APLICACIONES DE DIODOS RECTIFICADORES

La mayoría de los dispositivos electrónicos, televisores, radios, computadores etc. necesitan una corriente continua para funcionar correctamente. Como las líneas de servicio eléctrico son de corriente alterna (AC) esta se debe convertir corriente continua (CC).

Figuras 1 a) Corriente alterna AC b) Corriente Continua CC.

Fuente: Autor.

Como se aprecia en la figura 1. La corriente alterna se diferencia de la continua en que cambia su sentido de circulación periódicamente y, por tanto, su polaridad. Esto ocurre tantas veces como frecuencia en Hertz (Hz) tenga. A la corriente continua también se le llama corriente directa (DC).

La parte dentro del equipo electrónico que provee esta tensión continua se llama fuente de poder o de alimentación y dentro de las fuentes de alimentación hay circuitos que permiten que la corriente fluya sólo en una dirección. Estos circuitos se llaman rectificadores.

Circuito Rectificador: Es un circuito que tiene la capacidad de convertir corriente alterna en CC pulsante, transformando así una corriente bidireccional a una unidireccional. Al proceso de convertir AC en CC se le denomina rectificación y los diodos rectificadores son los componentes electrónicos empleados para realizar dicha conversión.

Existen dos tipos de rectificación:

-Rectificación de Media Onda

-Rectificación de Onda Completa

 

RECTIFICACIÓN DE MEDIA ONDA

La forma más sencilla de convertir corriente alterna AC en corriente continua CC es utilizando un circuito rectificador de media onda, como el mostrado en la figura 2.

En este caso, en la práctica durante los semiciclos positivos de la tensión alterna aplicada al primario de un transformador, en el secundario se tiene una tensión positiva entre sus extremos. Por tanto, el diodo queda polarizado directamente, permitiendo la circulación de corriente hacia la carga.

Figura 2 Circuito rectificador de media onda

Fuente: Kuphaldt,T.(2014).Lessons In Electric Circuits - Volume III. Ibiblio

Recuperado de: https://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/Semi/SEMI_3.html

Durante los semiciclos negativos de la tensión alterna de entrada, el secundario del transformador entrega una tensión negativa entre sus extremos. Por tanto, el diodo queda polarizado inversamente, impidiendo el paso de corriente.

Sobre la carga se produce un voltaje de CC pulsante formado por pulsos sinusoidales positivos. Debido a que los semiciclos negativos han sido cortados o eliminados, esta forma de señal se denomina una media onda.

Figura 3 Forma de onda en la salida del Circuito Rectificador de Media Onda.

Fuente: Floyd,T.(2008).Dispositivos Electrónicos. Prentice Hall

Recuperado de: https://profejuandotcom.files.wordpress.com/2017/02/dispositivos-electronicos-floyd-8edi.pdf 

El voltaje de CC pulsante obtenido a la salida de un rectificador de media onda tiene una frecuencia (f) igual a la de la tensión de la red, es decir 50 o 60 Hz, y una amplitud igual al valor pico (V_P) de la tensión en el secundario. Si se conecta un voltímetro de CC entre los extremos de la carga, el mismo proporcionara una lectura (Vcc) igual al valor medio de la tensión de salida. Para una señal de media onda, este valor esta dado por:

V_CC = V_P / π = 0.318·V_P

V_CC = 0.318·V_P

V_P = √2·V_RMS

La corriente alterna y los voltajes (cuando son alternos) se expresan de forma común por su valor efectivo o RMS (Root Mean Square – Raíz Media Cuadrática).

Cuando se dice que en nuestras casas tenemos 110 o 220 voltios, éstos son valores nominales RMS o eficaces de tensión.

 

RECTIFICACIÓN DE ONDA COMPLETA

El rectificador de media onda es muy sencillo porque utiliza un mínimo de componentes. Sin embargo. No es muy eficiente, porque solo permite que circule corriente a través de la carga durante los semiciclos positivos de tensión alterna.

Podemos decir que un rectificador de onda completa es un circuito capaz de proporcionar corriente a la carga durante los semiciclos positivos y negativos de la tensión alterna de entrada.

Para lograr una rectificación de onda completa existen dos circuitos básicos:

- Circuito Rectificador de Onda Completa con Transformador de Toma Central o Tap Central.

- Circuito Rectificador de Onda Completa con Puente de Diodos o Puente de Graetz.

La peculiaridad de este circuito estriba en la necesidad de disponer de dos tensiones de entrada (V_2a y V_2b) de igual amplitud, pero desfasadas 180°; este propósito generalmente se consigue empleando un transformador con toma central y haciendo de ésta la tierra o punto de referencia.

Figura 4 Circuito rectificador de onda completa con Tap central

Fuente: Kuphaldt,T.(2014).Lessons In Electric Circuits - Volume III. Ibiblio

Recuperado de: https://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/Semi/SEMI_3.html

Durante los semiciclos positivos de la tensión de entrada, V_2a es positiva y V_2b es negativa. Por tanto, conduce el diodo D1. Durante los semiciclos negativos, V_2a es negativa y V_2b es positiva. Por tanto, conduce el diodo D2.

De este modo la carga recibe corriente unidireccional durante ambos semiciclos.

Figura 5 a) D1 Rectificando b) D2 Rectificando

Fuente: Kuphaldt,T.(2014).Lessons In Electric Circuits - Volume III. Ibiblio

Recuperado de: https://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/Semi/SEMI_3.html

El voltaje de CC pulsante, obtenido a la salida del rectificador de onda completa tiene una frecuencia (f) igual al doble de la tensión de la red.es decir 120Hz, y una amplitud igual al valor pico (Vp) de la tensión en el secundario.

 
Figura 6 Forma de onda en la salida del Rectificador de onda completa

Fuente: Floyd,T.(2008).Dispositivos Electrónicos. Prentice Hall

Recuperado de: https://profejuandotcom.files.wordpress.com/2017/02/dispositivos-electronicos-floyd-8edi.pdf 

Si se conecta un voltímetro de CC entre los extremos de la carga, el mismo proporcionara una lectura (Vcc) igual al valor medio de la tensión de salida. Para una señal de onda completa, este valor esta dado por:

V_CC = 2V_P / π = 0.636·V_P

V_CC = 0.636·V_P

Donde V_P el valor pico de V_2a o V_2b.

En la práctica, el voltaje real obtenido sobre la carga V_CC = 0.636·V_P es ligeramente inferior a este valor debido a la caída de voltaje en cada diodo.

 

El rectificador de onda completa con Tap central elimina algunas de las desventajas de los rectificadores de media onda, pero solo aprovecha la mitad de la tensión disponible en el secundario debido a que esta se divide en 2 devanados.

Figura 7 Circuito rectificador de onda completa con puente de diodos

Fuente: Kuphaldt,T.(2014).Lessons In Electric Circuits - Volume III. Ibiblio

Recuperado de: https://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/Semi/SEMI_3.html

El rectificador de onda completa con puente de diodos o puente de Graetz utiliza cuatro diodos en lugar de dos y no requiere de una derivación central en el transformador.

El Circuito funciona de la siguiente manera:

Durante los semiciclos positivos de la tensión alterna de entrada, los diodos D2 y D3 conducen. Figura 8.

Figura 8 D2 y D3 Rectificando durante los semiciclos positivos

Fuente: Kuphaldt,T.(2014).Lessons In Electric Circuits - Volume III. Ibiblio

Recuperado de: https://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/Semi/SEMI_3.html

Mientras que los diodos D1 y D4 lo hacen durante los semiciclos negativos. Figura 9.

Figura 9. D1 y D4 Rectificando durante los semiciclos negativos

Fuente: Kuphaldt,T.(2014).Lessons In Electric Circuits - Volume III. Ibiblio

Recuperado de: https://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/Semi/SEMI_3.html

El resultado es una salida de Corriente Pulsante de onda completa sobre la resistencia de carga.

 

V_CC = 2V_P / π = 0.636·V_P

V_CC = 0.636·V_P

 

FILTROS PARA RECTIFICADORES

Figura 10 Condensadores electrolíticos

Fuente: http://www.digicom.cl/productos/condensador-electrolitico-47uf25v/ 

La corriente unidireccional pero pulsante proporcionada por un rectificador, no es adecuada para alimentar circuitos electrónicos que requieren corriente continua de valores aceptablemente estables. Esto se debe a que su valor no se mantiene constante, sino que varia periódicamente entre cero y el valor máximo de amplitud de la onda seno de entrada.

La amplitud pico a pico (V_RPP) del rizado está dada, en forma aproximada, por:

V_RPP = i_L / (f · C)

Donde f es la frecuencia, C es la capacitancia e i_L es la corriente en la carga.

En la práctica, debe buscarse que la amplitud del rizado (V_RPP) sea lo más pequeña ya que puede manifestarse como un ruido por ejemplo en los amplificadores de audio.