Circuito rectificador (página 2)

Realizamos el mismo procedimiento
pero cambiando de resistencia,
usamos ahora la de 217 kΩ. Es necesario esperar el mismo
tiempo (2 s)
luego de haber comenzado la grabación y antes de soltar el
pulsador, porque a continuación haremos un gráfico
comparativo de ambas mediciones (gráfico 1) con el objeto
de comparar ambas curvas. De este modo, obtuvimos la curva roja
que se muestra en el
gráfico 1.

Una vez guardado este gráfico, llevaremos a cabo una
nueva medición para realizar el segundo
gráfico: cambiando el capacitor por el de 100 μF y la
resistencia por la de 217 kΩ. Obtenida esta curva, de
color azul,
volvimos a medir, pero cambiando el capacitor, por el de 10
μF, manteniendo la resistencia. Así obtuvimos la curva
roja. ésta la ponemos en un mismo gráfico con la
primera y confeccionamos así el gráfico 2.

Con el objetivo de
comparar, pusimos en un mismo gráfico las curvas
correspondientes al capacitor de 10 μF con ambas resistencias
(217 kΩ y 46 kΩ) (rojo y verde correspondientemente)
y al capacitor de 100 μF con la resistencia de 217 kΩ
(curva azul). Este será el gráfico 3.

Segunda parte: circuito rectificador

Para realizar esta parte del trabajo
utilizamos el protoboard conectado al generador de onda que
suministrará una ddp variable en el tiempo de forma
sinusoidal (fuente de corriente
alterna).

Para comenzar, armamos un circuito como figura en la figura 2,
que constará de una resistencia de 1 kΩ, un diodo
conectado en serie a la misma y los dos sensores de
voltaje conectados uno en paralelo a la resistencia y el otro a
la fuente.

R: resistencia

D: diodo

E: fuente

Figura 2: esquema del circuito rectificador.

Al encender la fuente y pulsar "Monitorear" en la ventana del
programa
"Science Workshop", archivo
RECTIFIC.sws, obtenemos un gráfico de V = f (t) que
muestra dos curvas diferentes: la verde (voltaje de entrada) es
una función
sinusoidal continua, y corresponde a los datos recogidos
por el sensor conectado a la fuente; la roja (voltaje de salida),
corresponde a los datos obtenidos de la resistencia. Esta segunda
coincide con la primera en los valores
positivos, y presenta mesetas en 0 cuando la otra está en
los valores
negativos (gráfico 4). Luego conectamos al revés el
diodo, obteniendo el gráfico 5, similar al 4 pero que
presenta meseta cuando la ddp es positiva y máximos cuando
es negativa. Estos dos gráficos corresponden a rectificaciones de
media onda.

Tras grabar los gráficos, agregamos al circuito, en
paralelo a la resistencia, un capacitor de 10 μF, como muestra
la figura 3, para estudiar una diferente rectificación que
la anterior.

R: resistencia

D: diodo

C: capacitor

E: fuente

Figura 3: esquema del circuito utilizado para estudiar
el circuito rectificador mejorado.

Nuevamente hacemos circular corriente alterna, y apretamos
"Monitorear", para obtener el gráfico 6. En él, la
curva verde representa nuevamente el voltaje de entrada, mientras
que la curva roja, el de salida. En este caso no presenta mesetas
en 0, sino pequeñas hipérbolas descendentes
correspondientes a la descarga del capacitor cuando el diodo
impide el paso de corriente y luego retoma la curva sinusoidal
cuando sí circula corriente.

Ahora, trabajando con la misma resistencia pero con el
capacitor de 100 μF, repetimos la medición obteniendo
el gráfico 7. En este nuevo gráfico encontramos
caídas cuando el diodo no permite el paso de corriente
pero son mucho menores que en el caso anterior.

Finalmente, con el fin de optimizar el resultado y así
obtener el gráfico 8, cambiamos la resistencia por la de
217 kΩ y utilizamos el mismo capacitor que el caso del
gráfico 7. Así, logramos definitivamente rectificar
la corriente.

Resultados
experimentales:

Gráfico 1:

Verde: R = 46 kΩ y C = 10 μF

Roja: R = 217 kΩ y C = 10 μF

Gráfico 2:

Rojo: R = 217 kΩ y C = 10 μF

Azul: R = 217 kΩ y C = 100 μF

Gráfico 3:

Tres curvas juntas: azul: C = 100 μF; R = 217 kΩ.

               
       
       roja: C = 10 μF; R =
217 kΩ.

       
               
       verde: C = 10 μF; R
= 46 kΩ.

Gráfico 4:

Verde: voltaje de entrada

Roja: voltaje de salida

R = 1 kΩ

Gráfico 5:

R = 1 kΩ

Gráfico 6:

R = 1 kΩ

C = 10 μF

Gráfico 7:

R = 1 kΩ

C = 100 μF

Gráfico 8:

R = 217 kΩ

C = 100 μF

Todos los gráficos del trabajo práctico
representan V = f (t). Para la primera parte del trabajo podemos
observar que a mayor resistencia, mayor tiempo de descarga del
capacitor; esto mismo ocurre cuanto mayor es la capacidad del
mismo, trabajando con una misma resistencia. Vemos además
que la función que describe el capacitor al descargarse es
exponencial.

Los gráficos correspondientes a la segunda parte del
trabajo práctico nos muestran las diferentes maneras de
rectificar una corriente alterna, y los diferentes grados de
rectificación logrados con diferentes elementos. Vemos que
al utilizar únicamente el diodo y la resistencia se
obtiene un peor resultado que combinándolo con un
capacitor, dado que en el gráfico 6 no presenta mesetas en
0. Al aumentar C en el gráfico 7, la diferencia entre
mínimos y máximos resulta ser menor que en el
gráfico anterior; pero de todas maneras, la mejor la
rectificación la obtenemos aumentando también R: en
el gráfico 8 no observamos mesetas en 0 ni
variaciones.

Conclusiones

Como en el trabajo
práctico necesitamos saber la capacidad de carga que tiene
cada capacitor, pero no contamos con un instrumento para medirla,
usamos la relación entre la ddp y la carga que es C =
Q/V.

El capacitor, en su descarga, describe una función que
nosotros aproximamos a una exponencial decreciente que presenta
una asíntota en 0, es decir que el capacitor, según
nuestra apreciación sobre las exponenciales nunca presenta
un valor de 0. Su
descarga completa depende de la escala del
elemento utilizado para realizar la medición. Esta
función asintótica no tiene una velocidad de
descarga igual en la primera mitad que en la segunda, sino que la
descarga es más rápida en la primera mitad y
más lenta en la segunda. Debido a la dificultad para
establecer cuándo la ddp es igual a 0 (el tiempo es
infinito si nos atenemos a la exponencial), por convención
se estableció el tiempo característico para
poder hacer
una comparación entre diferentes tiempos de descarga.
éste se obtiene trazando la recta tangente al punto
máximo de la curva, que determina un valor en el eje de
las abscisas (t), que corresponde a un valor de ddp equivalente
al 68 % de la disminución de la misma.

Cuando se utiliza una misma resistencia, pero cambiamos el
capacitor por uno diferente, se observa una diferencia en la
curva, observable en el gráfico 2. El tiempo de descarga
es mayor para una mayor capacidad del elemento, debido a que este
último puede almacenar una mayor cantidad de cargas y por
lo tanto, si se encuentra con la misma oposición al paso
de corriente que en el otro caso, precisa más tiempo para
descargarse. Así, el capacitor de C = 100 μF emplea
más tiempo que el de C = 10 μF.

Por otro lado, cuando se usa un mismo capacitor (de 10 μF)
pero resistencias diferentes (gráfico 1) se presenta
nuevamente una variación en el tiempo de descarga.
éste es mayor cuando se usa una resistencia de mayor valor
dado que presenta una mayor oposición al paso de cargas,
disminuyendo la intensidad (I = Q/t = V/R). Q es la carga en el
capacitor. Es decir que a una misma capacidad de carga, la
corriente es diferente.

Como conclusión general podemos sacar que tanto a mayor
capacidad como a mayor resistencia, mayor es el tiempo de
descarga.

Ya en la segunda parte, analizamos que si se conecta el diodo
como fue explicado primeramente, al comparar el V resultante con
la ddp de la fuente presentará máximos en sus
curvas positivas y mesetas en 0 para los valores negativos ya que
en estos casos el diodo opone una resistencia infinita al paso de
corriente. Cuando se conecta en la segunda posición ocurre
lo mismo pero invertido, presentando mesetas en los intervalos
que anteriormente presentaban máximos y viceversa.

Con el capacitor conectado en paralelo a la resistencia, la
intensidad de la corriente se divide en 2 cuando el diodo permite
su circulación: una parte carga el capacitor y la otra
pasa por la resistencia. Si el diodo no la permite, la
circulación sólo se produce en la sección
donde están unidos el capacitor y la resistencia debido a
que el primero se descarga a través de la segunda.

La curva, cuando los tres elementos se encuentran en el
circuito (circuito rectificador mejorado), tiende a rectificarse
o lo hace (dependiendo de las características de la
resistencia, del capacitor y del elemento de medición).
Esto implica que en los intervalos de tiempo donde el diodo
impide el paso de corriente el capacitor se descarga, otorgando
una ddp al circuito que desciende exponencialmente y que asciende
nuevamente al reanudarse la circulación de corriente.

Trabajando con una misma resistencia se aprecia que la
rectificación es más eficaz a mayor C, y al hacerlo
con un mismo capacitor, lo es a mayor R. Esto ocurre por las
razones antes explicadas. Es por esto que seleccionamos la
resistencia más grande y el capacitor de mayor capacidad
entre los ofrecidos para optimizar la rectificaión: el
tiempo característico de este capacitor es mayor por ser
la oposición al paso de corriente más grande.

Para optimizar la rectificación es necesario un tiempo
de descarga mucho mayor que el tiempo de variación o el
período de la fuente. De esta forma logramos que la
descarga disminuye muy poco en el intervalo de tiempo que el
diodo no permite la circulación de corriente.

Autor:

Agustín Binora