Practica 1: Fuente de alimentación Objetivo: El alumno repasará el uso de algunos componentes electrónicos pasivos como resistencias, capacitores y transformadores. De igual manera aplicará los conocimientos aprendidos sobre los diversos tipos de diodos en un circuito rectificador de media onda, onda completa y la regulación de voltaje. En el caso de los elementos pasivos se hará cierto recordatorio en la parte teórica ya que el aprendizaje de estos elementos se realizó en un curso anterior. Los elementos pasivos, por el contrario, se están viendo en clase recientemente. Introducción: En esta práctica el alumno ensamblará una fuente de voltaje de CC (corriente continua, también conocida como CD o corriente directa). Esta fuente se podrá conectar a una toma de pared de 127 V CA (corriente alterna) como la que proporciona la toma de pared doméstica. Esta fuente podrá ser empleada por el alumno como alimentación de los circuitos para varias (la mayoría) de las prácticas siguientes en este curso. El alumno será capaz de diseñar fuentes con salidas de diversos voltajes y tendrá la opción de ensamblarla si así lo desea. 1 El transformador El primer elemento sobre el que repasaremos es el transformador de corriente alterna. Como recordará, el transformador de corriente es un componente eléctrico pasivo conformado por dos bobinas aisladas entorno a un núcleo de material ferromagnético. Una de las bobinas es llamada primario, normalmente aquella conectada a la fuente de alimentación de CA, y la otra llamada secundario, normalmente conectada como alimentación de nuestros circuitos. Por medio de la interacción de campos magnéticos, debidos a la variación de corriente, la bobina del primario inducirá una corriente en la bobina del secundario y por ende será posible detectar una tensión en las terminales de dicha bobina del secundario y una corriente al colocar una resistencia de carga entre ellas. Es muy importante destacar dos características definitorias en el comportamiento del transformador. En primer lugar, por el principio de conservación de la energía, idealmente la potencia de entrada al transformador es igual a la potencia de salida, es decir, la potencia en la bobina del primario es igual a la potencia en la bobina del secundario: (1) Siendo la potencia P el producto de la tensión E en voltios por la corriente I en amperios, estos valores son RMS 1 , recordando que tratamos con corriente alterna. Por lo que (2) 1 El valor RMS es una medida de la energía promedio de una señal en un intervalo de tiempo en el apéndice encontrará la manera de calcular este valor para una señal.
pRACTICA QUE EXPLICA EL FUNCIONAMIENTO DE ALGUNOS COMPONENTES PASIVOS Y ACTIVOS EN EL DESARROLLO DE UNA FYENTE DE MULTIPLES VOLTAJES
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Practica 1: Fuente de alimentación
Objetivo: El alumno repasará el uso de algunos componentes electrónicos pasivos como resistencias,
capacitores y transformadores. De igual manera aplicará los conocimientos aprendidos sobre los diversos
tipos de diodos en un circuito rectificador de media onda, onda completa y la regulación de voltaje.
En el caso de los elementos pasivos se hará cierto recordatorio en la parte teórica ya que el aprendizaje de
estos elementos se realizó en un curso anterior. Los elementos pasivos, por el contrario, se están viendo en
clase recientemente.
Introducción: En esta práctica el alumno ensamblará una fuente de voltaje de CC (corriente continua,
también conocida como CD o corriente directa). Esta fuente se podrá conectar a una toma de pared de 127 V
CA (corriente alterna) como la que proporciona la toma de pared doméstica. Esta fuente podrá ser empleada
por el alumno como alimentación de los circuitos para varias (la mayoría) de las prácticas siguientes en este
curso. El alumno será capaz de diseñar fuentes con salidas de diversos voltajes y tendrá la opción de
ensamblarla si así lo desea.
1 El transformador
El primer elemento sobre el que repasaremos es el transformador de corriente alterna. Como recordará, el
transformador de corriente es un componente eléctrico pasivo conformado por dos bobinas aisladas entorno a
un núcleo de material ferromagnético. Una de las bobinas es llamada primario, normalmente aquella
conectada a la fuente de alimentación de CA, y la otra llamada secundario, normalmente conectada como
alimentación de nuestros circuitos.
Por medio de la interacción de campos magnéticos, debidos a la variación de corriente, la bobina del primario
inducirá una corriente en la bobina del secundario y por ende será posible detectar una tensión en las
terminales de dicha bobina del secundario y una corriente al colocar una resistencia de carga entre ellas.
Es muy importante destacar dos características definitorias en el comportamiento del transformador. En
primer lugar, por el principio de conservación de la energía, idealmente la potencia de entrada al
transformador es igual a la potencia de salida, es decir, la potencia en la bobina del primario es igual a la
potencia en la bobina del secundario:
(1)
Siendo la potencia P el producto de la tensión E en voltios por la corriente I en amperios, estos valores son
RMS1, recordando que tratamos con corriente alterna. Por lo que
(2)
1 El valor RMS es una medida de la energía promedio de una señal en un intervalo de tiempo en el apéndice encontrará la
manera de calcular este valor para una señal.
La segunda característica definitoria del transformador es la que establece, por el fenómeno de inducción
electromagnética, descubierta y demostrada por el físico Michael Faraday, que la corriente inducida en el
secundario dependerá del número de líneas de campo “atravesadas” por la bobina del secundario, por unidad
de tiempo. Esto significa que la corriente o tensión depende del número de hilos de las bobinas del primario y
el secundario. De acuerdo con la siguiente relación.
(3)
Donde N representa el número de hilos o espiras en la bobina del primario y secundario y a m se le conoce
como razón de transformación.
(4)
Para esta práctica el transformador que se sugiere permite obtener 12V CA en las terminales del secundario al
conectar a 127V ca las terminales del primario. Por lo que la razón de transformación será:
(5)
(6)
El valor de la razón de transformación y la tensión de salida o entrada de un transformador deberían definir
por si mismos las características de este, sin embargo, es necesario también establecer la potencia que se
demandará del mismo. Normalmente un transformador, de manera comercial, es solicitado por medio de la
tensión de entrada y salida y la corriente a la salida, en la bobina del secundario.
En esta práctica se sugiere el uso de un transformador de 300mA.
A partir de estos datos, y usando la ecuación (4), la corriente de entrada será de _______A, en un
transformador donde la tensión del primario es 127V, del secundario es aproximadamente 12V y la corriente
del secundario es 300mA.
2 Diodo Rectificador y rectificador de media:
Una vez que se conecta un transformador con las características descritas a una toma de 127V CA, tendremos
a la salida 12V CA. Debemos recordar que la mayoría de los componentes electrónicos funcionan con
corriente directa regulada proveniente de una fuente de igual manera regulada en tensión. En este caso los
12V CA deberán ser rectificados y regulados a 12V CD. La primera parte, la rectificación se realizará por
medio de los conocidos diodos rectificadores.
Como se vio en clase, un diodo rectificador es un dispositivo electrónico formado por dos tipos de elementos
semiconductores designados como material p y material n.
Símbolo del diodo rectificador
No se redundará demasiado en el marco teórico de este componente ya que, a diferencia del transformador, es
tema de clase. Baste decir que al polarizar un diodo de manera directa (es decir positivo a p y negativo a n) el
diodo se comporta como un circuito cerrado, conduce electricidad. Al polarizar un diodo de manera inversa
(es decir positivo a n y negativo a p) el diodo se comporta como un circuito abierto, no conduce electricidad.
Cabe destacar que en la polarización directa, existe una pequeña caída de tensión en el diodo que va de 0.2 a
0.7 voltios (algunos llaman a esta caída el precio a pagar). Cuando se maneja el modelo de diodo ideal no se
considera esta caída de potencial.
Así analicemos el comportamiento del siguiente circuito:
Circuito rectificador de media onda
Ensamble el circuito. Utilizaremos un diodo 1N4004 en primera instancia. El transformador T de baja de
127V a 12V de 300mA en el secundario. Se sugiere una resistencia RL de 10K a47K ohm
El circuito se conoce como rectificador de media onda. Con ayuda de un multímetro tome la medición de
voltaje CA de tierra (terminal negra) al punto a. Tome la medición de CC en el mismo punto y repita de tierra
al punto b. complete la tabla como se muestra.
a b
Alterna
Continua
Si se realizarán las mediciones en los puntos a y b con un osciloscopio podríamos observar las formas de onda
de las señales. En el caso del punto a, la señal aparecería desplegada, idealmente, como se bosqueja a
continuación.
Forma de onda sinusoidal
Notaríamos que, efectivamente la amplitud de la señal sinusoidal es mayor al valor obtenido por el
multímetro. Recordemos que el multímetro nos arroja el voltaje RMS o valor eficaz:
√ (7)
Para una onda sinusoidal. Donde V representa la amplitud de la señal del osciloscopio y VRMS representa la
medición del multímetro.
De acuerdo con la medición RMS que realizó con el multímetro en el punto a, aplicando la ecuación (7) ¿Cuál
es el voltaje pico o la amplitud de la onda sinusoidal en el secundario del transformador?________ V.
Al realizar la medición con un osciloscopio en el punto b la forma de la señal aparecería desplegada,
idealmente, como se bosqueja a continuación.
Salida del rectificador de media onda
Explique a qué se debe esta forma de onda, es decir, ¿cuál es el efecto del diodo en el circuito?