Circuitos Sujetador y Multiplicadores De Tensión. PDF

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En la presente práctica de laboratorio, podemos darnos cuenta la forma en la que funcionan las configuraciones de diodos y capacitores denominados, circuito sujetador y circuito multiplicador. Con base en la teoría se ha hecho el diseño pertinente para poder observar de manera gráfica los resultados...

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DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA ASIGNATURA: Electrónica Fundamental NRC: 5170 INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO

Tema: Circuitos Sujetador y Multiplicadores De Tensión. No. 3 Profesor: Ing. Carlos Ponce INTEGRANTES

Fabricio Veintimilla

23 de abril del 2019 Sangolquí

UNIDAD N° 1 GUIA DE PRACTICA N° 3

1. Tema: CIRCUITOS SUJETADORES Y MULTIPLICADORES DE TENSIÓN.

2. Introducción En la presente práctica de laboratorio, podemos darnos cuenta la forma en la que funcionan las configuraciones de diodos y capacitores denominados, circuito sujetador y circuito multiplicador. Con base en la teoría se ha hecho el diseño pertinente para poder observar de manera gráfica los resultados y poderlos cotejarlos de manera analítica. También se observan las pérdidas de tensión por los diodos empleados, lo que marca la diferencia entre un circuito idead y uno real. 3. Objetivo: •

Interpretar los resultados obtenidos en la práctica.

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Comprobar que sucede al disminuir la constante de tiempo el circuito cambiador de nivel.

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Verificar el funcionamiento del circuito limitador y cuál es la forma de onda del voltaje de salida.

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Comprobar si el voltaje de salida del circuito multiplicador multiplica el Vin

4. Materiales • • • • • • •

Resistencias Diodos Cables Protoboard Transformador Osciloscopio Multímetro

5. Marco teórico •

Capacitor Un capacitor es un elemento pasivo diseñado para almacenar energía en su campo eléctrico. Junto con los resistores, los componentes eléctricos más comunes son los capacitores, los cuales son de amplio uso en electrónica, comunicaciones, computadoras y sistemas de potencia. Por ejemplo, se emplean

en los circuitos sintonizadores de radiorreceptores y como elementos de memoria dinámica en sistemas de computación.

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Figura 1 Esquema gráfico de capacitor. [1] Circuito Limitador Los recortadores son redes que emplean diodos para “recortar” una parte de una señal de entrada sin distorsionar la parte restante de la forma de onda aplicada. El rectificador de media onda es un ejemplo de la forma más sencilla de un recortador de diodo: un resistor y un diodo. Dependiendo de la orientación del diodo, se “recorta” la región positiva o negativa de la señal aplicada. Existen dos categorías generales de recortadores: en serie y en paralelo. La configuración en serie es aquella donde el diodo está en serie con la carga, en tanto que la configuración en paralelo tiene el diodo en una rama paralela a la carga.[2] ⬧ Limitador de diodo en serie La respuesta de la configuración en serie de la figura 2.68a a varias formas de onda alternas se da en la figura 2.68b. Aunque primero se presentó como un rectificador de media onda (con formas de onda senoidales), no hay límites para el tipo de señales que se pueden aplicar a un recortador.

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La adición de una fuente de cd a la red como se muestra en la figura 2.69 puede tener un marcado efecto en el análisis de la configuración de recortador en serie. La respuesta no es tan obvia porque la fuente de cd puede ayudar o ir en contra del voltaje suministrado por la fuente y la fuente de cd puede estar en la rama entre la fuente y la salida o en la rama paralela a la salida.[2] Limitador de diodo en paralelo La red de la figura 2.81 es la más sencilla de las configuraciones de diodos en paralelo con la salida que se produce con las mismas entradas de la figura 2.68. El análisis de configuraciones en paralelo es muy parecido al que se aplica a configuraciones en serie, como se demuestra en el ejemplo siguiente.[2]

Doble limitador de diodos En los recortadores analizados hasta ahora solo se recorta a un solo nivel determinado por la fuente VR que puede ser ajustable. No obstante, en muchas aplicaciones prácticas resulta de interés poder recortar la señal a 2 niveles distintos que puedan ser ajustados a voluntad, e independientemente. En tales ocasiones se utilizan dobles recortadores de diodo que constan de 2 recortadores como los ya analizados, por lo tanto, podemos considerar 4 configuraciones de dobles recortadores que en lo sustancial son capaces de realizar la misma función, pero con las diferencias que observamos en cuanto a la posición del diodo. En efecto, podemos considerar los recortadores serie-paralelo, paralelo-serie, serie-serie y paralelo-paralelo. El funcionamiento y análisis general de cualquiera de estas configuraciones es idéntico al de los recortadores simples.

A modo de ejemplo solo se describirá con brevedad a la configuración paralelo-paralelo por ser una de las más utilizada. La figura VI. muestra esta configuración con sus respectivas señales de entra-salida. En el circuito mostrado disponemos de 2 diodos con sus 2 fuentes correspondientes. Si consideramos que introducimos una señal sinusoidal como muestra la figura en el semiciclo positivo recortaría la onda el diodo cuyo cátodo está al positivo de la fuente, limitando la onda al valor de (VR+0,7) o sea, el voltaje de la fuente más el voltaje de la caída del diodo. Cuando nos encontramos en el semiciclo negativo entraría a recortar la señal el diodo cuyo ánodo está al negativo de la fuente, al sobre pasar (VR-0,7) el valor de voltaje de la señal de entrada, tal como se muestra.[3]

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Circuito sujetador Analizaremos varias configuraciones de diodos que desplazan la señal aplicada a un nivel diferente. Un sujetador es una red compuesta de un diodo, un resistor y un capacitor que desplaza una forma de onda a un nivel de cd diferente sin cambiar la apariencia de la señal aplicada. También puede obtener desplazamientos adicionales introduciendo una fuente de cd a la estructura básica. El resistor y el capacitor de la red deben ser elegidos de modo que la constante determinada por t = RC sea bastante grande para garantizar que el voltaje a través del capacitor no se descargue significativamente durante el intervalo en que el diodo no conduce. A lo largo del análisis suponemos que en la práctica el capacitor se carga o descarga por completo en cinco constantes de tiempo. La más sencilla de las redes sujetadoras aparece en la figura 2.89. Es importante notar que el capacitor está conectado directamente entre las señales de entrada y salida, y que el resistor y los diodos están conectados en paralelo con la señal de salida. Las redes sujetadoras tienen un capacitor conectado directamente desde la entrada hasta la salida con un elemento resistivo en paralelo con la señal de salida. El diodo también está en paralelo con la señal de salida, pero puede o no tener una fuente de cd en serie como un elemento agregado. Hay varios pasos para facilitar el análisis. No es la única forma de examinar sujetadores, pero sí ofrece una opción si surgen dificultades. [2]

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Circuito multiplicador de tensión Duplicador de voltaje La red de la figura 2.118 es un duplicador de media onda. Durante el semiciclo de voltaje positivo a través del transformador, el diodo D1 en el secundario conduce (y el diodo D2 se interrumpe) y así el capacitor C1 se carga hasta el valor pico del voltaje rectificado (Vm). El diodo D1 es idealmente un cortocircuito durante este semiciclo y el voltaje de entrada carga el capacitor C 1 a Vm con la polaridad mostrada en la figura 2.119a. Durante el semiciclo negativo del voltaje secundario, el diodo D1 se interrumpe y el diodo D2 conduce y de ese modo se carga el capacitor C1. Como el diodo D2 actúa como un cortocircuito durante el semiciclo negativo (y el diodo D1 está abierto), podemos sumar los voltajes alrededor de la malla externa (vea la fig. 2.119b):

De los cuales se obtiene

En el siguiente semiciclo positivo, el diodo D2 no conduce y el capacitor C2 se descargará por conducto de la carga. Si no se conecta ninguna carga a través del capacitor C2, ambos permanecen cargados: C1 a Vm y C2 a 2Vm. Si, como sería de esperarse, hay una carga conectada a la salida del duplicador de voltaje, el voltaje a través del capacitor C2 se reduce durante el semiciclo positivo (en la entrada) y el capacitor se recarga hasta 2Vm, durante el semiciclo negativo. La forma de onda de salida a través del capacitor C2 es la de una señal de media

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onda filtrada por un capacitor. El voltaje inverso pico a través de cada diodo es 2Vm. Multiplicador n de voltaje La figura 2.122 muestra una extensión del duplicador de voltaje de media onda, la cual produce tres o cuatro veces el valor del voltaje de entrada pico. Es obvio por el patrón de conexión del circuito, cómo se pueden conectar diodos y capacitores adicionales de modo que el voltaje de salida también pueda ser cinco, seis, siete, etc., veces el valor del voltaje pico básico (Vm). En operación, el capacitor C1 se carga por conducto del diodo D1 a un voltaje pico Vm durante el semiciclo positivo del voltaje del secundario del transformador. El capacitor C2 se carga a dos veces el voltaje pico 2Vm desarrollado por la suma de los voltajes a través del capacitor C1 y el transformador durante el semiciclo negativo del voltaje secundario del transformador. Durante el semiciclo positivo, el diodo D3 conduce y el voltaje a través del capacitor C2 carga al capacitor C3 al mismo voltaje pico 2Vm. En el semiciclo negativo, los diodos D2 y D4 conducen con el capacitor C3, cargando al capacitor C4 a 2Vm. El voltaje a través del capacitor C2 es 2Vm a través de C1 y C3 es 3Vm y a través de C2 y C4 es 4Vm. Si se utilizan secciones adicionales de diodo y capacitor, cada uno se cargará a 2Vm. Si se mide desde la parte superior del devanado del transformador (figura 2.122) se obtienen múltiplos impares de Vm a la salida, en tanto que si se mide el voltaje de salida desde la parte inferior del transformador se obtienen múltiplos pares del voltaje pico Vm. El valor nominal de voltaje del transformador es de sólo Vm, máximo, y cada diodo en el circuito debe tener un PIV nominal de 2Vm. Si la carga es pequeña y los capacitores sufren fugas pequeñas, este tipo de circuito es capaz de desarrollar voltajes de cd extremadamente altos, utilizando muchas secciones para elevar el voltaje de cd. [2]

6. Procedimiento 6.1 Implementar el circuito sujetador.

Figura 1 Circuito sujetador implementado en la práctica 6.1.1 Comprobar la forma de onda del voltaje de entrada y salida con el osciloscopio.

Figura 2 Señal de entrada(amarilla) y salida(celeste) del circuito sujetador, obtenida por el osciloscopio

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Simulación

Figura 3 Señal de entrada(amarilla) y salida(celeste) del circuito sujetador, obtenida por el simulador

6.1 Implementar el circuito multiplicador.

Figura 4 Circuito multiplicador implementado en la práctica

6.2.1 Compruebe la forma de onda del voltaje de entrada y salida con el osciloscopio

Figura 5 Señal de entrada(amarilla) y salida(celeste) del circuito multiplicador, obtenida por el osciloscopio

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Simulación

Figura 6 Señal de entrada(amarilla) y salida(celeste)del circuito multiplicador, obtenida por el simulador

7. Preguntas

7.1.¿Qué sucede con el voltaje de salida del sujetador si el voltaje pico de la señal de entrada disminuye? Explique utilizando un gráfico El comportamiento se ve afectado en la función que cumple el circuito limitador. Es decir que mientras se disminuya el valor del voltaje de entrada, esta reducción no puede ser menor que la fuente de corriente continua del circuito puesto que el circuito limitador ya no cumpliría la función de recortar la señal, como es menor ya no puede limitar a la señal y se pierde la función que cumple el circuito.

7.2.En el circuito multiplicador de tensión, ¿Por qué no se obtiene exactamente, el doble, triple o cuádruplo de la tensión de entrada? En el circuito multiplicador la corriente comenzaba pasando a través de un diodo y luego se dirigía al capacitor para cargarlo, pero eso provocaba una caída de tensión en los diodos, que produce ese porcentaje de perdida notable en el voltaje de salida. Cada caída de tensión producida por el diodo disminuye el voltaje de salida. Entonces esa caída de tensión que existe en los diodos produce que el voltaje que llega a los capacitores no sea el mismo de entrada y por tal motivo ya no carga exactamente el doble. Esto ocurre sucesivamente dependiendo el diseño del multiplicador, ya sea para duplicar triplicar, etc. Pero para todos estos casos se debe considerar la pérdida de tensión que existe en los diodos antes de cargar a los capacitores.

8. Conclusiones •

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Dentro del circuito sujetador podemos ver que, al igual que en la teoría, esta configuración de capacitores y diodos lo que hace es sujetar en otro nivel a la señal, mas no la desplaza. La fuente de corriente continua si la desplaza a lo largo del eje Y. Este circuito es muy útil si deseamos aprovechar la parte continua de la señal. En el circuito multiplicador lo que obtuvimos fue la demostración de la teoría. Esta configuración lo que nos da en la tensión guardada por los capacitores, la cual es una tensión continua. Esto es muy importante ya que es una primera aproximación a lo que es tomar una señal alterna en la entrada y conseguir una señal continua a la salida. El circuito multiplicador pude teóricamente darnos n-múltiplos del voltaje de entrada, pero esto en la práctica no es factible ya que el circuito sufre perdidas debido a los diodos Es muy importante que calculemos bien el VPI de los diodos, para que el circuito soporte las cargas cuando el diodo se polariza en inversa. También es de vital importancia calcular la capacidad de almacenamiento de los capacitores ya que si excedemos su máxima capacidad el capacitor explotará.

9. Recomendaciones •

Es muy recomendable que para la realización de la práctica se tenga la experiencia necesaria en el uso del osciloscopio y también los conocimientos necesarios para poder manipular el mismo y saber configurarlo para realizar las mediciones correctas.

10. Bibliografía [1]

A. Charles K and S. Matthew N. O., Fundamentos de circuitos electrónicos, Quinta. MEXICO: McGraw-Hill, 2013.

[2]

R. BOYLESTAD and L. NASHELSKY, Boylestad nashelsky.pdf, DECIMA. MEXICO: Pearson Educación.

[3]

A. Rodriguez, “Circuitos recortadores de ondas - EcuRed,” 1988. [Online]. Available: https://www.ecured.cu/Circuitos_recortadores_de_ondas. [Accessed: 24-Apr-2019]....