Fuente de Alimentación DC básica

ELECTRONICA

Laboratorio N°4

“FUENTE DE ALIMENTACIÓN NO REGULADAS Y REGULADAS”

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“Fuente de Alimentación no regulas y reguladas”

Objetivos

1. Mostrar como funciona un rectificador de media onda midiendo los voltajes promedio y máximo de salida de DC.

2. Mostrar como funciona un rectificador de onda completa midiendo los voltaje promedio y máximo de salida de DC.

3. Encontrar las principales diferencias entre la rectificación de media onda y de onda completa. Mostrar los efectos de un condensador como filtro de voltaje y el rizado de salida de DC.4. Realizar una prueba de funcionamiento de una fuente de energía de onda completa utilizando el

voltímetro y el osciloscopio.5. Localizar fallas y componentes defectuosos en una fuente de energía de onda completa típica

utilizando un multímetro y un osciloscopio.6. Realizar un procedimiento de comprobación de funcionamiento en la fuente de energía.

Introducción Teórica

En nuestro medio es más simple y económico generar, transmitir y distribuir corriente alterna de corriente directa, por lo que las empresas de energía eléctrica suministran potencia de C.A. Sin embargo muchas aplicaciones de la energía eléctrica tales como los circuitos electrónicos , los de carga de baterías, las operaciones de motores eléctricos, soldadura, procesos químicos y otros necesitan corriente directa, por ello es necesario rectificar (cambiar) la energía de C.A. a voltajes y corrientes de C.D.

Un circuito rectificador convierte C.A. en C.D. pulsante, que luego puede filtrarse (aislarse) en corriente directa. Para hacerlo debe emplear el DIODO que por sus características de corriente unidireccional (en un sentido), es muy adecuado para rectificación.

Considere el circuito de la Fig. 1, durante la alternancia positiva del voltaje de entrada el ánodo del diodo D1 es positivo con respecto al cátodo y fluye corriente. El flujo de corriente produce una caída de tensión en la resistencia de carga RL, ya que la variación de la corriente sigue la variación del voltaje de entrada, el voltaje de salida a través de RL sigue la alternancia positiva que provoca la corriente.

Durante la alternancia negativa no hay flujo de corriente debido a que ahora el ánodo es negativo con respecto al cátodo. Debe notarse que la salida ya no es un voltaje de C.A. sino un voltaje C.D.

Al proceso por el que el diodo conduce durante una alternancia del ciclo de entrada se le conoce como RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA. Es posible rectificar ambas alternancias de voltaje de entrada utilizando el circuito puente de onda completa de la fig. 2. Durante la alternancia positiva, la corriente fluye a través del diodo D1, la carga y de regreso al transformador a través de D3. Los diodos D2 y D4 se bloquean por la corriente al polarizarse inversamente. Durante la alternancia negativa, la corriente fluye a través de D2, de la carga y de regreso al transformador a través del diodo D4, para este caso los diodos D1 y D3 se encuentran bloqueados.

Fig. 1

Fig. 2

Como hemos visto la función del diodo es rectificar la señal de entrada en DC pulsante. Al cambio periódico de la salida DC por arriba y debajo de su valor promedio se le conoce como ondulación.

Casi todos los equipos electrónicos requieren VDC sin variaciones ni picos de voltajes, por lo tanto la salida de un rectificador no se puede aplicar directamente a ese equipo y deberán reducirse, a estos circuitos se les conoce con el nombre de circuitos de filtro.

El voltaje de rizado es una ondulación que suministra energía en pulsos a la carga. La tensión de rizado se puede reducir si se almacena parte de la energía de la fuente mientras que el rectificador esta suministrando un pulso, luego puede liberar esta energía almacenada a la carga entre los pulsos del suministro.

Un filtro capacitivo es simplemente un condensador electrolítico, conectado a la salida del rectificador. El condensador se carga rápidamente al voltaje máximo del rectificador como se muestra en la figura 3. Cuando la salida del rectificador cae a cero entre los pulsos de salida, el capacitor cargado se descarga y suministra corriente a la carga. Antes de que el voltaje del condensador caiga demasiado, otro pulso de salida suministrado por el rectificador vuelve a cargar el condensador al valor máximo de voltaje.

La razón o velocidad a que se descarga el condensador y por tanto el nivel promedio que se mantiene el voltaje de salida depende principalmente de la constante de tiempo RC del capacitor y de la resistencia de carga.

R11k

D11N4007

T1TRANS

Fig. 3

Preparación

El alumno debe de revisar su texto de consulta en la sesión 3 y el capitulo de fuentes de alimentación. Se recomienda que estudie la sección de introducción al tema de la presente guía de laboratorio.

Se recomienda revisar la siguiente dirección de Internet:

http://www.todoelectronica.8k.com/fuentestension.htmhttp://www.hispazone.com/conttuto.asp?IdTutorial=98http://www.olfer.com/articulos_electronica/fuentes_de_alimentacion.html

Equipos y Materiales Voltímetro digital. Amperímetro digital Osciloscopio (4) Diodos 1N4007 (1) Diodo tipo puente 2 A. (1 ) Diodo Zener 1N4742 (1) motor DC 12 V Resistencia de 1kΩ/ 1W Condensadores de 10 uF y 1000 Uf Protoboard Transformador 0-15 y / 1 A. Cables de conexión

Procedimiento

Parte I: Circuito Rectificador de media ondaMostrar como funciona un rectificador de media onda midiendo los voltajes promedio y máximo de salida de DC.

1.1 Implemente el circuito rectificador de media onda de la figura 1.

Fig. 1

1.2. Seleccione el canal Ch1 del osciloscopio en la escala de 5 Volt/div y atenuada x10, y conecte al secundario del transformador y grafique la forma de onda del voltaje observada. Indique claramente el voltaje pico a pico (Vpp), el periodo y calcule la frecuencia.

Vpp =.........40.................voltios Periodo:……16.5……………. ms Frecuencia:…0.06…Hz.

Señal de Entrada (CH1) Señal de Salida ( CH2)

1.3 Seleccione el canal Ch2 del osciloscopio en la escala de 5 Volt /div y atenuada x10, y conecte la punta de prueba a los extremos de la resistencia R1 y grafique la forma de onda del voltaje observada. Indique claramente el voltaje pico (Vp), el periodo y la frecuencia.

Vp =...........20...............voltios Periodo:…17.2……….ms Frecuencia:…0.058……Hz.

1.4 De las formas de onda obtenidas ¿Qué puede comprobar? : ………...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

1.5 Utilizando el voltímetro digital en VDC, mida la tensión de salida (Vo) en los extremos de la R1.

Vo =........6.26............Vdc.

1.6 Calcule el voltaje promedio VDC de salida usando la ecuación para convertir la salida máxima

( Vmax) obtenida en R1 de un convertidor de media onda a DC, emplee para ello la siguiente

formula

VDC (promedio) = Vmax X 0.318 =...............6.36...............voltios

1.7 Compare el valor obtenido en los pasos 1.5 y 1.6 , determine el porcentaje de error........1.59.................................................................................................................

II. Rectificador de Onda completa.Mostrar como funciona un rectificador de onda completa midiendo los voltajes promedio y máximo de salida VDC.2.1 Implemente el circuito de la figura 2. ( tenga mucho cuidado con la polaridad de cada diodo)

Fig. 2

2.2 Conecte el osciloscopio en los extremos de R2 ( use solamente el canal 1)2.3 Observe la forma de onda del voltaje en la salida y complete los datos .

Vmax =..........20................voltios Periodo:……17.5……….ms Frecuencia..0.057……Hz.

2.4 Dibuje la forma de onda de salida del rectificador de onda completa

2.5 Mida el voltaje promedio de salida del rectificador de onda completa, anote el valor indicado por el voltímetro de VDC?

E-Voltaje promedio VDC =................12.07..................Voltios

2.6 Calcule el voltaje promedio de salida de VDC usando la ecuación mostrada.

Voltaje promedio VDC = Vmax X 0.636 =........12.9................voltios

2.7 Compare los resultados y determine el porcentaje de error: …………6.4…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………Porcentaje de error:

III Parte: Aplicación Práctica

a) En el circuito de la figura 3, Reemplace la resistencia R1 por un motor DC de 12 VDC y comente lo observado:………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

b) Retire el diodo 2 y comente lo observado ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

c) Reemplace el motor por una lámpara de 12 VDC y repita los pasos a y b y comente los resultados.

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

IV Parte: Fuente de Alimentación Vdc con Rectificador de Onda Completa

Mostrar como funciona una fuente de alimentación con filtro capacitivo, midiendo los voltajes promedio y máximo de salida Vdc.

3.1 Implemente la fuente de alimentación de la figura 3.

Fig. 3

3.2 Utilizando el multimetro digital con el selector en Vac, mida la tensión que corresponde al voltaje de rizado (Vr) en los extremos de resistencia R3 ( resistencia de carga o RL) y anótelo en la tabla 1

3.3 Utilizando el multimetro digital con el selector en Vdc, mida la tensión que corresponde al voltaje de Vdc en los extremos de resistencia R3 y anótelo en la tabla 1

3.4 Calcular el factor de rizado ( r ) del circuito utilizando la formula :

r (Rizado) = (Vr/Vdc) X100%

Anote el resultado en la tabla 1

3.5 Conecte el canal 1 del osciloscopio con el selector en AC entre los extremos de R3 y mida la

tensión de rizado pico a pico.

Condensador uF

Tensión de Rizado Vr(9multímetro AC)

Tensión VDC(9mulltímetro DC)

Factor de rizador= Vac/Vdc x 100%

Tensión de rizado pico a pico (osciloscopio)

100.036 0.033 13.8

Tabla 1

3.6 Reemplace el condensador C1 por uno de 1000 uF. Y repita los pasos del 3.2 al 3.5 y complete

la tabla 2

Condensador uF

Tensión de Rizado Vr(multímetro AC)

Tensión VDC(Multímetro DC)

Factor de rizador= VAC/VDC x 100%

Tensión de rizado pico a pico (osciloscopio)

1000

Tabla 2

3.7 Compare las tablas 1 y 2 y comente los resultados obtenidos

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………3.8 Graficar la forma de onda obtenida en los extremos de R3 ¿tiene forma de diente de sierra?

…………………………………………………………………………………………………………………

Complete los datos observados en el osciloscopio

Vp =..........................voltios Periodo:…………………ms Frecuencia:………………Hz.

PARTE V: Fuente de Alimentación Regulada con Diodo Zener.

Implementar una fuente de alimentación con rectificador de onda completa y regulada con diodo zener.

5 .1 Implementar el circuito mostrado en la figura 4.

D1

1N4742A

D2ZENER

+

C1

1000uF

220/15 VAC

T1

R21k

R1330

Figura 4

5.2 Mida el voltaje VDC en los extremos del condensador C1, en la resistencia R1, en la Resistencia R2 y en los extremos del diodo Zener , anotar los valores en la tabla mostrada.

Voltaje en el Condensador

Voltaje en la Resistencia R1

Voltaje en la Resistencia R2

Voltaje en el Diodo Zener

5.3 Comente los resultados obtenidos

..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................

5.4 Calcular las corrientes DC que pasa a través de la resistencia R1, R2 y por el diodo Zener, anotar los valores en la tabla mostrada.

Corriente en la Resistencia R1

Corriente en la Resistencia R2

Corriente en el Diodo Zener

Comentarios:

..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................

TEST DE LABORATORIO N° 4

Apellidos y Nombres:………………………………………Grupo:……………Mesa:………..

Aplicación de lo aprendido (Cada pregunta vale 0.5 puntos )

1. El propósito de un rectificador esa) Convertir la corriente directa en corriente alterna pulsanteb) Convertir la corriente directa pulsante.c) Convertir la corriente alterna a cd pulsante.d) Ninguno de los anteriores

2. El circuito rectificador de onda completa de la figura 2 ,en la tensión de salida

a) Pasa toda alternancia del ciclo de entrada.b) Pasa solo la alternancia negativa del ciclo de entrada.c) Pasa solo la alternancia positiva del ciclo de entradad) Todas las anteriores.

3. Si se aumenta el valor del condensador de filtro en un circuito rectificador.a) Aumenta el porcentaje de rizado.b) Disminuye el voltaje de salida de VDC

c) Disminuye la corriente de carga.d) Disminuye el rizado.

4. El factor de rizado en un circuito rectificador es inversamente proporcional aa) El valor del condensador de filtrado.b) La corriente de carga

c) Tanto (a) como ( b) d) Ni (a) ni (b)

5. Un diodo zener se puede utilizar como:a) Un limitador de voltajeb) Una referencia de voltajec) Un regulador de voltajed) Todas las anteriores.

6. Un diodo zener tiene la clasificación de 9.1 y,- 1 W ¿Cuál es la máxima corriente de zener que puede manejar el diodo con seguridad a temperatura ambiente?

a) 147 mA.b) 110 mA.c) 20 mA.d) 1 A

Diseño de Fuente de Alimentación

Diseñe e Implemente una fuente de alimentación con rectificador de onda completa que entregue a la salida 9 VDC – 300 m A, el factor de rizado debe ser 4 %. ( 2 PUNTOS)

PUNTAJE:

Realización Puntos

Puntualidad y Orden y limpieza en el laboratorio 1

Trabajo en equipo 3Competencia: Implementa fuente de alimentación básicas, identifica y resuelve problemas en fuentes de alimentación básicas.

6

Resultados del laboratorio: Identifican, analizan y resuelven problemas de tecnología. 5

Aplicación de lo aprendido 5

Total 20

Curso: Electrónica Sección

Lab. No: 04 Mesa No:

Tema: Fuente de Alimentación DC Básica Fecha:

Notas:

Participantes Nota Laboratorio Test Promedio1

23

TECSUP