El rectificador d'ona completa i la font d'alimentació estabilitzada en paral·lel utilitzant el díode Zener

Aquesta imatge a estat capturada del llibre d’electrònica de la editorial edebé escrit per E.Marco, I.Doñate i J. Campos

NOTA IMPORTANT: Per a realitzar aquesta pràctica cal haver-ne fet alguna de les anteriors.

Matèries: Tecnologia industrial, electrotècnia, electrònica i informàtica

Objectius i continguts operatius de l’activitat:

- Utilitzar correctament l’oscil·loscopi i el voltímetre basats en PC.
- Mesurar tensió màxima, mínima, mitja i eficaç, etc
- Comprendre el significat de corrent continu, pulsatiu, i altern
- Mesurar temps, períodes, freqüències i  resistència elèctrica.
- Capturar imatges del senyal visualitzat per incloure-les dins un informe
- Comprendre la diferència entre valors instantanis i valors eficaços o mitjos.
- Conèixer i comprendre el díode semiconductor, el díode zener i les seves característiques.
- Dissenyar i muntar una font d’alimentació senzilla.
- Reconèixer els valors dels resistors a partir dels codis de colors.
- Interpretar i elaborar esquemes electrònics senzills.
- Comprendre els fenòmens de la rectificació, filtració de corrent utilitzant condensadors i estabilització utilitzant un díode Zener.

Material necessari:

- Un transformador de 220V a 24V, 18V, 12V, o  9V o qualsevol altre valor entre aquests.
- Vàries resistències elèctriques.
- Quatre  díodes semiconductor tipus 1N4004 o similar.
- Un díode Zener de 9V i ½ W.
- Varis condensadors electrolítics.
- 2 sondes de mesura per a l’oscil·loscopi.
- Soldador i estany, o bé una placa de muntatge de components electrònics per inserció, o bé regletes de connexió. També es poden utilitzar els mòduls de galileo 2000 o d’altres.
-  L’ordinador preparat amb la tarja de l’oscil·loscopi i el programari correctament instal·lats.
- Tornavisos, pela cables, i altres eines i elements comuns disponibles a l’aula de tecnologia de batxillerat.

Procediment:

. En Primer lloc dissenyarem el nostre circuit però l’anirem muntant per etapes per tal d’anar veient que succeeix amb els senyals  de sortida. Aquest, quan estigui muntat del tot, correspondrà a aquest esquema que presentem. També el podem veure dividit en blocs funcionals.

Aquesta imatge a estat capturada del llibre d’electrònica de la editorial edebé escrit per E.Marco, I.Doñate i J. Campos
 
 
 
 

Amb aquest circuit no només tindrem un corrent continu filtrat a la resistència de càrrega Rc, sinó que el tindrem estabilitzat a una tensió constant de 9V (tensió del díode Zener). Aquest tipus de fonts tenen l’inconvenient que el díode Zener està constantment dissipant energia fins i tot quan es desconnecta la càrrega, ja que en aquest darrer cas, tota la intensitat passarà pel díode. En cas de curtcircuit a la sortida, si Rs pot dissipar tota la potència la font aquesta no patirà cap dany.

Alhora de fer els càlculs hem de procurar que la intensitat mínima que circuli pel Zener estigui entre 1 i 20 mA per tal de garantir-ne el seu bon funcionament. El Valor de Rc l’obtenim directament aplicant la llei d’ohm (sabem el valor de la tensió i la intensitat la tenim definida a l’esquema).

El valor de la resistència Rs ha de ser tal, que tenint en compte la tensió disponible a la sortida del filtre, i la tensió del Zener la intensitat resultant que la travessi no pugui danyar el díode. En altres paraules, com que el díode zener pot disipar només ½ Watt i treballa a 9V podem saber directament la intensitat màxima que podrà suportar. El cas més desfavorable pel zener és quan la font està connectada sense la resistència de càrrega Rc. En aquest cas tota la intensitat que travessi Rs passarà pel Zener. Amb el dit fins aquí i amb el vist en altres pràctiques crec que tens suficient dades per dissenyar totalment el circuit.

Recorda comprovar quina serà la potència a dissipar per les resistències. Si aquesta no és la adequada se’t poden cremar quan posis el dispositiu en marxa.

. Tot seguit muntarem i connectarem els components corresponents al rectificador d’ona completa (transformador i pont rectificador) seguint l’esquema anterior, de forma que no quedi cap superfície metàl·lica accessible  a 220V. També afegirem una resistència de càrrega, degudament dimensionada, per tal de poder visualitzar el senyal obtingut. Recorda comprovar quina serà la potència a dissipar per aquesta resistència. Aquest connexionat cal que sigui inspeccionat pel professor per tal d’evitar possibles accidents. El muntatge pots fer-lo de varies maneres (soldant, recletes, placa de muntatge, elements de Galileo, etc.) depenent dels components,  material i eines  disponibles a l’aula. L’esquema del muntatge parcial resultant i el seu funcionament és el següent:
. Seguidament mourem l’interruptor lliscant de color vermell que hi ha a la sondes, fins la posició X1.

. Situant-nos darrera l’ordinador, connectarem les sondes als Canals 1 i 2 de la tarja de l’oscil·loscopi. En aquest punt també cal la supervisió del professor.

. Posarem en marxa l’ordinador i l’oscil·loscopi (explicat a l’apartat amb el mateix nom) i endollarem la presa de corrent del primari del transformador als 220V.

.En primer lloc connectarem la sonda del canal 1 al secundari del transformador per visualitzar quina és la tensió de sortida que tenim realment.

. Ara hem d’ajustar la base de temps i l’amplificador vertical per tal d’obtenir una correcta visualització del senyal (vist en pràctiques anteriors). Cal verificar que el canal 1 estigui seleccionat i recordem de fixar l’acoblament a AC (ja que treballem amb un senyal altern).

. Tot seguit hem de mesurar (seguint les explicacions dels apartats corresponents), tensions, freqüència i període. No oblidis d’utilitzar el Voltímetre per mesurar el valor eficaç. La visualització serà quelcom similar a les imatge que segueix.

. També has de capturar la imatge del senyal visualitzat i i les dades numèriques corresponents per a incloure-les posteriorment al teu informe (vist en pràctiques anteriors com fer-ho). Pots desar aquesta i altres captures que facis més endavant a un document de Word o Excell per utilitzar-les posteriorment.

. Tot seguit canviarem l’acoblament a DC (ja que treballem amb senyals polsants) i desconnectaràs la sonda del secundari del transformador i la connectaràs entre les bornes de R i seguint les pautes anteriors visualitzaràs, mesuraràs el senyal  i el capturaràs per al teu informe. La imatge que obtindràs serà similar a aquesta.

. A continuació trauràs la sonda dels bornes de R i la connectaràs en bornes d’un dels díodes, i seguint les pautes anteriors visualitzaràs i mesuraràs el senyal  i el capturaràs per al teu informe. Si vols visualitzar dues senyals alhora pots utilitzar el canal 2.La imatge serà com  aquesta.

. Ara muntarem al circuit Rs i  el díode Zener però encara no el condensador de filtre. Es tracta de visualitzar l’efecte de retallador de senyal que provoca el Zener. Recorda que el càtode del zener ha de muntar-se a la part positiva del rectificador i l’ànode a la negativa. Seguint les pautes anteriors visualitzaràs i mesuraràs el senyal  i el capturaràs per al teu informe. La imatge serà com  la de sota.

. Ja per acabar connectarem un condensador electrolític  a la sortida del pont rectificador. Cal fixar-se amb la polaritat del condensador. Obtindrem un aplanament del senyal. Aquesta funció d’aplanament del senyal de corrent pulsatiu per obtenir corrent continu s’anomena filtrat. Com pots comprovar cal un bon filtrat (un condensador amb capacitat elevada i normalment voluminós) per arribar a obtenir un corrent continu amb molt poc rissat.  Que la recta sigui més o menys plana depèn del valor del condensador. Pots provar diferents valors de capacitat i visualitzar el fenomen. La figura que segueix  ha estat obtinguda utilitzant un condensador de 1000 microfarads.

. No oblidis de capturar i d’incloure aquestes mesures i visualitzacions finals de la font d’alimentació amb rectificador d’ona completa, filtre de condensador i estabilitzada en paral·lel per un díode Zener, al teu informe.
 
 
 
 
 

Normes de seguretat:

En aquesta pràctica treballem a 220V en el primari del transformador, una tensió que com tu ja saps és potencialment perillosa. Per aquesta raó cal respectar les següents normes:

- No connectar la presa de corrent fins que el professor hagi verificat la seguretat del muntatge.
- No mantenir  la presa de corrent connectada més temps del necessari.
- Complir les normes de seguretat de l’aula de tecnologia pel que fa a l’ús de les eines i aparells.
- Sobretot vigila  en cas d’utilitzar el soldador ja que un descuit pot provocar-te una cremada molt dolorosa.

Conclusions:

Com a conclusió del treball pràctic has de presentar un informe (utilitzant l’ordinador) on s’han d’incloure entre d’altres els següents punts i/o continguts:

- Introducció, on comentaràs objectius o altres aspectes del desenvolupament de la pràctica
- Mètodes de treball utilitzats
- El teu disseny amb càlculs i esquemes.
- Explicació del muntatge i el seu funcionament pas a pas.
- Valors mesurats: tensió màxima, mínima, mitja i eficaç, temps, període i freqüència.
- Gràfics i dades dels senyals visualitzats
- Comparació dels valors obtinguts respecte als que teòricament esperaves seguint la teoria del funcionament del díode, el pont rectificador i el Zener.
- Incidències i dificultats que has tingut en el desenvolupament de la pràctica.
- Valoració personal del que has après amb inclusió dels comentaris que creguis oportuns.

Orientacions:

No cal que modifiquis els valors de dispar per a la visualització del senyal, però en cas que ho facis veuràs que no fan variar els resultats finals. La senyal de dispar o “trigger” ens defineix el moment a partir del qual l’oscil·loscopi comença a prendre dades per visualitzar el senyal. Hi ha varis comandaments a l’oscil·loscopi per tal d’ajustar aquest dispar. Aquests ajustos s’apliquen per altres tipus de senyals més difícils de visualitzar.

La funció  promitjat permet escollir el nivell de promitjat del senyal. Es poden promitjar 1, 2, 4 o 8 captures. Això pot ser útil per senyals amb molt soroll. En aquesta pràctica cal que estigui a 1 si no volem que el senyal se’ns distorsioni.

Aprofita per repassar el funcionament dels ponts rectificadors, i el díode zener , etc., si ja els has estudiat abans, o en cas contrari, demana al professor que t’ampliï la informació que en tinguis.

Hauràs de consultar els fulls de dades o obtenir informació  tècnica dels components utilitzats, demana-ho al professor.