LABORATORIO DE ELECTRONICA REFERENTE A DIODOS RECTIFICADORES 1

Estudio De Los Circuitos Recti�cadoresLuis Felipe De La Hoz Cubas, Maria Ilse Dovale Perez, Michael Forero Naizir

Abstract�En el siguiente informe se presenta un estudio detal-lado de las características de los diodos recti�cadores para esto sehicieron diferentes pruebas con varias clases de diodos que poseenesta característica para veri�car su e�cacia, se estudiaron losresultados evaluando estos mismos para establecer conclusionespertinentes y poder comprobar lo estudiado teóricamente.

Index Terms�Voltaje Inverso Pico (PIV), Capacitores Elec-trolíticos, Circuitos Recti�cadores, Circuitos Limitadores o Fi-jadores, E�ciencia de Recti�cación, Factor de Rizo.

I. INTRODUCCION

A continuación se estudia a través de prácticas con diodosrecti�cadores como es el funcionamiento de estos con

diferentes con�guraciones de circuitos, para esto se utilizauna fuente de señal alterna, se explica también a través deeste escrito la importancia del parametro PIV para caracteri-zar un circiuto recti�cador con diodos, así se compara conla teoría los resultados obtenidos para veri�car el correctofuncionamiento, se puede ver a continuación a través de tablasy grá�cos, las distintas medidas tomadas en cada circuito, paraun mejor detalle de todo lo experimentado.

II. DIODOS RECTIFICADORESUna de las aplicaciones más importantes de los diodos, es

el diseño de circuitos recti�cadores, estos son escenciales paralos equipos electrónicos, a continuación se puede observar undiagrama en bloque que usa este tipo de diodos que da unaidea de su funcionamiento.

Fig.1: Diagrama en bloques de una fuente de alimentaciónde DC[1]

Como se puede observar, la Fig.1 muestra el diagramamencionado, en este aparece primeramente la "Linea de CA"seguida del "Transformador de Potencia", este último reduceel voltaje rms dependiendo del número de vueltas de lasbobinas y la relación de éstas entre ellas; luego le sigue el"Recti�cador del diodo", el cuál se estudiará en este informe,su función es convertir el voltaje DC bipolar en unipolar, comose observa debajo del dibujo, y veremos a lo largo del informe;luego del recti�cador se observa el "Filtro", que reduce lasvariaciones de la magnitud de la salida; �nalemente antes dellegar a la carga, que sería el circuito electrónico el "Regulador

de Voltaje" reduce los rizos que quedan después del �ltrado,para esto se utiliza un Regulador Zener en paralelo.Antes de comenzar es necesario dejar en claro los siguientes

conceptos:Voltaje Inverso Pico (PIV): Voltaje máximo inverso que

aparecerá en las terminales del Diodo.E�ciencia de Recti�cación (�R): Es la razón entre la

potencia de la componente DC de la salida y la potencia ACde la señal de entrada, entonces, entre mayor sea este valor,mejor desempeño tendrá el recti�cador.Factor de Rizo: Mide el contenido de alterna que tiene la

señal de salida con respecto a su componente DC.

III. RECTIFICADOR DE MEDIA ONDAEl recti�cador de media onda utiliza semiciclos alternados

de la senoide de entada, el circuito equivalente es el siguiente:

Fig.2: Circuito recti�cador de media onda.

Al seleccionar diodos para el dise;o de un recti�cadorse debe especi�car la capacidad del manejo de corrienterequerida, es decir la mayor corriente de conducción del diodo,también es importante proporcionar el Voltaje Inverso Pico(PIV), que el diodo debe resistir sin ruptura, este tiene unvalor igual a: PIV = VS.La e�ciencia de Recti�cación en los circuitos recti�cadores

de media onda es aproximadamente: �R = 40:5% y el factorde rizo es igual a 121%.Si se analiza el circuito con precisión, se puede observar

que cuando la entrada de señal es pequeña esta con�guraciónno funciona bien.A continuación se puede ver la onda correspondiente al

Recti�cador de Media Onda.

Fig.3: Señal correspondiente al cto recti�cador de mediaonda.

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Es importante hablar tambien del "Recti�cador de Ondacompleta" este circuito, mostrado en la �gura que sigue utilizaambas mitades de senoide de entrada utilizando derivacióncentraly proporciona una salida unipolar invirtiendo las mi-tades negativas de la onda senoidal. Cuando el voltaje delinea de entrada (Que alimenta D1), es positivo, ambas señalesson positivas ya que D1 conducirá y D2 tendrá polarizacióninversa. En el semiciclo negativo ambos voltajes VS seránnegativos, por tanto D1 estará abierto y D2 conducirá.La corriente que pasa por R �uirá en la misma dirección y

por tanto V0 será unipolar . El valor del PIV en este caso seráaproximadamente el doble que el recti�cador de media ondacon un valor de: PIV = 2VS � VD:

Fig.4: Circuito recti�cador de onda completa.

A. Recti�cador en Puente

También se usa como recti�cador de onda completa, ladiferencia con el Recti�cador de Onda Completa mencionadoanteriormente es que no necesita derivación central, estacon�guración requiere de 4 diodos puestos como muestra lasiguiente �gura, pero por su gran utilidad ya vienen arregladosen paquetes de 1 integrado, el que usaremos en la práctica serael W04M.

Fig.5: Con�guración correspondiente al recti�cador enpuente.

Este circuito funciona de la siguiente forma: durante losciclos positivos del voltaje de entrada, VS es positivo y lacorriente conduce por D1, el resistor y D2; mientras que D3y D4 están en polarización inversa.Veamos la siguiente tabla ilustrativa de los valores de la

fuente, el voltaje de la carga, corriente de la carga, y el voltajede los diodos, para el caso en que se mide la con�guraciónen puente con 4 de los diodos:

Tabla.1: Datos del circuito recti�cador en puente con 4diodos.

Con el puente integrado de los cuatro diodos mencionadoanteriormente los resultados fueron los siguientes:

Tabla.2: Tabla circuito recti�cador en puente con puenteintegradoW04M.

El PIV en este caso es casi la mitad del valor del recti�cadorde onda completa, lo cual es muy ventajoso, es por esto esque el Recti�cador en Puente es la con�guración más populardel circuito recti�cador.

B. Recti�cador de PicoTambién llamado Recti�cador con un Condensador de Fil-

tro, es utilizado como forma simple de reducir el voltaje desalida colocando un condensador en el resistor de carga.Sirve para reducir en gran medida las variaciones del voltaje

de salida del recti�cador. Su con�guración se muestra en lasiguiente imágen:

Fig.6: Circuito Recti�cador de Pico

A medida que Vin se vuelve positivo, el diodo conduce yel condensador se carga hasta que V0 = Vin el voltaje de V0

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permanecería constante, veamos a continuación la grá�ca deesta con�guración:

Fig.7: Señal correspondiente a cto recti�cador de pico sinresistor.

Ahora se procede a conectar una resistencia en paralelo alcondensador como "Resistencia de Carga" y el circuito quedade la siguiente forma:

Fig.8 Circuito Recti�cador de Pico con Carga RLAhora para una señal senoidal, el condensador se carga a

V0 entonces el diodo permanece en corte en ese momento porla polarización inversa que se crea mientras el condensadorse encuentra cargado, cuando el condensador comienza adescargarse a través de la resistencia de carga durante todoel ciclo hasta que el voltaje de la fuente Vin excede elvoltaje del capacitor y se repite el ciclo nuevamente. Veamosa continuación las señales comparadas de entrada y salida:

Fig.9: Señal correspondiente a cto recti�cador de pico conresistor.

Para esta con�guración hay que hacer unas cuantas obser-vaciones:| El diodo conduce durante el intervalo �t (Es decir

cuando V0 = Vin), en este momento el voltaje de entradade la fuente proporciona al condensador una carga igual a lade Vin:| La conducción del diodo comienza cuando V0 = Vin y

se detiene un poco despues del pico máximo de Vin.| Durante el intervalo de corte del diodo el condensador

se descarga a través de R y V0 decae exponencialmente conuna constante de tiempo igual a � = RC.| Si RCo T , donde T es el período, la diferencia entre

Vin y V0 es muy pequeña entonces V0 es casi constante y casiigual a Vin:

C. Restaurador de DC

La última con�guración estudiada en este caso, es el Restau-rador de DC, o también conocido como Circuito CondensadorFijador. En este caso se toma el voltaje V0 en las terminalesdel diodo. El circuito correspondiente a esta con�guración esel siguiente:

Fig.10:Circuito Restaurador de DC

Debido a la polaridad del diodo, el condensador se cargaráa un voltaje Vc con la polaridad indicada e igual magnitud delpico más negativo de Vin entonces el diodo deja de conduciry el condensador retiene su voltaje de manera inde�nida, elvoltaje de salida en este caso está dado por: V0 = Vin + Vc;hay que notar que si el diodo invierte sus terminales la ondade salida se invertirá hacia abajo teniendo como resultado unpico máximo de 0V.

Fig.11: Señal correspondiente a cto restaurador de DC sinresistor.

Cuando se conecta una resitencia de carga RL la situacióncambia de manera importante, mientras que la salida estáarriba de tierra, por R debe circular una corriente de DC neta,pero como en este momento el diodo está en corte, es obviosaber que la corriente viene del condensador, lo que causa queeste se descargue y el voltaje de la salida caiga. En este casose usó una entrada de onda cuadrada.

Veamos el circuito en este caso y el comportamiento delmismo primero explicado, para luego observar la imagencomprobada experimentalmente.

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Fig.12: Con�guración de Restaurador de DC con una cargaRL

Durante el intervalo que va de t0 a t1 el voltaje de salidacae exponencialmente con un � = RC: Luego en t1 la entradadisminuye a Va voltios y la salida trata de seguirla, esto haceque el diodo conduzca fuertemente y cargue rápidamente elcondensador, en el intervalo de t1 a t2 el voltaje de salida seríanormalmente un poco debajo de 0V, después cuando la entradase eleva en Va voltios en t2 la salida lo sigue y el ciclo serepite sucesivamente.La pérdida de carga del condensador durante el intervalo de

t0 a t1 se recupera durante el intervalo de t1 a t2, este equilibriode carga permite calcular el promedio de corriente del diodo,además de los detalles de la onda de salida. A continuaciónveamos la imagen respectiva:

Fig.13: Señal correspondiente a cto restaurador de DC conresistor.

IV. CONCLUSIONESDespués de haber realizado con mucha cautela los labora-

torios y comparar los mismos con la teoría se pudieron sacarlas siguientes conclusiones:

| El parámetro Voltaje Inverso Pico o PIV, tiene una im-portancia primordial en el diseño de sistemas de recti�cación,ya que éste es el valor nominal del voltaje que no deberáexcederse en la región de polarización inversa, ya que en casocontrario el diodo entraria en la región de avalancha zener.

| A continuación se pueden ver las ventajas, y desventajasexistentes entre el recti�cador de onda completa convencionaly el recti�cador en puente, mencionadas aquí también lasmostradas anteriormente en forma redactada, ahora se puedenver más claramente en una tabla comparativa:

Tabla.3: Comparacion entre Recti�cador de Ondacompleta y Recti�cador en Puente.

| El efecto que tiene conectar un capacitor a la salida de undiodo recti�cador es de un �ltro, ya que al pasar la señal porel recti�cador y luego por el condensador, éste último haceque la onda de salida se mantenga lo mas invariante posible.El funcionamiento de circuitos recti�cadores con capacitoresse basa en el proceso de carga y descarga de estos mismos,la constante de tiempo resultante en las con�guraciones delas �guras 6 y 8 es � = RC; ésta constante de tiempo debeser mucho mayor que el período de la señal recti�cada, paraque el condensador no se descargue considerablemente, estose debe tener muy en cuenta en el momento de escoger losvalores de la resistencia de carga RL y el condensador C:

| El efecto que genera sobre la salida de un recti�cador demedia onda al incluir a la señal de entrada una componenteDC es que la salida de la señal proporciona una onda mayoro menor en su amplitud dependiendo de la componente DC,por otra parte cuando el valor DC es igual al valor pico dela señal positivo el diodo nunca deja de conducir ya que elvoltaje sobre el diodo siempre seria mayor en el ánodo que enel cátodo superando el voltaje voltaje de umbral y suponiendola componente DC positiva, es por esto que no se obtiene laforma de onda recti�cado.

| Hay que tener en cuenta en el estudio de los diodosque utilizamos, el 1N4148 y el 1N4007 que no existe difer-encia signi�cativa a la salida del recti�cador de media onda

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cualquiera de los dos que se utilice, dado que la frecuenciaes trabajada en 60 hz el tiempo de recuperación de los diodosde recti�cación es su�ciente para que se recupere después decada semiciclo.

| A partir de las informaciones suministradas en las tablas1 y 2 es posible veri�car el funcionamiento del recti�cador enpuente sin usar las condiciones de encendido y apagado de losdiodos, sino únicamente el voltaje de entrada y la corriente enla carga, ya que comparando los resultados son iguales estosvalores, con la diferencia que en el puente integrado no sepueden medir los voltajes en cada uno de los diodos.

Consideraciones hechas por Luis Felipe De la Hoz, MaríaIlse Dovale y Michael Forero.

REFERENCIAS[1].SEDRA, Adel y KENNETH, Smith. Circuitos Micro-

electrónicos. México: Oxford University Press, 2001.[2].MUHAMMAD, Rashid. Circuitos Microelectrónicos:

Análisis y diseño. Estados Unidos: Internacional ThompsonEditores, 1999[3].DATASHEET Catalog. Buscador de hojas

de datos de dispositivos electrónicos, Online,http://www.datasheetcatalog.net/.[4]. Fuentes de internet :

http://electronred.iespana.es/diodo.htm