a prospective multicenter study
5statistical analyses
Actividades
1. Considerando el circuito que hemos visto en el Caso práctico 1, realiza las siguientes acciones:
a) Dale la vuelta al diodo y visualiza en el osciloscopio la señal que obtienes. ¿Qué ha ocurrido con la onda? Explica por qué sucede esto. b) En lugar del transformador de entrada, conecta un generador de señales e introduce una señal de 10 Vpp y una frecuencia de 1 KHz. Dibuja en tu cuaderno la señal que obtienes.
c) Repite la operación cambiando la frecuencia a 1 MHz ¿Funciona el circuito correctamente? ¿Por qué?
a) Al cambiar de posición, el diodo deja pasar el semiciclo negativo de la señal, tal y como se ve en la imagen del osciloscopio:
En este caso el diodo está polarizado en directo cuando llega la parte negativa de la onda senoidal de la entrada al circuito rectificador. Cuando llega el semiciclo positivo, el diodo está polarizado en inverso y por tanto no conduce.
b) La señal obtenida en este segundo caso es la siguiente:
c) Cambiando la frecuencia a 1 MHz la señal que se obtiene es la de la figura:
El diodo no es capaz de funcionar a frecuencias tan altas, por lo que no rectifica la señal, y por tanto, no se podría usar en un circuito como este.
2. En un circuito rectificador de doble onda como el que acabamos de estudiar se avería el diodo D2 y deja
de funcionar. ¿Qué ocurre con la señal de salida? Comprueba de forma práctica cuál es la forma de onda que obtienes ahora en el rectificador.
Si se avería el diodo D2, la señal deja de
estar rectificada en onda completa, y la forma de onda que se obtiene es la siguiente:
Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
3. Elige los diodos adecuados, en un catálogo comercial, para un rectificador de doble onda que se va a conectar a un transformador con toma intermedia de 30 V de salida y con una resistencia de carga de 500
Ω. Ω. Ω. Ω.
Calculamos la intensidad eficaz que va a circular por la carga:
30 0, 06 500 ef ef V I A R = = =
El valor de la intensidad que debe circular por ellos tiene que ser mayor para que no haya ningún problema.
Consultamos un catálogo:
Elegiríamos el 1N4002, que es capaz de aguantar un valor máximo de tensión eficaz de 70 V y una corriente máxima de 1 A; valores que se encuentran por encima de los que necesitamos en el circuito.
4. A la salida de un circuito rectificador se ha conectado un osciloscopio y se ha obtenido la
siguiente forma de onda en la pantalla (Fig. 8.14):
Resuelve las siguientes cuestiones: a) ¿De qué tipo de rectificador se trata?
b) ¿Qué tensión, en valor eficaz, está entregando el transformador a su salida?
c) ¿Cuál es la frecuencia de la señal que está entrando en el transformador?
d) Dibuja un posible esquema de un rectificador que cumpla estas características y elige componentes de un catálogo con los que pudieras realizar el montaje.
a) Se trata de un rectificador de onda completa.
b) Calculando la tensión máxima de la señal, en función de las escalas del osciloscopio, obtenemos: V div V div Amax = 2 ·10 / = 20
El valor eficaz de la señal se calcula aplicando la siguiente fórmula:
V A Aef 14,14 2 20 2 max = = =
c) El valor de la frecuencia obtenemos midiendo el periodo de la señal a la salida. En este caso, la base de tiempos del osciloscopio está colocada en 20 ms/div, y el número de divisiones es de 2. Multiplicamos ambos valores:
Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
La frecuencia es la inversa a este valor:
Hz T f 25 10 · 40 1 1 3 = = = −
d) Un esquema de este rectificador
podría ser el siguiente: D1 1B4B42 1 2 4 3 R1 1kΩ C1 1nF
El puente de diodos se podría comprar integrado o realizar con diodos 1N4001.
5. La fuente de alimentación de un reproductor de CD lleva un rectificador de media onda y un filtro paso bajo formado por un condensador en paralelo. El transformador de la fuente está conectado a una red eléctrica de 230 V/50 Hz.
Determina la tensión de rizado de la señal que obtenemos a la salida del filtro si conectamos un condensador electrolítico de 700 µµµµF y circula por la carga una intensidad de 100 mA.
La tensión de rizado se calcula aplicando la fórmula:
fC I
Vo =
Sustituyendo los valores obtenemos:
V fC I Vo 2,85 10 · 700 · 50 10 · 100 6 3 = = = − −
6. Determina la tensión de rizado para un rectificador de onda completa de puente de diodos que se encuentra integrado en la fuente de alimentación de un disco duro
reproductor multimedia. Ten en cuenta que la fuente está conectada a una red eléctrica de 230 V/50 Hz, que el filtro de la fuente consiste en un condensador electrolítico de 600
µ µ µ
µF y que, en estas condiciones, se ha
medido con un amperímetro, en la salida de la fuente hacia la carga, una intensidad de 100 mA.
Aplicamos la misma fórmula que en la Actividad 5 y obtenemos: V fC I Vo 1,66 10 · 600 · 100 10 · 100 6 3 = = = − −
7. Calcula la frecuencia de corte para un filtro RC con los siguientes valores: a) Resistencia de 100 Ω Ω Ω Ω y condensador de 100 mF. b) Resistencia de 200 ΩΩΩΩ y condensador de 200 µµµµF. c) Resistencia de 2 KΩΩΩΩ y condensador de 100 nF. a) Hz RC fc 62,83 10 · 100 · 100 2 1 2 1 3 = = = −
π
π
b) Hz RC fc 3,97 10 · 100 · 200 2 1 2 1 6 = = = −π
π
c) Hz RC fc 7,95 10 · 100 · 10 · 200 2 1 2 1 9 3 = = = −π
π
8. Realiza un esquema de un filtro paso alto en el que sea posible modificar la frecuencia de corte sin necesidad de cambiar los componentes del circuito: ¿qué
Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
componentes podríamos utilizar para tal fin?, ¿cuál crees que sería el más adecuado?
Un posible esquema para el circuito que se nos pide es el siguiente:
R1 1.0kΩ V1 1 V 1kHz 0Deg C2 Key = A 1uF 50%
Al colocar un condensador variable tenemos un amplio rango de posibilidades para modificar la frecuencia de corte del filtro. La otra posibilidad sería colocar un condensador fijo y un resistor variable, pero no es la solución que se suele utilizar en la práctica.
9. La imagen de la figura muestra la placa de circuito impreso de un filtro paso banda integrado en un aparato de radio. Identifica los componentes que aparecen en el mismo.
Fig. 8.26. Bobinas
Condensadores
10. Los filtros paso banda se pueden hacer también uniendo un filtro paso bajo y un filtro paso alto, como el esquema mostrado a continuación:
a) Identifica cada uno de los filtros según los esquemas que hemos visto a lo largo de de la Unidad.
b) Si los valores de los componentes son C1 = 100 µF, R1 = 2 K, R2 = 1 K y
C2 = 1 µF, ¿cuál sería el intervalo de
frecuencias que dejaría pasar el filtro? Explica cómo has llegado a ese resultado.
a)
Filtro paso alto Filtro paso bajo
b) Tenemos que calcular las frecuencias de
corte de ambos filtros. El paso alto nos dará la frecuencia de corte inferior. Y el paso bajo, la frecuencia de corte superior. De esta forma tendremos:
Frecuencia de corte inferior
3 6 1 1 0, 79 2 2 ·2·10 ·100·10 c f Hz RC
π
π
− = = =Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
Frecuencia de corte superior
3 6 1 1 159,15 2 2 1·10 ·1·10 c f Hz RC
π
π
− = = = 11. Queremos comprobar el funcionamiento de un rectificador como el que se muestra en la figura, ya que pensamos que hay alguna avería en el mismo. El esquema del circuito es el siguiente:El generador de señales proporciona una onda senoidal de 100 KHz y 10 Vpp.
Los componentes que forman el circuito son una resistencia de 100 Ω un condensador de 10 µF y un diodo 1N4001 (mira la hoja de características para este diodo). El proceso para comprobar la avería es el siguiente:
1. Observa los síntomas del mal funcionamiento del equipo.
2. Estudia las causas que lo producen.
3. Mediante pruebas y medidas con el polímetro y el osciloscopio, realiza medidas hasta encontrar la avería. 4. Repara y sustituye los componentes necesarios.
Realiza el montaje del circuito en un simulador y contesta a las siguientes preguntas:
a) ¿Qué sucede con el circuito?
b) ¿Rectifica la señal de entrada? Si no es así, sustituye los componentes
mirando hojas de características e intentando buscar el más adecuado para que ante la señal de entrada
que proponemos funcione
correctamente.
¿Cuál crees que es el motivo por el que no funciona el circuito anterior (en caso de que así sea)?
Comprueba conectando un polímetro en los extremos del condensador el valor de la tensión que mides. ¿Qué tipo de medida (valor máximo, eficaz, etc.) estarías haciendo? ¿Se parece a la señal que mides en el osciloscopio? ¿Qué relación existe entre ambas?
a) Con los componentes que tenemos en el circuito pretendemos obtener una señal continua a la salida del mismo. La señal que obtenemos es la siguiente:
La señal es bastante buena. Podemos intentar obtener una continua con menos rizado, aumentando la capacidad del condensador, sin necesidad de cambiar el diodo, puesto que este modelo responde bien hasta frecuencias de 1 MHz.
b) Si colocamos un condensador cuya
capacidad es de 15 000µF, la señal obtenida será:
Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
Es prácticamente como la tensión continua que proporciona una batería.
El circuito funciona correctamente.
Con el polímetro en continua estamos midiendo el valor en continua de la señal en el condensador cuyo valor, al no tener casi rizado, es aproximadamente Amax. La
relación que existe con el valor de la señal visualizada en el osciloscopio es de 2 max A Aef =
Test de repaso
1. a) 2. d) 3. c) 4. a) 5. b) 6. b) 7. c) 8. a) 9. a) 10. a) 11. a)Comprueba tu aprendizaje
Identificar los parámetros y características fundamentales de los circuitos rectificadores y de los filtros analógicos. Verificar el funcionamiento y las medidas fundamentales de los circuitos de rectificación y filtrado.
1. Explica el funcionamiento de un rectificador de media onda y el de un rectificador de puente de diodo, y las diferencias existentes entre ellos.
El rectificador de media onda es un circuito que elimina la mitad de la señal que recibe a la entrada, en función de cómo esté polarizado el diodo. Si está polarizado directamente, elimina la parte negativa de la señal y si está polarizado inversamente, elimina la parte positiva. El rectificador de puente de diodos está formado no por un solo diodo, como el de media onda, sino por cuatro diodos. Es un rectificador de onda completa y se obtiene la onda más rectificada a la salida que la del rectificador de media onda. El valor medio de la tensión rectificada es el doble en un rectificador de doble onda que en el de media onda.
2. Identifica en los siguientes circuitos qué tipo de rectificador son y los componentes utilizados.
Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
a) Rectificador de media onda. Los componentes utilizados son: transformador, diodo y resistencia.
b) Rectificador de onda completa de puente de diodos. Los componentes son: transformador, cuatro diodos o puente de diodos y resistencia.
c) Rectificador de onda completa con transformador. Los componentes son: transformador, dos diodos y un condensador electrolítico.
3. ¿Cuál será la tensión de corriente continua a la salida de un rectificador de media onda si a su entrada se aplica una corriente alterna de 230 V de valor eficaz?
La tensión de corriente continua es la tensión eficaz multiplicada por:
230· 2 325, 26
cc
V = = V
Dividimos este resultado entre dos y obtenemos: VCC = 162,8 V.
4. Identifica en los siguientes circuitos qué tipo de filtro son y los componentes utilizados.
a) Filtro paso bajo.
b) Filtro paso alto.
5. El componente de la figura es un rectificador integrado. Corresponde al modelo 005S:
Se quiere utilizar para realizar la rectificación en una fuente de alimentación, que tiene que proporcionar a la resistencia de carga una corriente de 2 A. La salida del transformador de la fuente proporciona una tensión de 48 V. Consulta la hoja de características y contesta a las siguientes preguntas:
Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
a) ¿Es adecuado este modelo para el circuito propuesto? Justifica la respuesta.
b) En caso de que no se pueda utilizar, elige otro componente acorde con las especificaciones del circuito.
a) No es adecuado porque este rectificador da solo 1 A de salida y para este caso necesitamos 2 A.
b) El componente que podemos utilizar, acorde con las especificaciones del circuito, es un FR205. Las especificaciones serian: El rectificador:
6. En el circuito de la siguiente figura, el transformador T1 está conectado a
la red eléctrica y proporciona una tensión de salida de 24 V.
Dibuja sobre la pantalla del osciloscopio cómo es la forma de onda de la señal que podemos medir en el resistor R1. Explica cómo deben
estar configurados los mandos del osciloscopio para que la medida se pueda realizar de forma correcta.
La señal que se obtiene en el osciloscopio es:
La configuración de los mandos del osciloscopio sería: mando de amplitud en 20 V/div y base de tiempos en 10 ms /div.
7. Dibuja sobre la pantalla del osciloscopio la señal de salida que se obtiene en el resistor del circuito de la figura:
Explica cómo configurar los mandos del osciloscopio para realizar la medida de forma correcta.
La señal obtenida es la siguiente:
Los mandos deben estar configurados igual que en la Actividad 6.
Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
analógicos básicos: rectificadores y filtros.
8. Monta o simula el circuito b del ejercicio 4 de la página anterior y observa la forma de onda que obtenemos a la salida. Calcula la frecuencia de corte (fc).
El circuito, una vez montado en el simulador, es el siguiente: C1 1uF R1 1kΩ XFG1 XSC1 Tektronix 1 2 3 4 T G P
La frecuencia de corte del filtro paso alto que estamos analizando es la siguiente:
6 1 1 159,15 2 2 1000·1·10 c f Hz RC π π − = = =
Todas las frecuencias que superen dicho valor pasarán por el filtro sin problema. Así, si introducimos una señal de 10 Vpp y una frecuencia de 1 KHz, la salida obtenida es:
Pasa, sin ningún problema, por el filtro. Si la señal tiene una frecuencia de 50 Hz, la salida es:
La señal es atenuada por el filtro, al estar por debajo de la frecuencia de corte.
9. Simula el circuito del apartado b del ejercicio 2, poniendo a la entrada del puente de diodos una tensión de 10 Vp. Coloca un condensador en paralelo de 1 nF y comprueba cómo es la señal de salida. Haz lo mismo con un condensador de 470 µF.
Explica las diferencias que observas
en las señales que se ven en el resistor al colocar un osciloscopio.
El primer circuito a simular es el siguiente:
D1 1B4B42 1 2 4 3 R1 1kΩ XFG1 C1 1nF XSC1 Tektronix 1 2 3 4 T G P
La señal obtenida a la salida es la siguiente:
El condensador no es capaz de obtener la envolvente de la señal. Si cambiamos el condensador obtenemos una señal casi continua. Al aumentar la capacidad de condensador, estamos consiguiendo obtener la envolvente de la señal y por tanto se aproxima mucho a una tensión continua:
Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
Aplicar este tipo de circuitos a situaciones reales.
10. Un tweeter es un transductor diseñado para reproducir frecuencias altas desde 2 000 y 3 000 Hz hasta 20 000 Hz o más. ¿Qué filtro utilizaremos para limitar la señal que le llega?
Utilizaremos un filtro paso alto.
11. Un woofer es un transductor encargado de emitir las bajas frecuencias en un altavoz o caja acústica. ¿Qué tipo de filtro utilizaremos para limitar la señal que le llega?
Utilizaremos un filtro paso bajo.
12. Un squawker o midrange es el transductor de un altavoz encargado de reproducir frecuencias medias entre 300 y 5 000 Hz. ¿Qué filtro utilizaremos para que deje pasar sólo las frecuencias medias al altavoz?
Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010