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PRÁCTICA 13: CORRIENTE ALTERNA. OSCILOSCOPIO. RECTIFICADORES Teoría 1: Corriente alterna (c.a.) La corriente alterna es aquella que se caracteriza por cambiar constantemente su valor instantáneo, además de circular en ambos sentidos. En el uso normal o doméstico, decimos que tiene forma senoidal. Por tanto, existe una repetición de sus valores en el tiempo. Por ello, hay unos valores que la caracterizan: periodo, frecuencia, valor máximo, valor mínimo y valor eficaz.
Ciclo: conjunto de valores que se repiten periódicamente. Nota: en el gráfico, vemos como la señal toma un valor 0, asciende hasta llegar a un valor máximo, desciende, vuelve a hacerse 0, se hace negativo hasta alcanzar un valor mínimo. A continuación asciende para volver a anularse. A partir de ahí se repite. Periodo (T): tiempo que tarda en producirse un ciclo. Suele medirse en segundos. Frecuencia (f ó ): número de ciclos que se produce por unidad de tiempo. Si la unidad de tiempo es el segundo, la unidad de frecuencia es el hercio (Hz).
Valor máximo: máximo valor que llega a tener la señal. Se repetirá cada período. Valor mínimo: valor mínimo que llega a tener la señal. Es el mismo que el valor máximo, con la peculiaridad que va en sentido contrario. Se repetirá cada período. Valor máximo= - Valor mínimo Valor eficaz: debido a que la señal cambia constantemente de valor, se toma uno como valor representativo. La razón que elegirse el eficaz, es que si una resistencia fuera puesta a esos valores eficaces de tensión e intensidad, disiparía la misma cantidad de calor que si tuviera esos mismos valores en corriente continua.
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Teoría 2: Osciloscopio Un osciloscopio es un aparato de medida que permite visualizar las señales y su variación en el tiempo. Su uso es algo complejo. Aquí podemos ver de forma resumida su funcionamiento.
En la pantalla sale la señal. Contando el número de cuadrados en el eje horizontal (la escala la podemos variar) tendremos el periodo. Contanto el número de cuadrados en el eje vertical (la escala podemos variarla) tendremos los valores instantáneos de la señal. Teoría 3: Osciloscopio en Multisim. Multisim ofrece un osciloscopio, que aunque difiere bastante de tener uno original, da una idea aproximada de sus conceptos más importantes. Ante todo sirve para medir TENSIONES, y podemos ver la variación de la misma respecto al tiempo. 1- Si se usa una pila como fuente de alimentación. Al ser tensión constante, sabemos que no cambia respecto al tiempo, por tanto, veremos una línea recta.
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El osciloscopio tiene dos entradas (A y B), por lo que permite medir simultáneamente dos tensiones (Multisim también ofrece otro de cuatro entradas). En la entrada A hay dos símbolos + y -. Al conecta ambos a cada extremo de la pila se vería la siguiente imagen:
La línea blanca es el eje del tiempo. La línea roja es la tensión; como es constante es un línea recta paralela a la del tiempo. Si midiésemos la distancia entre ambas líneas tendríamos el valor de la tensión. En un osciloscopio normal contaríamos el número de cuadros y nos fijaríamos en la escala (que indica 5 V/Div), pero aquí ya vemos que en la pantalla indica 12 V (valor de la pila). o Se puede probar a cambiar el valor de la pila, y variar las escalas en el Canal A. 2- Para medir simultáneamente dos señales se tienen dos entradas en el osciloscopio. 3- Si se instala una fuente de c.a. en el osciloscopio se observa otro tipo de señal. Se obtiene una señal senoidal. Como vemos se repite periódicamente. Variando la escala, podremos hacer “zoom” a la señal. Existen dos líneas horizontal que sirven para tomar medidas. Cada una de las líneas de medida nos dará el valor de la tensión instantanea así como del tiempo transcurrido. El osciloscopio calcula automáticamente la diferencia entre ambas medidas (T2T1), tanto de tensiones como de tiempos.
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Puedes tomar las siguientes medidas: o Tensión máxima. o Tensión mínima. o Calcula la tensión eficaz. o Medir el período. o Calcular la frecuencia.
Práctica 1: El osciloscopio de Multisim. Realiza con Multisim el siguiente esquema.
Mide la tensión máxima. Mide la tensión mínima. Calcula la tensión eficaz. Comprueba con el polímetro que la medida coincide con la calculada. Mide el periodo. Calcula la frecuencia.
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Práctica 2: El osciloscopio. Realiza el esquema anterior ayudándote de una placa Ariston. Realiza las siguientes medidas. Mide la tensión máxima. Mide la tensión mínima. Calcula la tensión eficaz. Comprueba con el polímetro que la medida coincide con la calculada. Mide el periodo. Calcula la frecuencia. Teoría 4: El diodo El diodo es un elemento que deja pasar corriente en un sentido, pero no en el contrario. Por tanto, decimos que tiene polaridad. Así que conviene saber cuál será su ánodo y cuál su cátodo.
Un diodo produce una caída de tensión aproximada de 0´7 V, que debemos tener en cuenta, pues a veces los resultados reales no coinciden con los ideales. El diodo es un elemento muy útil para garantizar que a elementos que funcionan con corriente continua sólo les llegue la corriente continua. Teoría 5: El rectificador de media onda Un rectificador es un circuito que convierte la señal de corriente alterna (que varía en el tiempo y cada semiperiodo circula en un sentido) en corriente continua (si entendemos por continua que también varíe en el tiempo pero siempre en el mismo sentido). El rectificador de media onda logra que en los semiperiodos negativos no circule corriente. Se logra fácilmente conectando un diodo en serie con el resto del circuito.
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D2 V1
Ext T rig +
D IOD E _V IR T U A L
_ B
A
120 V rms 60 H z 0°
+
_
+
_
R1 1k Ω
Observa la señal de salida, similar a la que vemos debajo.
Efectivamente, no hay señales negativas, es decir, no circula corriente en sentido inverso. Práctica 3: Rectificador de media onda Con la ayuda de un diodo y la placa Ariston, realiza la práctica vista en la teoría anterior.
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Teoría 6: Rectificador de onda completa. El rectificador de media onda tiene un problema fundamental. Durante medio ciclo su tensión vale 0 V. Para evitarlo, tenemos el rectificador de onda completo. Una forma de conseguirlo es el puente de diodos.
El puente de diodos se puede encontrar ya encapsulado, o podemos hacerlo con 4 diodos.
La señal que lograremos en la salida será la que sigue:
Es una señal que siempre va en el mismo sentido, aunque varía constantemente su valor. Se puede considerar ya como una señal de tensión continua, si bien es verdad que para algunos autores, continua sería que el valor fuese fijo en el tiempo. 7
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Veamos su funcionamiento. Primer semiciclo:
Como hay diodos que quedan abiertos, el camino que siguen sólo puede ser el de la línea roja gruesa. Es importante apreciar el sentido de la flecha en la resistencia. Va hacia abajo. Segundo semiciclo:
De nuevo hay diodos que se abren, por lo que el único camino es el de la figura. 8
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Vemos que la corriente en la carga tiene el mismo sentido. Por tanto ambos casos tienen la misma polaridad, y la corriente siempre circula en el mismo sentido. Práctica 4: Rectificador de onda completa Multisim Realiza un rectificador de onda completa y observa su resultado con el osciloscopio. Práctica 5: Rectificador de onda completa. Realiza un rectificador de onda completa y observa su resultado con el osciloscopio. Práctica 6: (Opcional). Rectificador de onda trifásica. Intenta realizar un rectificador trifásico de onda completa.
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