Download - Tema 4: Fuentes y generadores
Fuentes de alimentación: convierten tensión : convierten tensión ac en tensión en tensión dc
Generadores de funciones: Fuente de señal calibrada y estableFuente de señal calibrada y estable Aplicaciones: obtención deAplicaciones: obtención derespuesta respuesta frecuencialfrecuencial o temporal:o temporal:
TestTest MantenimientoMantenimiento
Generadores de señales:Generadores de señales: CuadradasCuadradas TriangularesTriangulares SenoidalesSenoidales
Tema 4: Fuentes y generadores
E. Mandado, et al. 1995
R. Pallás. 1987(cortesia de PROMAX)
Fuente de alimentaciónFuente de alimentación: circuito que convierte la tensión : circuito que convierte la tensión alterna (red industrial) en una tensión prácticamente continuaalterna (red industrial) en una tensión prácticamente continua Características y utilidad:Características y utilidad: Casi todos los circuitos electrónicos necesitan una fuente de aCasi todos los circuitos electrónicos necesitan una fuente de alimentación limentación continua.continua. En sistemas portátiles (poca potencia)En sistemas portátiles (poca potencia) bateríabatería
Bloques constituyentes: a grandes rasgos la fuente de alimentacBloques constituyentes: a grandes rasgos la fuente de alimentación ión consta de tres bloquesconsta de tres bloques fuente de alimentación regulada o fuente de alimentación regulada o estabilizadaestabilizada RectificadorRectificador::
TransformadorTransformador RectificadorRectificador
Bloque de Bloque de filtradofiltrado Bloque Bloque estabilizadorestabilizador
Tema 4: Fuentes de alimentación
Tran
sfor
mad
or
Rec
tific
ador
Reg
ulad
or
Filtro Salida(continua
Entrada(alterna)
D. Pardo, et al. 1999
c.a. V0
Primario Secundario
V=Vmáxsen
Vi
Bloque de RectificaciónBloque de Rectificación: formador por un transformador y un : formador por un transformador y un elemento rectificadorelemento rectificadorTransformadorTransformador:: Adecua la tensión alterna Adecua la tensión alterna a valores apropiadosa valores apropiados a la tensión de continua a la tensión de continua que que se desea obtener al finalse desea obtener al final de la fuente de alimentaciónde la fuente de alimentación::
Aumenta o reduce la tensión de forma adecuada para nuestros propAumenta o reduce la tensión de forma adecuada para nuestros propósitosósitos
Esta formado, básicamente por dos Esta formado, básicamente por dos arrollamientos: arrollamientos:
Primario: nº de espiras Primario: nº de espiras nn11 Secundario: nº de espiras Secundario: nº de espiras nn22
Dependiendo de Dependiendo de nn1, 1, nn22 VoVo ≶ ViVi La potencia es la misma, no La potencia es la misma, no se amplifica ni se reduce como se amplifica ni se reduce como en divisores de tensión) en divisores de tensión)
Tema 4: Rectificación (transformador)
D. Pardo, et al. 1999
DiodoV ID
VD
V
Característica del Diodo
ID
ID=0
V>0
V<0
RectificadorRectificador: : Transforma en unidireccional la tensión bidireccional (o alternTransforma en unidireccional la tensión bidireccional (o alterna)a) Es válido como Es válido como rectificadorrectificador cualquier elemento que :cualquier elemento que :
Presente una gran resistencia (ideal Presente una gran resistencia (ideal R= R= ∞) al paso de la corriente en un sentidoal paso de la corriente en un sentido
Presente una resistencia muy pequeña ((ideal Presente una resistencia muy pequeña ((ideal R= 0R= 0) ) en el sentido opuesto) en el sentido opuesto
Dispositivo electrónico que cumple estos requerimientos: diodo (unión p-n)
Característica del diodo
Si V >0 I 0 (R=0): cortocircuito
Si V <0 I=0 (R=∞): circuito abierto
Tema 4: Rectificación
D. Pardo, et al. 1999
c.a. VRL V0
Primario Secundario
V=Vmáxsen
Vmáx
V
t
Vmáx
t
V0
Diodo
RectificadorRectificador: : Circuito rectificador más sencillo (denominado Circuito rectificador más sencillo (denominado rectificador de media onda)) Las formas de onda de tensiones en el circuito:Las formas de onda de tensiones en el circuito: La señal en la carga La señal en la carga RRLL ((VV00) es unidireccional) es unidireccional
pero resulta muy deficiente como tensión continuapero resulta muy deficiente como tensión continuapara alimentar circuitos electrónicospara alimentar circuitos electrónicos
Tema 4: Rectificación
Rectificador
de
media onda
D. Pardo, et al. 1999
c.a.
V RL V0
V=Vmáxsent
Vmáx
Vmáx
V
t
t
V0
V
Circuito Circuito rectificador de onda completa (transformador de toma intermedia) (transformador de toma intermedia) Constituido por Constituido por dos rectificadores de media onda conectadosdos rectificadores de media onda conectados::
Un diodo conduce en un semicicloUn diodo conduce en un semiciclo El otro diodo durante el otro semiciclo de la señal del secundaEl otro diodo durante el otro semiciclo de la señal del secundario del transformadorrio del transformador La tensión de salida V0, puede observarse en la figuraLa tensión de salida V0, puede observarse en la figura
La potencia entregada a la La potencia entregada a la RRLL es mayor que en el de media ondaes mayor que en el de media onda
La tensión en La tensión en RRLL es "más" continuaes "más" continua
Tema 4: Rectificación
Rectificador
de
onda completa
D. Pardo, et al. 1999
c.a. V
RL V0
Vmáx
V
t
Vmáx
t
V0
Circuito Circuito rectificador de onda completa : : PUENTE DE DIODOSPUENTE DE DIODOS Transformador sin toma intermediaTransformador sin toma intermedia Necesita cuatro diodosNecesita cuatro diodos
Tensiones en la carga (RL) y en el secundario del transformadorTensiones en la carga (RL) y en el secundario del transformador
Rectificadorde
onda completa
Tema 4: Rectificación
Las corrientes en cada semiciclo:;Las corrientes en cada semiciclo:;
VVinin > 0> 0 VV00= = + VVinin
VVinin < 0< 0 VV00 = = - VVinin
No perdemos potenciaNo perdemos potencia
V
RL
V
RL
V0 V0
D. Pardo, et al. 1999
D. Pardo, et al. 1999
Vmáx
Vmáx
V
t
t
V0
Vi
V0
R
R
RL
R= 5.6 K
RL= 5.6 K
Rectificadores de PrecisiónRectificadores de Precisión: : de media onda Utilizan únicamente los Utilizan únicamente los diodos en circuitos que incluyen además en circuitos que incluyen además AO
Tensiones en la entrada y en la Tensiones en la entrada y en la carga (carga (RRLL))
Tema 4: Rectificación
Rectificador de precisión:AO + 2 diodosde media onda
Las corrientes en cada semiciclo:Las corrientes en cada semiciclo: VVii >0>0 VV00= = 0 0 tensión nula en el semiciclo positivo
(elimina problemas V)
VVii <0 <0 VV00 = = - VVin: in: en el semiciclo negativo es un inversor
D. Pardo, et al. 1999D. Pardo, et al. 1999
Vi
V0
R
R
R/2
R
R
Rectificadores de PrecisiónRectificadores de Precisión: : de onda completa Se basa en el anterior Se basa en el anterior utilizando una etapa inversora de modo que la utilizando una etapa inversora de modo que la tensión realimenta y también realice la rectificación de la parttensión realimenta y también realice la rectificación de la parte positiva de e positiva de Vi
Tensiones Tensiones Vi y y V0
Tema 4: Rectificación
Rectificador de precisión:AO + 2 diodos
de onda completa
Las corrientes en cada semiciclo:;Las corrientes en cada semiciclo:;
VVii > 0> 0 VV00= = + VVinin
VVii < 0 < 0 VV00 = = - VVin:in:
Vmáx
Vmáx
V
t
t
V0
D. Pardo, et al. 1999
D. Pardo, et al. 1999
FiltradoFiltrado:: CCircuito cuya impedancia varía con la frecuencia de la señal que se le aplica. Los filtros más sencillos están constituidos por un C o una L:
Para realizar una fuente de alimentación nos interesan los filtros pasa-baja
obtención de una señal de continua (Z baja para =0 ) La asociación de L en serie con C en paralelo es también un filtro pasa-baja
Rectificador VL
IL
IC
C RLRectificador VLRL
a.c. a.c. L
L
T
RCj
Z 11
LjRZ LT
Tema 4: Filtrado
D. Pardo, et al. 1999
c.a. ViRL
V0
V=Vmáxsent
C
i
V0,i
t1 t2
Vi
V0
i
Punto de corte
Punto umbral
Rectificación (media onda) + FiltradoRectificación (media onda) + Filtrado:: CASO CONDENSADOR: CASO CONDENSADOR: Diodo actúa como un interruptorDiodo actúa como un interruptor
Si Si RRLL es elevada, entonces el condensador se carga y no se vuelve a des elevada, entonces el condensador se carga y no se vuelve a descargarescargarVoltaje de continua (Voltaje de continua (dcdc) perfecto) perfecto
Como Como RRLL no es no es entonces el condensador se carga en el semiciclo positivo y se entonces el condensador se carga en el semiciclo positivo y se descarga poco a poco en el semiciclo negativodescarga poco a poco en el semiciclo negativo
Tema 4: Filtrado
Transformador Rectificador Filtro
D. Pardo, et al. 1999
V
t
Vr
Vm VCC
T1 T2 T/2
Vr/2
Rectificación (Rectificación (onda completa) + Filtrado) + Filtrado:: La forma de onda es "más continua" que la del rectificador de mLa forma de onda es "más continua" que la del rectificador de media onda con edia onda con el mismo tipo de filtro. el mismo tipo de filtro.
Podemos observar la componente alterna Podemos observar la componente alterna linealizadalinealizada de la tensión anterior, de la tensión anterior, sobre la que podría calcularse su valor eficaz para determinar esobre la que podría calcularse su valor eficaz para determinar el "rizado" de la l "rizado" de la fuente de alimentación.fuente de alimentación.
Tema 4: Filtrado
D. Pardo, et al. 1999
Bloque de RegulaciónBloque de Regulación: una fuente de alimentación sólo con : una fuente de alimentación sólo con rectificación y filtrado no es suficientemente buenarectificación y filtrado no es suficientemente buena La tensión La tensión dcdc salida (salida (VV00) no es constante conforme varía la carga () no es constante conforme varía la carga (RRLL)) La tensión La tensión dcdc salida (salida (VV00) varía directamente con la entrada alterna () varía directamente con la entrada alterna (VVii)) La tensión La tensión dcdc de salida varía con la temperaturade salida varía con la temperatura
Para solventar estos tres inconvenientes y para reducir, ademásPara solventar estos tres inconvenientes y para reducir, además, la tensión , la tensión de rizado de rizado bloque regulador en las fuentes de alimentación.en las fuentes de alimentación.
Puesto que Puesto que VV00 depende de :depende de : La tensión no reguladaLa tensión no regulada
La corriente de salidaLa corriente de salida
La temperaturaLa temperatura
Tema 4: Regulación
0 0 00 i L
i L
V V VV V i TV i T
0 0V i L TV S V R i S T
000
LV
iiT
VSV
000
io
VLT
VRi
000
iL
T Vi
VST
Factor de estabilidad
Resistencia de salida Coeficiente de Tª
Bloque de RegulaciónBloque de Regulación:: Para obtener una regulación efectiva Para obtener una regulación efectiva SV, , R0 y y ST deben ser lo deben ser lo menor posiblesmenor posibles
Más constante será la tensión que suministra a la salidaMás constante será la tensión que suministra a la salida
Para cada circuito regulador que se a estudie a continuación dePara cada circuito regulador que se a estudie a continuación deben determinarse ben determinarse estos coeficientesestos coeficientes
Ejemplos de reguladores:Ejemplos de reguladores:
Tema 4: Regulación
RL V0
R0 RV
RL V0
R0
RV
Vi Vi
iL
Regulador Serie Regulador paralelo
D. Pardo, et al. 1999
Generadores de funciones: Fuentes de señal calibrada y estableFuentes de señal calibrada y estable Generadores de señales temporales:Generadores de señales temporales:
Senoidales: sus parámetros son :: sus parámetros son : FrecuenciaFrecuencia Amplitud de oscilaciónAmplitud de oscilación
Rectangulares: adoptan dos valores de tensión diferentes: adoptan dos valores de tensión diferentes Ondas cuadradas : t1= t2Ondas cuadradas : t1= t2 Impulsos de ondas rectangularesImpulsos de ondas rectangulares
Triangulares: pueden ser simétricas : pueden ser simétricas Simétricas: pendiente ascendente = descendenteSimétricas: pendiente ascendente = descendente No simétricas; pueden llegar a una rampaNo simétricas; pueden llegar a una rampade subida de 90º (diente de sierra)de subida de 90º (diente de sierra)
Tema 4: Generadores de funciones
E. Mandado, et al. 1995
E. Mandado, et al. 1995
E. Mandado, et al. 1995
Osciladores lineales: circuito electrónico cuya función es producir una : circuito electrónico cuya función es producir una onda de salida onda de salida senoidal sin aplicar excitación de entrada:sin aplicar excitación de entrada:
Si conseguimosSi conseguimos Iguales en móduloIguales en módulo Fases diferentesFases diferentes
Podríamos eliminar Podríamos eliminar vS y la señaly la señalde salida se mantendría sin entradade salida se mantendría sin entrada
A(f)A(f), , B(f)B(f) frecuencia a la cuál se frecuencia a la cuál se produce la oscilación produce la oscilación aparece una señal sinusoidal aparece una señal sinusoidal Condición de oscilación
AmplificadorA
Bloque derealimentación
Entradavs
via
vf
v0
Salida
AmplificadorA
Bloque derealimentación
vf
v0
Salida
Tema 4: Osciladores lineales
0
0
vvvAv
f
f
1A
sf vv
1A
º180 A
D. Pardo, et al. 1999
D. Pardo, et al. 1999
Gvi v0
Z1
Z2
2
3
1
4
R1
R2
R
R
C
C
Oscilador de puente de Wien: genera : genera señal senoidal
Un circuito oscilante que utiliza un puente Un circuito oscilante que utiliza un puente equilibrado como red de realimentaciónequilibrado como red de realimentación
Elemento activo Ampl. OperacionalElemento activo Ampl. OperacionalGananciaGanancia muy elevada: muy elevada: GGVVResistencia de salidaResistencia de salida: : RR00 =0=0Resistencia de entradaResistencia de entrada RRii = =
Para encontrar la ganancia del lazo:Para encontrar la ganancia del lazo: Se rompe el lazo de realimentación en el punto 3 Se rompe el lazo de realimentación en el punto 3 Se aplica una tensión externa Se aplica una tensión externa V’V’00 entre terminales 3 y 4entre terminales 3 y 4
Tema 4: Osciladores lineales
G
iGvv 0 Gvv
vvG i
''00
0 ''00 vvv
vvi
vvvi
D. Pardo, et al. 1999
Oscilador de puente de Wien: genera : genera señal senoidal (continuación)
Condición de oscilación: en la que se cumple que Z1 y Z2 tienen el mismo desfase para una frecuencia 0=1/RC : fijada por R, C
Gviv0
Z1
Z2
2
3
1
4
R1
R2
R
C
RC
Tema 4: Osciladores lineales
vvGv0
2
210 Z
ZZvv
2
210 R
RRvv
CjRCZ
1
2222 1
1CRRCjRZ
)( jRZ 11
jRZ 122 2
21
2
21
ZZZ
RRR
21 2RR
D. Pardo, et al. 1999
Oscilador de puente de Wien: genera : genera señal senoidal (continuación II) Circuito a montar en el laboratorio
Utilizar los siguientes valoresUtilizar los siguientes valores
R= 5.6 KR= 5.6 K
C= 10 C= 10 nFnF
R1= 10 KR1= 10 K R2= 5 KR2= 5 K
Gviv0
Z1
Z2
2
3
1
4
R1
R2
R
C
RC
Oscilación
Tema 4: Osciladores lineales
21 2RR
0=2 f0
0=1/RC
f0=2842 Hz
Utilizar un potenciómetro o resistencia variable
10 K
10 k
D. Pardo, et al. 1999
VCC
V
t
-VCC T
Realimentaciónnegativa:el circuito oscila con
v0 en saturación
VCC
V
t
-VCC T
Oscilador de puente de Wien: genera : genera señal senoidal (continuación III)
R2 muy elevada: aumenta v-
Tema 4: Osciladores lineales
f0=861 Hz
R2 muy baja: disminuye v-
Gviv0
Z1
Z2
2
3
1
4
R1
R2
R
C
RC
Realimentaciónpositiva:
NO OSCILAVCC
V
t
-VCC TOscilación R2 =R1/2
D. Pardo, et al. 1999
Gviv0
R
C R1
R2
I Circuito generador de onda cuadrada La realimentación positiva siempre
sigue a la salida: v+= v0
En la salida el AO da los valores En la salida el AO da los valores
de saturación:de saturación: +VCC, -VCC
Si vSi v00=+V=+VCCCC vv++= = VVCCCCLa corriente La corriente II tiende atiende a cargar el condensadorel condensador CC
Si vSi v00==--VVCCCC vv++= = -- VVCCCCLa corriente La corriente II tiende atiende a descargar el condensador el condensador CC
Dependiendo de la carga y descarga del condensador C: la corrieDependiendo de la carga y descarga del condensador C: la corriente I circula nte I circula en uno u otro sentido se genera una onda cuadradaen uno u otro sentido se genera una onda cuadrada
Tema 4: Osciladores lineales
21
2
RRR
D. Pardo, et al. 1999
VCC
V0
t
-VCC T
VCC
v+
t
-VCC
VCCv-
t
-VCC
Gviv0
R
C R1
R2
I Circuito generador de onda cuadrada (continuación )
Tema 4: Osciladores lineales
1
2212RRRCT ln f0=4500 Hz
21
21
2
RR
R
En el laboratorio R1=R2=10K R= 10 K C= 10 nF
El periodo de la oscilación:
D. Pardo, et al. 1999
AgradecimientosAgradecimientos Daniel Pardo Collantes. Departamento de Física Aplicada. Daniel Pardo Collantes. Departamento de Física Aplicada.
Universidad de Salamanca.Universidad de Salamanca.
Figuras cortesía de:Figuras cortesía de: PROMAX. PROMAX. www.promax.eswww.promax.es.. R. R. PallásPallás, Instrumentación Electrónica. , Instrumentación Electrónica. MarcomboMarcombo, 1987., 1987. E. Mandado, P. Mariño y A. Lago, Instrumentación E. Mandado, P. Mariño y A. Lago, Instrumentación
Electrónica. Electrónica. MarcomboMarcombo. 1995.. 1995. Pardo Collantes, Daniel; Bailón Vega, Luís A., Universidad Pardo Collantes, Daniel; Bailón Vega, Luís A., Universidad
de Valladolid. Secretariado de Publicaciones e Intercambio de Valladolid. Secretariado de Publicaciones e Intercambio Editorial.1999.Editorial.1999.