Circuito rectificador (página 2)

Primera parte

 El objetivo de la
primera parte de este trabajo
práctico es analizar y entender el proceso de
descarga de un capacitor. Para ello utilizamos dos capacitares de
distinta capacidad, dos resistores de distinta resistencia, una
llave, el protoboard, un sensor y una interfaz conectada a una
computadora.
Debemos obtener la variación de la carga en un capacitor a
través del tiempo; sin
embargo no contamos con elementos de medición de carga, por lo que nos
proponemos medir la variación de diferencia de potencial a
lo largo de un periodo de tiempo. Para ello utilizamos el sensor
de voltaje conectado a la interfaz. La computadora
(interfaz mediante) mide los datos de ddp que
obtiene el sensor, que son aproximadamente unos 2500 por segundo.
De esta manera estamos en condiciones de medir la
variación de la diferencia de potencial del capacitor a lo
largo del tiempo.

Primeramente averiguamos el valor de la
capacidad de los dos capacitares, y luego obtenemos la
resistencia de los tres resistores mediante el Ohmetro.
Después armamos el circuito en el protoboard de acuerdo a
la figura 1, y ya estamos en condiciones de comenzar la
medición. Antes de que intervenga la interfaz el sensor,
debemos cargar el capacitor. Entonces cerramos el pulsador y el
capacitor se carga con la misma diferencia de potencial que la
fuente. Mantenemos cerrado el pulsador, presionamos el
botón grabar en la computadora y lo abrimos. Al abrir el
pulsador, el capacitor se descarga por la resistencia y los valores de
la diferencia de potencial que esta adquiere pasan a
través del sensor y la interfaz, generando un grafico en
la computadora. En dicho grafico vemos en el eje X la
variación de tiempo, y en el eje Y la variación de
la diferencia de potencial. Esperamos hasta que el capacitor se
descargue totalmente y detenemos la grabación de datos,
así obtenemos el gráfico de variación de la
diferencia de potencial, a través del tiempo. Por ultimo
repetimos el experimento dos veces mas, cambiando las resistencias y
los capacitares, graficando en cada caso, la variación de
la diferencia de potencial a lo largo del tiempo.

Segunda parte

El objetivo de esta parte del Trabajo Práctico es
rectificar una fuente de corriente
alterna. Para ello utilizamos los mismos elementos de la
primera parte, intercambiando el pulsador por un diodo (en el
sentido que deja pasar corriente) y agregando un sensor,
conectado al canal B del interfaz y en paralelo con la fuente de
corriente alterna antes de ser rectificada. De esta manera, con
los 2 sensores, podemos
observar y comparar la variación de diferencia de
potencial a lo largo del tiempo en una corriente alterna y en una
corriente alterna rectificada mediante el proceso utilizado en
el Trabajo
Práctico.

Primero que nada disponemos los elementos como en la figura II
para obtener un circuito rectificador de media onda (ver
gráfico en la introducción), luego obtenemos la
resistencia de los resistores mediante el óhmetro y
averiguamos la capacidad de los capacitaras y luego realizamos el
circuito según la figura III para rectificar la media
onda. Primeramente conectamos el capacitor de menor capacidad en
paralelo con el resistor de menor resistencia y en paralelo con
la fuente alterna. Sin embargo, ahora no medimos en un
gráfico como los de la primera parte del Trabajo
Práctico, sino en un osciloscopio
que muestra el
período de la onda repetido y se actualiza a cada
instante. Esto se debe a que la fuente de corriente alterna tiene
una variación de diferencia de potencial a lo largo del
tiempo alterna, es decir, que oscila entre dos valores
opuestos a lo largo del tiempo. Por ello, se grafica según
una sinusoide en un osciloscopio. Volviendo al proceso de
rectificación, tenemos la resistencia y el capacitor
conectados en paralelo con la fuente de corriente alterna y vemos
en la pantalla el gráfico de ésta y, superpuesto,
el gráfico de la corriente casi rectificada. Así
obtenemos el gráfico segundo de la segunda parte

Para mejorar la rectificación, cambiamos el capacitor
por uno de mayor capacidad y observamos el cambio en el
osciloscopio, que se puede apreciar en el gráfico tercero
de la segunda parte. Finalmente para lograr una
rectificación mucho más eficiente cambiamos el
resistor por uno de mayor resistencia. Observamos la
variación en el osciloscopio, que se puede apreciar en el
gráfico cuarto de la segunda parte.

Procesamiento de datos:
Parte I

Gráfico en el que se ve el tiempo de descarga del
capacitor de 100mF (azul) y de 10mF (rojo) conectados en un
circuito con dos resistencias equivalentes.

Gráfico 2

Un mismo capacitor de 100mF conectado a una resistencia de
150 y 46 ohms (azul y verde respectivamente.

Gráfico 3

Un capacitor de 10mF conectado a una resistencia de 100
ohms y un capacitor de 100mF conectado a una de 56 ohms.

Gráfoc 4

Los casos analizados con anterioridad, todos en el mismo
gráfico.

Segunda Parte:
Rectificación de la onda

Gráfico
1ª

En verde se ve el gráfico correspondiente a la
corriente alterna y en rojo a la rectificación de media
onda. La diferencia se corresponde con la caída de ddp que
ocasiona el diodo

Gráfico 1b

Lo mismo que en el caso anterior, pero con el diodo
invertido.

Gráfico 2

En rojo se ve la rectificación de media onda
más la acción
de las cargas provenientes del capacitor que se agregó al
circuito

Gráfico 3

Lo mismo que en el caso anterior, sólo que con una
combinación de capacidad eléctrica-resistencia que
hace que el capacitor tarde más en descargarse.

Gráfico 4

Por último, vemos el cambio entre la corrente
alterna (color claro) y la
corriente ya rectificada.

Análisis y
conclusiones

Primera parte

Análisis:

A partir de los gráficos correspondientes a la primera
parte de este trabajo se pueden extraer varias conclusiones. En
el primero de los gráficos están comparados dos
circuitos
conformados por resistencias equivalentes y capacitares de
distintas capacidades eléctricas; la curva azul, que tarda
más en descargarse, es la correspondiente al circuito de
mayor capacidad eléctrica.

En el segundo de los gráficos se comparan dos sistemas con una
capacidad igual (de 100  F) pero con resistencias
distintas (de 150 y 46 ). En este caso se ve como, de
sendos capacitores,
el que tarda más en descargarse es aquel situado en el
circuito de mayor resistencia.

El tercero de los gráficos corresponde a dos circuitos
en el que no se ha mantenido ninguna de las variables, por
lo que para estudiarlo mejor es necesario tener a la vista el
cuarto de los gráficos en el que se comparan los tres
circuitos. No se extrae, sin embargo, ninguna nueva
conclusión.

Conclusiones

En base a las observaciones mencionadas con anterioridad
podemos concluir lo siguiente. Una primera conclusión,
entonces, es que el tiempo de descarga de un capacitor aumenta
conjuntamente con la capacidad eléctrica del mismo. (los
valores utilizados están mencionados en los pies de
gráfico)

La segunda conclusión de esta primera parte es que el
tiempo de descarga de un capacitor aumenta conjuntamente con la
resistencia del circuito.

Todos los resultados que se obtuvieron experimentales son
explicables por las características de los instrumentos
que usamos y que ya conocemos. En primer lugar podemos explicar
la relación tiempo de descarga-capacidad eléctrica:
un capacitor consiste en dos segmentos de un material conductor
separados por un material no conductor, como puede ser el
aire, de esta
manera, cada uno de los segmentos acumula cargas cuando se lo
conecta a una fuente de ddp. Lo que caracteriza a un capacitor
dado es su capacidad eléctrica, que nos indica la carga
que acumula dada una determinada ddp. Entonces, si tenemos dos
capacitares distintos, el de mayor capacidad acumulará
más cargas; esto quiere decir que a la hora de descargar
(y siempre que mantengamos la resistencia), aquél con
más cargas tardará más en descargar.

Para explicar la variación en el tiempo de descarga
merced a la variación de la resistencia debemos recordar
el papel de un resistor en un circuito. Un resistor es un
dispositivo que ofrece resistencia al paso de la corriente;
podemos decir, regula la velocidad con
que los electrones se mueven en el circuito. Aclarado esto las
conclusiones son explicables: en dos circuitos con capacitores de
igual capacidad (es decir, que acumulan la misma cantidad de
carga), la diferencia en el tiempo estará dada por el
resistor. El circuito cuyo resistor ofrezca mayor resistencia al
paso de los electrones tardará más en dejar pasar
los electrones del capacitor, por lo que tendrá un mayor
tiempo de descarga.

Segunda parte

Análisis

A partir de lo visto en la primera parte intentamos armar un
circuito rectificador. Los primeros dos gráficos
corresponden a un circuito con un diodo y una resistencia de
1. Lo que se ve en ambos casos es que sólo
están presentes las crestas de uno de los dos sentidos de
la corriente, esto es: puesto de un lado, el diodo sólo
permite el paso de la corriente en el sentido positivo y
viceversa. También es interesante ver como las crestas que
aparecen son un poco inferiores a las crestas no afectadas por el
diodo.

Los gráficos 2 y 3 corresponden a circuitos a los que
se les agregó un capacitor, de 10 o de 100 mF
respectivamente. El gráfico resultante es, de alguna
manera, la superposición de uno de los gráficos
vistos en la parte primera del trabajo con el gráfico 1 a
de esta segunda parte. En los intervalos en los que el diodo
impide el paso de la corriente, el capacitor se descarga y son
esas las cargas que logran cerrar el circuito. Nótese que
el circuito tarda más en descargarse cuando usamos el
capacitor de mayor capacidad, como hubiéramos predicho a
partir de los resultados de la primera parte.

El último de los gráficos es el que corresponde
al circuito con diodo, capacitor de 100mF y resistor de
150. Como se puede observar, la corriente alterna que
proviene de la fuente fue rectificada a partir de nuestro
circuito. En este último caso, al aumentar la resistencia
con respecto al cirucito anterior, logramos aumentar el tiempo de
descarga del capacitor, por lo que las cargas del mismo alcanzan
para mantener la circulación mientras el diodo impide el
paso de un sentido de la corriente y hasta que el otro sentido
comience a correr.

Conclusiones

La razón de la diferencia de altura entre las crestas
la podemos buscar en el comportamiento
del mismo diodo; se mencionó en la introducción
cómo este último deja pasar corriente sólo a
partir de cierta ddp, lo que implica que siempre que se usa un
diodo habrá una caída en la ddp, debido al
comportamiento del mismo.

La conclusión primordial de esta segunda parte es que
es posible rectificar una corriente alterna si uno construye un
circuito que conjugue correctamente las variantes resistencia y
capacidad eléctrica. Para construir dicho circuito es
menester recordar lo que se hizo en la primera parte, en la que,
a modo de conclusión, se extrajo que a mayor capacidad
eléctrica y a mayor resistencia, un capacitor terda
más en descargarse. Este tiempo de descarga es el que va a
suplir a la fuente mientras ésta mande corriente en el
sentido al que el diodo se opone: por eso es importante que el
tiempo de descarga sea el justo.

Como una última conclusión cabe aclarar que este
circuito rectificador sirve en principio para la corriente
alterna con la que estamos trabajando (220V y 50 Hz), pero si,
por ejemplo, la frecuencia fuera mayor, es decir, si hubiera que
esperar más tiempo entre cresta y cresta,
necesitaríamos que el tiempo de descarga fuera aún
mayor, por lo que habría que aumentar o bien la
resistencia del circuito o bien su capacidad.

Autor:

Agustín Garrido