FISICA DEL ESTADO SOLIDO Tema

DIODOS RECTIFICADORES

Universidad Nacional Federico Villarreal

Facultad de Ingeniería Electrónica e Informática

RECTIFICADORES EN C.ARECTIFICACIÓN DE LA CORRIENTE ALTERNA (C.A.) EMPLEANDO SEMICONDUCTORES DIODOS

OBJETIVOS

Que aplicaciones muestran los rectificadores.

Reconocer Los distintos tipos de rectificadores que se emplean en los circuitos eléctricos

de corriente alterna.

Analizar paso a paso como actúa cada elemento

rectificador.

Reconocer para que tipo de

configuraciones de circuitos se puede aplicar esta técnica.

RECTIFICADORES EN C.A FUNDAMENTO TEÓRICO La rectificación de una corriente alterna (C.A.) para convertirla en 

corriente directa (C.D.) denominada también corriente continua (C.C.). Es una de las tecnologías más antiguas empleadas en los circuitos electrónicos desde principios del siglo pasado, incluso antes que existieran los elementos semiconductores de estado sólido, como los diodos de silicio que conocemos en la actualidad.

Puesto que los diodos permiten el paso de la corriente eléctrica en una dirección y lo impiden en la dirección contraria, se han empleado también durante muchos años en la detección de señales de alta frecuencia, como las de radiodifusión, para convertirlas en audibles en los receptores de radio. En la actualidad varios tipos de diodos de construcción especial pueden realizar otras funciones diferentes a la simple rectificación o detección de la corriente cuando se instalan en los circuitos electrónicos.

RECTIFICADORES EN C.A FUNCIONAMIENTO DE UN DIODO RECTIFICADOR COMÚN DE MEDIA ONDA

Para comprender mejor la forma en que funciona un semiconductor diodo, es necesario recordar primero que la corriente alterna (C.A.) circula por el circuito eléctrico formando una sinusoide, en la que medio ciclo posee polaridad positiva mientras y el otro medio ciclo posee polaridad negativa. Es decir, cuando una corriente alterna circula por un circuito eléctrico cerrado su polaridad cambia constantemente tantas veces como ciclos o hertz por segundo de frecuencia posea. En el caso de la corriente alterna que llega a nuestros hogares la frecuencia puede ser de 50 o de 60 ciclos en dependencia del sistema que haya adoptado cada país en cuestión. En Europa la frecuencia adoptada es de 50 ciclos y de 60 ciclos en la mayor parte de los países de América.

RECTIFICADORES EN C.A FUNCIONAMIENTO DE UN DIODO RECTIFICADOR COMÚN DE MEDIA ONDA

Animación de un circuito rectificador de media onda, compuesto por un solo diodo.

Medio ciclo positivo (+)

En la animación de arriba se puede apreciar que en el proceso de rectificación de la corriente alterna (C.A.) utilizando un solo diodo, durante un primer medio ciclo negativo los electrones circularán por el circuito atravesando primero el diodo y a continuación el consumidor o carga eléctrica, representado por una resistencia (R). En ese instante, en los extremos de la resistencia se podrá detectar una corriente directa "pulsante" que responde a ese medio ciclo. En el medio ciclo siguiente (esta vez positivo), los electrones cambiarán su sentido de circulación y no podrán atravesar ni la resistencia, ni el semiconductor diodo, porque en ese instante el camino estará bloqueado por el terminal positivo del diodo y no habrá circulación de corriente por el circuito.

RECTIFICADORES EN C.A FUNCIONAMIENTO DE UN DIODO RECTIFICADOR COMÚN DE

MEDIA ONDA Animación de un circuito rectificador de media onda, compuesto por un

solo diodo.

Medio ciclo negativo (-)

A continuación y durante el medio ciclo siguiente negativo, de nuevo el diodo vuelve a permitir el paso de los electrones, para bloquearlo nuevamente al cambiar la corriente el sentido de circulación y así sucesivamente mientras se continúe suministrándole corriente al diodo.

RECTIFICADORES EN C.A FUNCIONAMIENTO DE LOS DIODOS RECTIFICADORES DE

ONDA COMPLETA

Cuando un circuito eléctrico o electrónico requiere de una corriente directa que no sea pulsante, sino mucho más lineal que la que permite un simple rectificador de media onda, es posible combinar de dos a cuatro diodos rectificadores de forma tal que la resultante sea una corriente directa (C.D.) con menos oscilaciones residuales.

FUNCIONAMIENTO DE LOS DIODOS RECTIFICADORES DE ONDA COMPLETA

Animación del funcionamiento de un circuito rectificador de corriente alterna de onda completa compuesto por dos

diodos de silicio. 

RECTIFICADORES EN C.A

Medio ciclo positivo (+)

Medio ciclo negativo (-)

RECTIFICADORES EN C.A

A continuación se ilustran tres formas de esquematizar en un diagrama la conexión de esos cuatro diodos para obtener un

rectificador de onda completa

FUNCIONAMIENTO DE LOS DIODOS RECTIFICADORES DE ONDA COMPLETA

Diferentes formas de representar esquemáticamente un mismo puente rectificador de onda completa integrado por cuatro

diodos, aunque la figura de la izquierda es la forma más común de representarlo

RECTIFICADORES EN C.A

Un puente rectificador de cuatro diodos funciona de la siguiente forma: como se puede observar en la parte (A) de la ilustración, durante el primer medio ciclo negativo (–) de la corriente que proporciona la fuente de suministro alterna (C.A.) conectada al puente rectificador, los electrones atraviesan primero el diodo (1), seguidamente el consumidor (R) y después el diodo (2) para completar así la circulación de la corriente de electrones por una mitad del circuito correspondiente al puente rectificador.

FUNCIONAMIENTO DE LOS DIODOS RECTIFICADORES DE ONDA COMPLETA

RECTIFICADORES EN C.A Animación del funcionamiento del rectificador de onda completa o puente

rectificador, compuesto por cuatro diodos

Como se habrá podido apreciar, tanto en el primer medio ciclo, como en el siguiente, los signos de polaridad positiva (+) y negativa (–) a la salida del circuito del puente de rectificación donde se encuentra conectado el consumidor (R), se mantiene constante, pues una vez rectificada la corriente alterna (C.A.)y convertida en directa (C.D.) las polaridades no sufren variación alguna como ocurre con la corriente alterna a la entrada del circuito. En esa ilustración se puede ver también que a la salida del circuito de rectificación se obtienen una serie de pulsaciones continuas, es decir, no intermitentes como ocurre cuando se emplea un solo diodo rectificador en un circuito de media onda.

RECTIFICADORES EN C.ANormalmente estos circuitos se emplean los siguientes tipos de diodos rectificadores:

DIODO RECTIFICADOR

• Es uno de los dispositivos de la familia de los diodos más sencillos. El nombre diodo rectificador” procede de su aplicación, la cual consiste en separar los ciclos positivos de una señal de corriente alterna.

¿QUÉ ES?

• Durante la fabricación de los diodos rectificadores, se consideran tres factores: la frecuencia máxima en que realizan correctamente su función, la corriente máxima en que pueden conducir en sentido directo y las tensiones directa e inversa máximas que soportarán.

FABRICACION

• Una de las aplicaciones clásicas de los diodos rectificadores, es en las fuentes de alimentación; aquí, convierten una señal de corriente alterna en otra de corriente directa. Los códigos comerciales comienzan con las siglas 1N4xxx, donde “xxx” puede ser de 001 hasta 114.

APLICACIONES

RECTIFICADORES EN C.A

TIPOS DE DIODOS RECTIFICADORES

TIPOSRectificador

puente encapsulado

lineal

Rectificador puente

encapsulado pastilla

Rectificador puente

encapsulado rectangular

RECTIFICADORES EN C.A

APLICACIONES

En la foto de la izquierda se muestra un dispositivo rectificador de onda completa empleado en un equipo que funciona con 12 volt de corriente directa (C.D.), conectándose a una toma doméstica de corriente alterna (C.A.) de 220 volt. En la parte izquierda de este dispositivo se puede observar un transformador encargado de transformar o rebajar los 220 volt de entrada en 12 volt de salida, también de corriente alterna. En el centro se puede observar un puente rectificador (con encapsulado KBL), que convierte los 12 volt de corriente alterna (C.A.) en 12 volt de corriente directa (C.D.).

RECTIFICADORES EN C.A

A la derecha se observan los dos capacitores electrolíticos y una de las resistencias que hacen función de filtro. La otra resistencia también visible, se emplea para reducir la tensión de trabajo del diodo LED (en la parte inferior de la foto) empleado como testigo o luz piloto para indicar que el equipo se encuentra conectado al suministro de corriente alterna de la red doméstica, incluso cuando éste no está en uso.

FILTRO

  No siempre es necesario contar con un filtro para poder utilizar una corriente alterna

rectificada. Por ejemplo, en esta foto podemos observar un puente rectificador formado solamente por cuatro diodos independientes, que suministran corriente directa (C.D.) a un pequeño motor eléctrico acoplado al ventilador de un secador de pelo. Los cables de color negro corresponden a la entrada de la corriente alterna (C.A.) que alimenta al puente rectificador. El polo positivo [con el signo (+) en color rojo] y el negativo [con el signo (–) en color azul] indican la polaridad de salida de la corriente directa ya rectificada por el puente. En este caso los polos positivo y negativo se encuentran conectados directamente en los bornes de entrada de la corriente directa (C.D.) al motor, situados ambos en su tapa trasera.

RECTIFICADORES EN C.A

Como se puede observar, en este caso se ha omitido el uso del filtro por no ser necesario para que el motor funcione.

APLICACIONES

RECTIFICADORES EN C.A Dispositivos dotados de puentes de diodos de silicio en función

de rectificadores de corriente alterna para convertirla en directa

Cargador de un ordenador portátil, que también nos permite continuar trabajando con el mismo cuando las baterías se hayan agotado siempre que lo mantengamos conectado a la red de corriente alterna doméstica.

Un adaptador de corriente empleado para energizar un convertidor de señal de TDT (Televisión Digital Terrestre).

Cargador de teléfono móvil.

RECTIFICADORES EN C.A CONCLUSIONES El efecto que genera sobre la salida de un rectificador de media

onda al incluir a la señal de entrada una componente DC es que la salida de la señal proporciona una onda mayor o menor en su amplitud dependiendo de la componente DC, por otra parte cuando el valor DC es igual al valor pico de la señal positivo el diodo nunca deja de conducir ya que el voltaje sobre el diodo siempre seria mayor en el ánodo que en el cátodo superando el voltaje de umbral y suponiendo la componente DC positiva, es por esto que no se obtiene la forma de onda rectificado.

Hay que tener en cuenta en el estudio de los diodos que utilizamos, el 1N4148 y el 1N4007 que no existe diferencia significativa a la salida del rectificador de media onda cualquiera de los dos que se utilice, dado que la frecuencia es trabajada en 60 hz el tiempo de recuperación de los diodos de rectificación es suficiente para que se recupere después de cada hemiciclo.

GRACIAS…