Rectificadores de corriente

En electrónica, un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir una señal eléctrica alterna en una 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.

Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que emplean, se les clasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una fase de la red eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases.

Veamos el diagrama en Bloques de un Rectificador...

RECTIFICACIÓN DE MEDIA ONDA

Y ONDA COMPLETA

ENTRADAS SENOIDALES; RECTIFICACION DE MEDIA ONDA

El análisis de los diodos se ampliará para incluir las funciones variables en el tiempo tales como la forma de onda senoidal y la onda cuadrada.

La red más simple que se examinará con una señal variable en el tiempo aparece en la figura No. 1. Por el momento se utilizará el modelo ideal para asegurar que el sistema no se dificulte por la complejidad matemática adicional.

Figura 1. Rectificador de Media Onda

A través de un ciclo completo, definido por el periodo T de la figura 1, el valor promedio (la suma algebraica de las áreas arriba y abajo del eje) es cero. El circuito de la figura No. 1, llamadorectificador de media onda, generará una forma de onda V_o, la cual tendrá un valor promedio de uso particular en el proceso de conversión de ac a dc. Cuando un diodo se usa en el proceso de rectificación, es común que se le llame rectificador. Sus valores nominales de potencia y corriente son normalmente mucho más altos que los diodos que se usan en otras aplicaciones, como en computadores o sistemas de comunicación.

Figura 2. Región de conducción (0-T/2)

Durante el intervalo t= 0 T/2 en la figura No. 1, la polaridad del voltaje aplicado Vi es como para establecer "preciso" en la dirección que se indica, y encender el diodo con la polaridad indicada arriba del diodo. Al sustituir la equivalencia de circuito cerrado por el diodo dará por resultado el circuito equivalente de la figura No. 2, donde parece muy obvio que la señal de salida es una réplica exacta de las señal aplicada. Las dos terminales que definen el voltaje de salida están conectadas directamente a la señal aplicada mediante la equivalencia de corto circuito del diodo.

Para el periodo T/2 T, la polaridad de la entrada Vi es como se indica en la figura No. 3, y la polaridad resultante a través del diodo ideal produce un estado "apagado" con un equivalente de circuito abierto. El resultado es la ausencia de una trayectoria para el flujo de carga y Vo= iR= (0)R=0 V para el periodo T/2 T. La entrada Vi y la salida Vo se dibujaron juntas en la figura No. 4 con el propósito de establecer una comparación. Ahora, la señal de salida Vo tiene un área neta positiva arriba del eje sobre un periodo completo, y un valor promedio determinado por:

Vdc = 0.318 Vm Media onda (1.0)

Figura 3. Región de no conducción (T/2 – T).

Figura 4. Señal rectificada de media onda.

Al proceso de eliminación de la mitad de la señal de entrada para establecer un nivel dc se le llama rectificación de media onda.

ACTIVIDAD 1: Descarga el archivo Adjunto "rectificador de media onda básico.ckt ", activa GRAPH y observa el Dinamismo de las formas de ondas

El efecto del uso de un diodo de silicio con VT= 0.7 V se señala en la figura 5 para la región de polarización directa. La señal aplicada debe ser ahora de por lo menos 0.7 V antes que el diodo pueda "encender". Para los niveles de Vi menores que 0.7 el diodo aún está en estado de circuito abierto y Vo = 0 V, como la misma figura. Cuando conduce, la diferencia entre Vo y Vi se encuentra en un nivel fijo de VT= 0.7 V y Vo = Vi – VT, según se indica en la figura. El efecto neto es una reducción en el área arriba del eje, la cual reduce de manera natural el nivel resultante del voltaje dc. Para las situaciones donde Vm >> VT, la siguiente ecuación puede aplicarse para determinar el valor promedio con un alto nivel de exactitud.

Vdc = 0.318 (Vm – VT) (2.0)

Figura 5. Efecto de VT sobre la señal rectificada de media onda.

Si Vm es suficientemente más grande que VT, la ecuación (1.0) es a menudo aplicada como una primera aproximación de Vdc.

ACTIVIDAD 2: Descarga el archivo Adjunto "rectificador de media onda .ckt ", activa "GRAPH" e interactúa con los diferentes Interruptores para ver las diferentes formas de ondas, luego responde el FORMULARIO

RECTIFICACION DE ONDA COMPLETA

A) Rectificador de onda completa con Transformador de punto Medio(o Centroderivado)

Este tipo de rectificador necesita un transformador con derivación central. La derivación central es una conexión adicional en el bobinado secundario del transformador, que divide la tensión (voltaje) en este bobinado en dos voltajes iguales.

Esta conexión adicional se pone atierra. Ver gráfico

Durante el semiciclo positivo de la tensión en corriente alterna (ver Vin color rojo) el diodo D1 conduce.

La corriente pasa por la parte superior del secundario del transformador, por el diodo D1 por RL y termina en tierra. El diodo D2 no conduce pues está polarizado en inversa

Durante el semiciclo negativo (ver Vin color azul) el diodo D2 conduce. La corriente pasa por la parte inferior del secundario del transformador, por el diodo D2 por RL y termina en tierra. El diodo D1 no conduce pues está polarizador en inversa.

Ambos ciclos del voltaje de entrada son aprovechados y el voltaje de salida se verá como en el siguiente gráfico:

Tensión de rizado

Si a RL se le pone en paralelo un condensador, el voltaje de salida se verá como en la siguiente figura (línea negra).

A la variación del voltaje (∆v) en los terminales del capacitor debido a la descarga de este en la resistencia de carga se le llama tensión de rizado o ripple. La magnitud de este rizado dependerá del valor de la resistencia decarga y al valor del capacitor.

Si se comparar este diagrama con su correspondiente de rectificación de 1/2 onda, se puede ver que este circuito tiene un rizado de mayor frecuencia (el doble), pero es menor. Ver ∆V en el rectificador de 1/2 onda

En cada semiciclo el transformador entrega corriente (a través de los diodos D1 y D2) alcondensador C y a la resistencia RL, Esto sucede mientras las ondas aumentan su valor hasta llegar a su valor pico (valor máximo), pero cuando este valor desciende es elcondensador el que entrega la corriente a la carga (se descarga).

Si el capacitor es grande significa menos rizado, pero aún cumpliéndose esta condición, el rizado podría ser grande si la resistencia de carga es muy pequeña (corriente en la cargaes grande)

Nota: Hay que tomar en cuenta que el voltaje máximo que se podrá obtener dependerá del voltaje que haya entre uno de los terminales del secundario del transformador y el terminal de la derivación central

ACTIVIDAD 3: Descarga el archivo Adjunto "rectificador de onda completa con transformador de punto medio.ckt ", activa "GRAPH" e interactúa con los diferentes Interruptores para ver las diferentes formas de ondas, luego responde el FORMULARIO

B) Rectificador de onda completa con Puente de diodos (o puente de Graetz)

El nivel de dc que se obtiene a partir de una entrada senoidal puede mejorar al 100% si se utiliza un proceso que se llama rectificación de onda completa, La red más familiar para llevar a cabo la función aparece en la figura 6 con sus cuatro diodos en una configuración en forma de puente. Durante el periodo t= 0 a T/2 la polaridad de la entrada se muestra en la figura 7. Las polaridades resultantes a través de los diodos ideales también se señalan en la figura 7 para mostrar que D2 y D3 están conduciendo, en tanto que D1 y D4 se hallan en estado "apagado". El resultado neto es la configuración de la figura 8, con su corriente y polaridad indicadas a través de R. Debido a que los diodos son ideales, el voltaje de carga Vo = Vi, según se muestra en la misma figura.

Figura 6. Puente rectificador de onda completa

Figura 7. Red de la figura 6 para el periodo 0 – T/2

del voltaje de entrada Vi

figura 8. Trayectoria de conducción para la

región positiva de Vi.

Para la región negativa de la entrada los diodos conductores son D1 y D4, generando la configuración de la figura No. 9. El resultado importante es que la polaridad a través de la resistencia de carga R es la misma que en la figura 7, estableciendo un segundo pulso positivo, como se indica en la figura 9. Después de un ciclo completo los voltajes de entrada y de salida aparecerán según la figura. 10.

Figura 9. Trayectoria de conducción para

la región negativa de Vi.

Figura 10 Formas de onda de entrada y salida para

rectificador de onda completa

Debido a que el área arriba del eje para un ciclo completo es ahora doble, en comparación con la obtenida para un sistema de media onda, el nivel de dc también ha sido duplicado y

Vdc = 2( Ec. 2.7) = 2(0.318 Vm)

Onda completa (3.0)

Si se emplea diodos de silicio en lugar de los ideales como se indica en la figura 11, una aplicación de la ley de Kirchhoff alrededor de la trayectoria de conductancia resultaría

Vi – VT – Vo – VT = 0

Vo = Vi - 2VT

El valor pico para el voltaje de salida Vo es, por tanto,

V_{o max} = Vm - 2VT (4.0)

Para las situaciones donde Vm >> 2VT,. Puede aplicarse la ecuación (4.0) para el valor promedio con un nivel relativamente alto de precisión.

Figura 11. Determinación de V_omax para los diodos de silicio en la configuración puente.

Si Vm es lo suficiente más grande que 2VT, entonces la ecuación (3.0) a menudo se aplica como una primera aproximación para Vdc.