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INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO N°2 FR-FAC-PAC-GLB-018

Versión: 03

Asignatura: Electrónica y laboratorio

Grupo N.º: 2

Carrera: Ing. Mecatrónica Nivel y paralelo: 4° “A” Fecha de práctica: 17/05/2019 Fecha presentación informe:23/05/2018 N.º de Práctica: 2

Integrantes Miranda Diego

Fecha: 11/12/2018

Informe N.º: 2

TÍTULO DE LA PRÁCTICA: CIRCUITOS RECORTADORES Y REGULADOR DE VOLTAJE 1. OBJETIVOS: General: Analizar y corroborar el principio de funcionamiento de los diodos y capacitores en los circuitos rectificadores de media onda y onda completa, mediante el planteamiento de relaciones teórico-experimentales bajo parámetros calculados analíticamente que faciliten la identificación y estudio de comportamientos del circuito y su señal de salida frente a factores subsecuentes producto de las condiciones iniciales.

Específicos: - Aprender a analizar y a verificar el estado de la maquinaria previo a su entrada en funcionamiento, enfocando dicha acción en la determinación de la presencia de todos los elementos mecánicos y electrónicos necesarios para su funcionamiento, así como de el correcto acoplamiento de estos en base a diagramas proporcionados en pro de su funcionamiento óptimo y salvaguarda de su integridad y la del operador.

- Vincular el conocimiento teórico previo adquirido con respecto a los rectificadores de media onda y onda completa con y sin filtros capacitivos con su posible comportamiento en condiciones reales, para determinar la veracidad de los valores obtenidos y que deben ser encasillados en una tabla.

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Versión: 03

Fecha: 11/12/2018

- Relacionar la curva característica de los diodos con la señal de voltaje de salida en la resistencia de carga y establecer diferencias e importancia del uso de filtros para la conversión de AC a DC.

2. INTRODUCCIÓN: La dificultad de análisis y subsecuente realización de estudios investigativos bajo parametrización de datos puntuales que describen fenómenos, comportamientos y aplicaciones diferentes, ha hecho trascender a la idea de los circuitos rectificadores de onda de voltaje, ahora bajo el nombre de circuitos recortadores que dependiendo de su disposición circuital en serie o paralelo con respecto a la resistencia de carga desembocan en la obtención de diferentes formas de onda, el primero exactamente igual a un rectificador de media onda conservando un semiciclo de cualquier polaridad por periodo, difiriendo en el caso de que contenga una fuente de voltaje directo que reduce de ipso facto la amplitud de un semiciclo cambiando su forma, pues de manera análoga corta literalmente esa señal, la señal de la fuente DC; por otra parte el circuito recortador en paralelo recorta cualquier parte de una onda sinusoidal bajo una amplitud dada previamente ; permitiendo de manera general eliminar tensiones fuera del campo de estudio enfocándose en el análisis puntual de fenómenos bajo cierto rango de voltaje, para que no lleguen a un determinado punto de un circuito, hecho reflejado en la señal de voltaje de salida que no completará la forma de una señal de alterna convencional, por el contrario disminuirá su amplitud considerablemente al igual que su forma de onda cambiará como si una señal de directa la hubiera cortado, lo que le permite además

servir como modulador y

desmodulador utilizado principalmente en informática y telecomunicaciones para recuperar la señal de mensaje y la información en la señal por el receptor, como un receptor de radio FM demodula las transmisiones de la modulación de la frecuencia dentro de una cierta frecuencia mínima y máxima, que es la frecuencia asignada a una estación de radio particular.

3. METODOLOGÍA:

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Sabiendo que el objetivo general de la práctica en cuestión es la corroboración de los principios de la electrónica en materia de análisis de ondas en cualquier tipo de carga cuya señal de alimentación ha pasado previamente por un proceso de recorte o regulación con el uso de uno o cuatro diodos respectivamente, se detallarán sistemáticamente el proceso seguido para dar un cumplimiento estricto a los pasos que serán detallados a posteriori y que fueron seguidos en pro del cumplimiento de los objetivos planteados:

3.1 Usando los esquemáticos proporcionados por el docente como guía para la realización de la presente práctica de laboratorio, se procedió a la construcción de cada uno de estos teniendo en consideración conceptos previos analizados en clase para evitar cometer errores de polarización de elementos pasivos sobre todo, enfocando esfuerzos en los diodos inmersos en todos los circuitos proporcionados pues eso delimita su polarización inversa o directa, subsecuentemente, el comportamiento del circuito y la señal de salida de este; además se establecieron conclusiones previas al cálculo analítico de los factores físicos que intervienen en el circuito, como la relación de la fuentes de voltaje directo y la amplitud de la señal de voltaje, así como la diferencia propiamente de los circuitos que contienen estos en lo que respecta linealidad.

3.2 Se procedió a realizar los cálculos analíticos de factores físicos intervinientes en el circuito y potencialmente a obtener en la señal de salida, proceso que se encuentra detallado en los siguientes apartados del informe.

3.3 En el laboratorio de mecatrónica se procedió a pedir el material necesario para la medición de señales y alimentación de los circuitos armados previamente, se verificó su correcto funcionamiento y se procedió a someterlos a una diferencia de potencial para graficar en el osciloscopio su señal en la resistencia de carga y establecer comparaciones con los cálculos analíticos realizados.

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4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN: 4.1.1 Resolución analítica de los circuitos y proceso de graficación. En el presente numeral se detallará el proceso sistemático seguido mediante cálculos aritméticos en pos de la obtención del voltaje de salida, subsecuentemente señal en torno a este, sobre una rama específica de los esquemáticos planteados a continuación; de tal manera que se pueda generar una idea previa al cálculo experimental sobre estos circuitos, que nos brinden información relevante y predictiva acerca del comportamiento de estos; y sea posible la cuantificación y/o selección de valores inherentes a cada uno de los elementos pasivos que componen los esquemáticos, evitando su mal funcionamiento o daño repentino durante la experimentación.

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Fecha: 11/12/2018

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4.1.2 Análisis del esquemático N°1 4.1.2.1 Simulación del esquemático N°1 mediante uso del software de automatización de diseño electrónico, Proteus. +8.53 AC Volts

BAT1

+0.17

DIODE

AC mA

5V

D1

+0.29 mW

A +7.00 AC Volts

R1

+1.68

10k

AC Volts

B C D

Ilustración 1: Simulación de circuito recortador con VDC opuesto haciendo uso de la herramienta Proteus

4.1.2.2 Onda de voltaje de salida

Ilustración 2: Onda de voltaje de salida en un circuito recortador con VDC opuesto.

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4.1.2.3 Resultados obtenidos Tabla de elementos activos

• N°

ELEMENTO PASIVO

NOTACIÓN

1

Fuente de voltaje alterno

----------------

2

Batería

BAT1

VOLTAJE [V] 7 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜 14.14 𝑉𝑅𝑀𝑆 5

Tabla de elementos pasivos

• N°

ELEMENTO PASIVO

NOTACIÓN

VOLTAJE [V]

CORRIENTE [mA]

POTENCIA [mW]

1

Diodo, Si 𝑉𝑃 = 0.7𝑉

D1

8.53

0.29

2.47

2

Resistor, R=10kΩ

R1

1.68

0.29

0.49

4.1.2.4 Resultados experimentales Onda de voltaje de salida en el osciloscopio

•

Ilustración 3: Onda de voltaje de salida en un circuito recortador con VDC opuesto.

•

Tabla de valores experimentales

Ilustración 4: Onda de voltaje de salida en un circuito recortador con VDC opuesto.

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ONDA DE VOLTAJE DE SALIDA N°

FACTOR

VALOR

1

Frecuencia

60.53 Hz

2

Voltaje pico

0.82 V

4.1.2.5 Interpretación de los resultados En la presente gráfica se puede observar básicamente el funcionamiento de un rectificador de media onda el cual con ayuda de una fuente de corriente continua permite regular la amplitud de la onda del voltaje de salida, recortándola en función de la magnitud de esta, el voltaje de la fuente de entrada y el valor del diodo, en este caso recortando la onda de entrada a una amplitud de 1.6 V con exactitud en el caso de que se emplee el modelo aproximado caso contrario aplicando el modelo ideal la amplitud será de 2 V como se detalló a priori. 4.1.2.6 Determinación de errores TABLA DE ERRORES MAGNITUD

VALOR TEÓRICO

VALOR MEDIDO

ERROR ABSOLUTO

ERROR RELATIVO

2V

1.64 V

0.36

0.18

Frecuencia

60 Hz

60.53 Hz

0.53

0.008

𝑖𝑟𝑒𝑠

0.17 mA

0.25 mA

0.08

0.47

𝑉𝑟𝑒𝑠

1.68 V

1.93 V

0.25

0.15

Voltaje pico

•

Cálculo analítico de errores

Cálculo del error absoluto y relativo de los valores Errores en 𝑖𝑟𝑒𝑠 𝐸𝑎 = |𝑥𝑖 − 𝑥 |

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Xi=Valor medido x= Valor real 𝐸𝑎 = |0.25 − 0.17| 𝐸𝑎 = 0.08

𝐸𝑟 =

∆𝑥 (𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜) 𝑥 (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙)

𝐸𝑟 = |

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 | 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

𝐸% = 𝐸𝑟 ∗ 100% 𝐸𝑟 = |

0.08 | 0.17

𝐸𝑟 = 0,47 𝐸% = 47% Errores en Voltaje Pico 𝑉𝑃𝑖𝑐𝑜 𝐸𝑎 = |𝑥𝑖 − 𝑥 | Xi=Valor medido x= Valor real 𝐸𝑎 = |1.64 − 2| 𝐸𝑎 = 0.36 𝐸𝑟 =

∆𝑥 (𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜) 𝑥 (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙)

𝐸𝑟 = |

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 | 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

𝐸% = 𝐸𝑟 ∗ 100% 𝐸𝑟 = |

0.36 | 2

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INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO N°2 FR-FAC-PAC-GLB-018

𝐸𝑟 = 0,18 𝐸% = 18%

Errores en frecuencia 𝐸𝑎 = |𝑥𝑖 − 𝑥 | Xi=Valor medido x= Valor real 𝐸𝑎 = |60.53 − 60| 𝐸𝑎 = 0.53 𝐸𝑟 =

∆𝑥 (𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜) 𝑥 (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙)

𝐸𝑟 = |

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 | 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

𝐸% = 𝐸𝑟 ∗ 100% 𝐸𝑟 = |

0.53 | 60

𝐸𝑟 = 0,008 𝐸% = 0.8% Errores en 𝑉𝑟𝑒𝑠 𝐸𝑎 = |𝑥𝑖 − 𝑥 | Xi=Valor medido x= Valor real 𝐸𝑎 = |1.93 − 1.68| 𝐸𝑎 = 0.25 𝐸𝑟 =

∆𝑥 (𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜) 𝑥 (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙)

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Fecha: 11/12/2018

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𝐸𝑟 = |

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Fecha: 11/12/2018

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 | 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

𝐸% = 𝐸𝑟 ∗ 100% 𝐸𝑟 = |

0.25 | 1.68

𝐸𝑟 = 0,15 𝐸% = 15%

4.1.3 Análisis del esquemático N°2 4.1.3.1 Simulación del esquemático N°2 mediante uso del software de automatización de diseño electrónico, Proteus.

+7.73

mW

+6.17

AC Volts

R1

+0.77

AC mA

10k

D1 DIODE

+2.14

A

AC Volts

B C D

+7.00 AC Volts

BAT1 5V

Ilustración 5: Simulación de circuito recortador con VDC conjunto haciendo uso de la herramienta Proteus

4.1.2.2 Onda de voltaje de salida

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Ilustración 6: Onda de voltaje de salida en un circuito recortador con VDC conjunto.

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Ilustración 7: Onda de voltaje de salida en un circuito recortador con VDC conjunto.

4.1.2.3 Resultados obtenidos Tabla de elementos activos

• N°

ELEMENTO PASIVO

NOTACIÓN

1

Fuente de voltaje alterno

----------------

VOLTAJE [V] 7 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜 14.14 𝑉𝑅𝑀𝑆

2

•

Batería

BAT1

5

Tabla de elementos pasivos

N°

ELEMENTO PASIVO

NOTACIÓN

VOLTAJE [V]

CORRIENTE [mA]

POTENCIA [mW]

1

Diodo, Si 𝑉𝑃 = 0.7𝑉

D1

2.14

0.77

1.64

2

Resistor, R=10kΩ

R1

7.73

0.77

6.17

4.1.2.4 Resultados experimentales •

Onda de voltaje de salida en el osciloscopio

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Versión: 03

Fecha: 11/12/2018

Ilustración 8: Onda de voltaje de salida en un circuito recortador con VDC conjunto.

Tabla de valores experimentales

•

ONDA DE VOLTAJE DE SALIDA N°

FACTOR

VALOR

1

Frecuencia

60.68 Hz

2

Voltaje pico

2V

4.1.2.5 Interpretación de los resultados La presente gráfica representa el comportamiento de un rectificador de media onda que a diferencia del caso anterior cuenta con una disposición circuital de sus elementos distinta, donde en el semiciclo positivo el voltaje de salida es el voltaje de la fuente y del diodo restados pues su polaridad es opuesta y en el semiciclo negativo el voltaje de salida es el mismo que el de la fuente de entrada atenuado por la resistencia pues el diodo polarizado inversamente abre el circuito; dando así una señal netamente negativa con un factor de rizado bajo. 4.1.2.6 Determinación de errores TABLA DE ERRORES MAGNITUD

VALOR TEÓRICO

VALOR MEDIDO

ERROR ABSOLUTO

ERROR RELATIVO

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Voltaje pico

•

Versión: 03

2V

2.48 V

0.48

0.24

Frecuencia

60 Hz

60.68 Hz

0.68

0.01

𝑖𝑟𝑒𝑠

0.77 mA

0.65 mA

0.12

0.15

𝑉𝑟𝑒𝑠

7.73 V

7.50 V

0.23

0.03

Cálculo analítico de errores

Cálculo del error absoluto y relativo de los valores Errores en 𝑖𝑟𝑒𝑠 𝐸𝑎 = |𝑥𝑖 − 𝑥 | Xi=Valor medido x= Valor real 𝐸𝑎 = |0.65 − 0.77| 𝐸𝑎 = 0.12

𝐸𝑟 =

∆𝑥 (𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜) 𝑥 (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙)

𝐸𝑟 = |

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 | 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

𝐸% = 𝐸𝑟 ∗ 100% 𝐸𝑟 = |

Fecha: 11/12/2018

0.12 | 0.77

𝐸𝑟 = 0,15 𝐸% = 15% Errores en Voltaje Pico 𝑉𝑃𝑖𝑐𝑜 𝐸𝑎 = |𝑥𝑖 − 𝑥 | Xi=Valor medido x= Valor real

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𝐸𝑎 = |2.48 − 2| 𝐸𝑎 = 0.48 𝐸𝑟 =

∆𝑥 (𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜) 𝑥 (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙)

𝐸𝑟 = |

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 | 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

𝐸% = 𝐸𝑟 ∗ 100% 𝐸𝑟 = |

0.48 | 2

𝐸𝑟 = 0.24 𝐸% = 24%

Errores en frecuencia 𝐸𝑎 = |𝑥𝑖 − 𝑥 | Xi=Valor medido x= Valor real 𝐸𝑎 = |60.68 − 60| 𝐸𝑎 = 0.68 𝐸𝑟 =

∆𝑥 (𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜) 𝑥 (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙)

𝐸𝑟 = |

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 | 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

𝐸% = 𝐸𝑟 ∗ 100% 𝐸𝑟 = |

0.68 | 60

𝐸𝑟 = 0,01

Versión: 03

Fecha: 11/12/2018

INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO N°2 FR-FAC-PAC-GLB-018

Versión: 03

Fecha: 11/12/2018

𝐸% = 1% Errores en 𝑉𝑟𝑒𝑠 𝐸𝑎 = |𝑥𝑖 − 𝑥 | Xi=Valor medido x= Valor real 𝐸𝑎 = |7.50 − 7.73| 𝐸𝑎 = 0.23 𝐸𝑟 =

∆𝑥 (𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜) 𝑥 (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙)

𝐸𝑟 = |

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 | 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

𝐸% = 𝐸𝑟 ∗ 100% 𝐸𝑟 = |

0.23 | 7.73

𝐸𝑟 = 0,03 𝐸% = 3% 4.1.2 Análisis del esquemático N°3 4.1.2.1 Simulación del esquemático N°3 mediante uso del software de automatización de diseño electrónico, Proteus.

INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO N°2 FR-FAC-PAC-GLB-018

Versión: 03

Fecha: 11/12/2018

+0.37

VA

0.00

AC Volts

R1 560

+4.52

D3

DIODE

AC Volts

DIODE AC Amps

0.00

+4.34

AC Volts

0.00

AC Amps

D1

0.00

AC Amps

0.00

AC Amps

A

+6.99

R2

AC Volts

10k

+6.62 AC Volts

D2 1M110ZS5

D4 +4.34

1M110ZS5

AC Volts

C D

+4.52 AC Volts

Ilustración 9: Simulación de circuito regulador de voltaje haciendo uso de la herramienta Proteus

4.1.2.2 Onda de voltaje de salida

Ilustración 10: Onda de salida de voltaje de un circuito regulador de voltaje.

4.1.2.3 Resultados obtenidos Tabla de elementos activos

•

B

N°

ELEMENTO PASIVO

NOTACIÓN

VOLTAJE [V]

1

Fuente de voltaje alterno

----------------

7 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜

INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO N°2 FR-FAC-PAC-GLB-018

Versión: 03

Fecha: 11/12/2018

14.14 𝑉𝑅𝑀𝑆 2

•

Batería

BAT1

5

Tabla de elementos pasivos

N°

ELEMENTO PASIVO

NOTACIÓN

VOLTAJE [V]

CORRIENTE [mA]

POTENCIA [mW]

1

Diodo, Si 𝑉𝑃 = 0.7𝑉

D1

4.52

0.39

2.47

2

Diodo, Si 𝑉𝑃 = 0.7𝑉

D3

4.34

0.27

1.17

3

Diodo Zener, 𝑉𝑃 = 5𝑉

D2

4.34

0.39

0.49

4

Diodo Zener, 𝑉𝑃 = 5𝑉

D4

4.52

0.27

1.22

5

Resistor, R=560Ω