
hace dicha funcin, y hace que se produzca dicho efecto.
Figura 6. Circuito de onda completa con 100uFCircuito con una
capacitancia de 1nFSe observa el circuito a simular, es idntico al
anterior solo cambia el valor de la capacitancia.
Se observa que el rizado no se da en cuanto a lo que esperamos,
esto porque la capacitancia es muy baja y no tiene tanto efecto
sobre la onda a rectificar. Notamos que acta en todas las ondas, es
decir tanto en la semionda positiva como en la negativa, el voltaje
del condensador ser casi igual al de la resistencia, pero actuar en
las semiondas negativas y positivas.Circuito con una capacitancia
de 220uFEn este circuito modificaremos el valor de la capacitancia
y lo cambiaremos por un valor de 220uF, este valor es mayor al de
los casos anteriores, se espera que el rizado sea mayor y ayude a
filtrar la onda sinusoidal y la vuelva casi continua.
Se puede observar un rizado ms constante que en los casos
anteriores, la onda se rectifica de manera tal que la seal de
rectifica porque la capacitancia es mayor y logra que la onda no
tenga tantos armnicos, por lo tanto la conclusin con respecto a
estos tres casos ser que a mayor capacitancia mayor capacidad de
rizado y por ende mayor rectificacin en la onda.
3. Simular un circuito de onda completa con Diodo Zener:
Ventrada: 12V Frecuencia: 60Hz Resistencia de proteccin: 1k
Resistencia de carga: 10kPara este caso se debe hacer uso de un
diodo zener, como sabemos un diodo zener est diseado para trabajar
inversamente, grficamente trabaja en la zona de ruptura, luego hace
uso de una resistencia de proteccin y su respectiva carga de
trabajo.El diodo zener, en nuestro ISIS Proteus, lo obtenemos
entrando a la barra de categoras, hacemos clic en DIODES luego
vamos a GENERIC y hacemos clic en DIODE ZEN automticamente,
aparecer el diodo zener en nuestra barra de trabajo, para su
respectivo uso.La resistencia de proteccin es la misma resitencia
de carga, pero con diferente valor de resistencia.
Al simular el circuito tenemos que insertar el diodo zener en
paralelo con el puente de diodos y la carga, la resistencia de
proteccin debe estar en serie con el diodo zener, el circuito
simulado queda de la siguiente manera:
La grfica respectiva de este circuito de onda completa es la
siguiente:
Notamos que no hay rizado debido a que no tenemos un condensador
para dicho fin, pero el diodo zener influye en cuanto a que el
periodo lo hace menor al de los anteriores circuitos, adems la
amplitud de la onda la disminuye.
4. Investigue el tipo de condensadores y si existe un valor
comercial para los circuitos realizados en el laboratorio.Se debe
considerar que los condensadores se compran por el cdigo que
poseen, en la siguiente tabla se muestra los valores comerciales de
los condensadores cermicos.FUENTE DE INVESTIGACIN:
[http://tecnicoreparacion.blogspot.com/2013/01/valores-comerciales-de-capacitores.html]
Como notamos el valor mximo en cuanto a la unidad de
MICROFARADIOS es 1uF, por lo que en el laboratorio hemos usado 10uF
y 220uF, estos valores no se encuentran dentro de los valores
comerciales.En cuanto al condensador de 1nF, tenemos dicho valor,
su cdigo es 102KAdems se debe tener en cuenta la tolerancia, como
se observa en la siguiente figura, se da una tabla de tolerancias,
para la letra K que es el cdigo de nuestro condensador la
tolerancia es de +- 10%.
Una solucin para utilizar valores en microfaradios, que nos
interesa bastante porque a mayor capacitancia mayor rizado y tendr
una funcin continua, es utilizar capacitores electrolticos, cuyos
valores los notamos en la siguiente figura:
En nuestro caso utilizaremos el de 220uF y el de 10uF, cuyos
valores se encuentran en la tabla, pero la nica condicin es que
tenemos que usar capacitores electrolticos, ms no condensadores de
cermicos.5. Qu ventajas o desventajas tiene cada circuito,
realizado en el laboratorio, en cuanto a aspectos fsicos, econmicos
y energticos.TIPO DE CIRCUITOASPECTO FSICOASPECTO ECONMICOASPECTO
ENERGTICO
MEDIA ONDA SIN FILTROSe debe configurar de manera tal que se
cumpla que el diodo y la carga estn en serie, la fuente debe
proporcionar corriente alterna, el diodo idealmente es de Silicio y
la carga de trabajo puede ser un equipo electrnico,
electrodomstico, o con fines de prctica una resistencia.En cuanto a
lo econmico, es muy barato, solo se necesita un diodo cuyo valor es
muy asequible para nosotros, y la carga de trabajo depende de
nosotros.Se produce una corriente de carga unidireccional, adems se
tiene una tensin continua pulsante que crece hasta un mximo,
decrece hasta cero y permanece en cero durante el semiciclo
negativo. ste no es el tipo de tensin continua que se necesita en
los equipos electrnicos. Por lo tanto es una gran desventaja en
cuanto a uso electrnico.
ONDA COMPLETA CON FILTROSe debe tener cuidado a la hora de
conectar el condensador y verificar su polaridad, debido a que
puede explotar. Por otro lado se debe armar correctamente el puente
de diodos en forma de rombo o tal como se muestra en el circuito
simulado, en cuanto a los condensadores las capacitancias varan con
el calor de cada uno.Se debe hacer uso de un puente de diodos que
consta de 4 diodos idealmente de Silicio, todos ellos econmicamente
aceptables, un condensador de la ms alta capacitancia, su precio
vara con dicho valor, a mayor capacitancia mayor ser su precio. Si
tenemos una carga muy til de un costo elevado, se hace uso de un
transformador que es muy caro y un regulador de voltaje, por lo que
el precio va dependiendo de la carga.Es equivalente a dos
rectificadores de media onda, transforma la tensin alterna de
entrada en una tensin de salida pulsante continua, se hace uso de
condensadores para tratar de rectificar la onda por medio del
rizado, es decir volverla continua que es muy til para los
electrodomsticos, a mayor capacitancia mayor capacidad de rizado y
por ende mayor continuidad.
ONDA COMPLETA CON ZENEREs un circuito fcil de armar, se pone el
diodo zener en paralelo con la carga, la resistencia de proteccin
en serie con la fuente y el diodo zener.Muy econmico respecto a los
dems, se compra la resistencia de proteccin, el diodo zener
asequible a nosotros, y se hace la respectiva unin de los
elementos.Debido a la resistencia de proteccin el diodo zener est
ms protegido cuando est en el semiciclo negativo, el diodo zener
trabaja en la zona de ruptura del diodo normal, sea se polariza
inversamente, por lo que es una ventaja en cuanto a que se protege
del voltaje negativo y lo puedo polarizar inversamente.
6. Conclusiones
El software ISIS PROTEUS, es una herramienta ms para nuestra
competitividad y uso en nuestra carrera, permite simular un
circuito antes de probarlo en la realidad, permite hacer
variaciones en los valores de las fuentes, resistores,
condensadores o cualquier elemento a simular. Podemos notar en el
circuito de onda completa con filtro que al utilizar mayor
capacitancia, es decir utilizar condensadores del orden de los
microfaradios, tendremos mayor capacidad de rizado, tener menos
armnicos, y tener una seal casi continua. Para efectos de nuestro
campo de trabajo, si queremos convertir una seal alterna, con
periodos positivos y negativos, una de las alternativas y la ms
eficiente es utilizar condensadores, dado que en la industria
tenemos artefactos que usan voltajes continuos de valores como por
ejemplo +12V, -12V, +5V, por lo tanto la solucin asequible es
utilizar un condensador ptimo para dicho fin. Los diodos al ser
utilizados en el rectificador cumplen una funcin relevante en
cuanto a que dejan fluir la corriente en un solo sentido y soportan
en el rectificador de media onda la parte negativa, dado que la
parte positiva la soporta el resistor, esto lo corroboramos en la
grfica del circuito de media onda sin filtro. Nosotros hemos
simulado con una carga de trabajo que es una resistencia de un
determinado valor en ohm pero en realidad la carga de trabajo es un
quipo electrodomstico, un equipo de un valor econmico alto y en
otros casos bajo, cualquiera que sea, se debe proteger a dicha
carga, por lo que el rectificar ms ptimo es el que usa un
transformador a la entrada, luego un puente de diodos, que sea un
rectificador de onda completa, tenga un rectificador de voltaje y
un condensador. El diodo zener al poder polarizarlo inversamente,
puede trabajar en la zona de ruptura del diodo normal por lo que se
le asigna adems una carga de proteccin para que pueda asumir el
voltaje cuando estemos en el semiciclo negativo, por lo que en la
grfica del rectificador de onda completa con zener notamos ondas en
el lado positivo asumidas por la carga de resistencia y el diodo
zener. Las grficas que nos muestra el software son ideales, son
grficas definidas por los parmetros del circuito, en la realidad
hay prdidas en los cables de conexin para los accesorios, fugas en
las resistencias, entre otros efectos.