circuitos rectificadores

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2008

Diana Ovalle-40056

Sistema de Gestión de la Calidad




16-julio-2008

Control del Documento

Nombre Cargo Dependencia Firma Fecha

Autores Diana Ovalle. Alumno

Centro de Gestión de Mercados, Logística y


16-julio-08

Revisión Ing. José Méndez Instructor

Centro de Gestión de Mercados, Logística y


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Circuito rectificador:

Es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio.

Circuitos rectificadores de onda completa.

Un rectificador de onda completa convierte la totalidad de la forma de onda de entrada en una polaridad constante (positiva o negativa) en la salida, me-diante la inversión de las porciones (semiciclos) negativas (o positivas) de la forma de onda de entrada. Las porciones positivas (o negativas) se combi-nan con las inversas de las negativas (positivas) para producir una forma de onda parcialmente positiva (negativa).

Rectificador de onda completa mediante dos diodos con trasformador de punto medio

Figura 2.- Circuito rectificador de K onda completa

El circuito, representado en la Figura 2, funciona como sigue:

El transformador convierte la tensión alterna de entrada en otra tensión alter-na del valor deseado, esta tensión es rectificada durante el primer semiciclo por el diodo D1 y durante el segundo semiciclo por el diodo D2, de forma que a la carga R le llega una tensión continua pulsante muy impura ya que no es-tá filtrada ni estabilizada.

En este circuito tomamos el valor de potencial 0 en la toma intermedia del transformador.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Fullwave.rectifier.en.png





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Rectificado de Media Onda

Objetivos

1.- Analizar el funcionamiento de un rectificador de media onda utilizando diodos de estado sólido.

2.- Medir las tensiones de entrada y salida de un rectificador de media onda.

3.- Comparar las formas de onda a la entrada y salida del circuito rectificador.

4.- Distinguir entre los valores RMS, el valor pico y el valor promedio de la señal dada.

Introducción

Diodo rectificador.

El diodo más antiguo y utilizado es el diodo rectificador que conduce en un sentido, se opone a la circulación de corriente en el sentido opuesto.

- Polarización directa de un diodo. Si se conecta la fuente de tensión al diodo de forma que el potencial negativo este unido al cátodo y el positivo al ánodo se dice que el diodo está en polarización directa. Al aplicar está tensión el diodo conduce.

- Tensión de codo, de partida o umbral. Es la tensión, en polarización directa, por debajo de la cual la corriente es muy pequeña (menos del 1% del máxi-mo valor nominal). Por encima de esta tensión la corriente sube rápidamente. Esta tensión es de 0,2-0,3 V en los diodos de germanio y de 0,6-0,7 V en los de silicio.

- Resistencia interna. Cuando el diodo trabaja en la zona de polarización di-recta, con pequeñas variaciones de tensión la corriente aumenta rápidamen-te, lo único que se opone al paso de la corriente es la resistencia de las zo-nas "p" y "n". A la suma de estas resistencias se le llama resistencia interna del diodo, rB = rp + rn. El valor de esta resistencia depende del nivel de do-pado y del tamaño de las zonas "p" y "n". Normalmente la resistencia de los diodos rectificadores es menor de 1 ohmio.

Aproximaciones del diodo rectificador.

- Primera aproximación: el diodo ideal.

Es la aproximación más simple. Se utiliza para obtener respuestas rápidas y es muy útil para la detección de averías. Esta aproximación consiste en su-

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poner que en la zona directa el diodo se comporta como un conductor perfec-to, resistencia nula y en la zona inversa como un aislante perfecto, resisten-cia infinita. Cuando la tensión es muy elevada y la corriente muy pequeña el diodo real se comporta como un diodo ideal.

- Segunda aproximación.

En esta aproximación se tiene en cuenta la tensión de codo. Cuando menor es la tensión aplicada mayor es el error que se introduce con el modelo ideal, por lo cual este puede ser útil.

- Tercera aproximación.

Se tiene en cuenta la resistencia interna del diodo, rB, además de la tensión de codo.

Una vez que el diodo entra en conducción se considera que la tensión au-menta linealmente con la corriente.

Especificaciones de un diodo rectificador.

- Tensión inversa de ruptura: la tensión inversa de ruptura es la máxima ten-sión en sentido inverso que puede soportar un diodo sin entrar en conduc-ción; esta tensión para un diodo rectificador es destructiva, por ello cuando se diseña un circuito siempre se utiliza un factor de seguridad que no está determinado, sino que depende del diseñador, así por ejemplo, si la hoja de características de un diodo expresa un valor para la tensión inversa de ruptu-ra de 80 V, un diseñador muy conservador puede utilizar un factor de seguri-dad de 2. El diodo no soportará, en ningún caso, tensiones inversas superio-res a 40 V.

- Corriente máxima de polarización directa: es el valor medio de corriente para el cual el diodo se quema debido a una excesiva disipación de potencia. Este valor nunca se debe alcanzar, por ello, al igual que en el caso de la ten-sión inversa de ruptura se utiliza en diseño un factor de seguridad que suele ser 2. Este valor está expresado en la hoja de características del diodo referi-do a alimentación monofásica, carga resistiva, 50 o 60 Hz y a 75 ºC de tem-peratura.

- Caída de tensión con polarización directa: esta medida se realiza con una señal alterna y se obtiene la caída de tensión con polarización directa, para un valor determinado de corriente y una temperatura de 25 ºC.

- Corriente inversa máxima: es la corriente con polarización inversa para una tensión continua determinada que viene indicada en la hoja de característi-

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cas del diodo. El valor de la corriente inversa se da para diferentes tempera-turas.

Rectificación

Un circuito rectificador es un circuito que convierte potencia de ca en poten-cia de cc con el cual se puede suprimir la fuerza electro motriz inversa o bien disponer las conexiones del circuito de modo que las dos mitades de la onda circulen en el mismo sentido en el circuito receptor.

Hay muchos circuitos rectificadores diferentes, que producen grados varia-bles de alisamiento en su salida de cc.

Existen tres configuraciones básicas de rectificadores que son las siguientes:

media onda

onda completa con derivación central

onda completa

Una buena medida del alisamiento del voltaje de cc que sale de un circuito rectificador es el factor de rizado. El porcentaje de rizado en una fuente de potencia de cc se define como la relación del valor rms de los componentes de ca en el voltaje suministrado, con el valor de cc del voltaje.

En donde VCArms, es el valor rms de los componentes de ca del voltaje de salida y VCC es el componente de cc del voltaje en la salida. Cuanto más pe-queño sea el factor de rizado en una fuente de alimentación, más suave la forma de la onda resultante cc.

El componente de cc del voltaje de salida Vcc, es muy fácil de calcular, pues-to que es justamente el promedio del voltaje de salida del rectificador:

El valor rms de la parte de ca del voltaje de salida es más difícil de calcular, puesto que el componente de cc del voltaje debe sustraerse primero. Sin em-bargo, el factor de rizado r puede calcularse con una fórmula diferente, pero

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equivalente, que no requiere el valor de rms del componente de ca del volta-je. Esta fórmula para el rizado es:

En donde Vrms, es el valor rms del voltaje de salida total y Vcc es la cc o vol-taje promedio de salida del rectificador.

Rectificador de media onda

El rectificador de media onda generalmente se usa sólo para aplicaciones de baja corriente, o de alta frecuencia, ya que requiere una capacitancia de fil-trado mayor para mantener el mismo voltaje de rizado que un rectificador de onda completa.

Un rectificador simple de media onda de este tipo no es una buena aproxima-ción a una cc constante en forma de onda; contiene componentes de fre-cuencia de ca a 6OHz y todos sus armónicos. Un rectificador de media onda tiene un factor de rizado r = 121%, lo que significa que tiene más componen-tes de voltaje de ca en su salida que componentes de voltaje de cc. Obvia-mente, el rectificador de media onda no es, en consecuencia, una forma muy buena de producir voltaje de cc a partir de una fuente de ca.

Durante el intervalo t=0 -> T/2, la polaridad del voltaje aplicado Vrms es igual a la que contiene el diodo cuando sé esta polarizado directamente, por lo que conduce el diodo y permite el pico positivo, pero cuando T/2 -> T, la polariza-ción de la entrada se invierte y el diodo no conduce.

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA:

El rectificador de onda completa utiliza ambas mitades de la señal senoidal de entrada, para obtener una salida unipolar, invierte los semiciclos negati-vos de la onda senoidal. En la figura 1 se muestra una posible estructuración en la que el devanado secundario es con derivación central para obtener dos voltajes vs , en paralelo con las dos mitades del devanado secundario con las polaridades indicadas.

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Fig. 1

Cuando el voltaje de línea de entrada (que alimenta al primario) es positivo, las señales vs serán positivas; el D1 conduce y D2 esta polarizado inversa-mente, la corriente que pasa por D1 circulara por R y regresara a la deriva-ción central del secundario. El circuito se comporta entonces como rectifica-dor de media onda, y la salida durante los semiciclos positivos será idéntica a la producida por el rectificador de media onda.

Durante el semiciclo negativo del voltaje de CA de la línea, los dos voltajes marcados como Vs serán negativos; el diodo D1 estará en corte y D2 condu-ce, la corriente conducida por D2 circulara por R y regresa a la derivación central. Por lo tanto durante los semiciclos negativos también el circuito se comporta como rectificador de media onda, excepto que ahora D2 es el que conduce. Es importante decir que la corriente que circula por R siempre cir-culara en la misma dirección y por lo tanto Vo será unipolar, como lo muestra la figura 1.1

Fig. 1.1

La onda de salida que se observa se obtiene suponiendo que un diodo con-ductor tiene una caída constante de voltaje VD0; por lo tanto la curva carac-terística de transferencia del rectificador de onda completa toma la forma que muestra la figura 1.2

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Fig. 1.2

El rectificador de onda completa obviamente produce una onda más enérgica que la del rectificador de media onda.

Para encontrar el PIV de los diodos en el circuito rectificador de onda com-pleta se emplea la siguiente ecuación:

PIV = 2Vs - VD0

EL RECTIFICADOR EN PUENTE:

El circuito conocido como rectificador en puente por la similitud de su confi-guración con la del puente de Wheatstone, no requiere de transformador con derivación central, ventajoso sobre el circuito rectificador de onda completa de la figura 1, en la figura 2 se muestra una estructuración alternativa del rec-tificador de onda completa.

Fig. 2

En el rectificador en puente se hacen necesarios cuatro diodos en compara-ción con el circuito anterior. La operación del rectificador en puente consiste que durante los semiciclos positivos del voltaje de entrada Vs es positivo y la corriente es conducida a través del diodo D1, el resistor R y el diodo D2. En-tre tanto los diodos D3 y D4 estarán polarizados inversamente; hay dos dio-

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dos en serie en la trayectoria de conducción y por lo tanto Vo será menor que Vs por dos caídas del diodo, esta es una desventaja del rectificador en puen-te. Para determinar el voltaje inverso de pico (PIV) se emplea la siguiente for-mula:

PIV = Vs - 2VDO + VDO = Vs - VDO

Otra ventaja de este circuito es que solo se hace necesaria aproximadamen-te la mitad del número de vueltas para el devanado secundario del transfor-mador. Se puede visualizar que cada mitad del devanado secundario del transformador con derivación central se utiliza solo la mitad del tiempo.

DIODO: Se forma juntando materiales tipo P y tipo N (usándose principal-mente el Germanio y Silicio). En el momento en que son unidos los dos ma-teriales, los electrones y los huecos en la región de la unión se combinan, dando por resultado una falta de portadores en la región cercana a la unión. A esta región de iones positivos y negativos descubiertos se le llama región de agotamiento, debido al agotamiento de portadores en esta región. El dio-do se representa con el siguiente símbolo:

Diodo de Ge = 0.7 V.

Diodo de Si = 0.3 V.

RESISTOR: Elemento que tiene la propiedad de oponer resistencia al flujo de corriente y se representa con el símbolo siguiente:

Unidad de medición: Ohm ().

CAPACITOR: Es un elemento de dos terminales que consta de dos placas conductoras separadas por un material no conductor. La carga eléctrica se almacena en las placas y el espacio entre ellas se llena con un material die-léctrico. El valor de la capacitancia es proporcional a la constante dieléctrica y al área superficial del material dieléctrico e inversamente proporcional a su espesor. Para obtener mayor capacitancia es necesaria una estructura muy delgada con un área grande. La capacitancia puede establecerse como:

C = "A / d Donde: " es la Cte. Dieléctrica.

A es el área de las placas.

D el espacio entre placas.

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Su simbología y unidad de medición es:

Unidad de medición: Faradio.

Capacitancia : Es una medida de la propiedad de un dispositivo para almacenar energía en la forma de cargas separadas o en la forma de un campo eléctrico.

Ejercicio en el programa cocodrilo teniendo como referencia el esquema de onda completa:

De acuerdo con este esquema, podemos empezar a realizar el esquema en el programa cocodrilo así:

1. instalar el programa.

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2. después de instalar el programa empezamos a dibujar las resistencias, condensadores, osciloscopio y demás instrumentos mostrados en el esquema principal.

3. luego de tener estos elementos empezamos a organizarlos y a verificar si nuestra onda realmente sale cuadrada después de leer toda la información.

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Ejercicio en el programa cocodrilo teniendo como referencia el esquema de media onda:

Seguimos los mismos pasos anteriores solo que en este caso elaboraremos el circuito rectificador de media onda.

Notas y conclusiones:

- Es recomendable tener cuidado para que ninguno de estos elementos se nos puedan explotar.

- tener en cuenta los datos arrojados en cada esquema.

- Observar cuidadosamente cada elemento representado en el esquema.

- Tener en cuenta los símbolos de cada elemento a utilizar.

- Podemos utilizar otra versión del cocodrilo llamada cocodrilo Phycis que tiene mayores utilidades.

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