UNIVERSIDAD LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA Dispositivos Electrónicos. PRÁCTICA 2 17 de octubre de 2014
Diodos Rectificadores de Onda. Por: Miguel L. Toledano
RESUMEN La rectificación es un proceso mediante el cual una forma de onda aplicada de valor promedio cero se cambia a una que tiene un nivel de cd. Con señales aplicadas de más de algunos volts, normalmente se puede puede aplicar la aproximación aproximación de diodo ideal.
En el siguiente siguiente reporte, se
expondrá como funciona un rectificador de onda completa, de media onda y con derivación central, para ello es importante importante conocer la aplicación aplicación de los diodos rectificadores, sobre todo aquellos que pertenecen a la serie n400x.
INTRODUCCIÓN En la práctica anterior definimos al diodo, junto con sus características principales que son
el
voltaje
de
polarización
y
que
cualidades nos ofrece en un circuito de voltaje fijo con resistencia de carga variable.
Figura 1. Rectificador de Media Onda.
Ahora ampliaremos el análisis de diodos para incluir funciones que varían con el tiempo,
El circuito de la figura 1, llamado rectificador
como la forma de onda senoidal y la onda
de media onda, generará una forma de onda
cuadrada. Sin duda, el grado de dificultad se
Vo que tendrá un valor promedio de uso
incrementará, pero una vez que se entiendan
particular en el proceso de conversión ca a
algunas maniobras fundamentales, el análisis
cd. Cuando se emplea en el proceso de
será directo y seguirá una ilación común.
rectificación, un diodo en general se conoce
Las más sencillas de las redes que se van a
como rectificador.
examinar con una señal que varía con el tiempo, aparecen en la figura 1. Por el momento utilizaremos el modelo ideal (note la ausencia de la etiqueta Si, Ge o GaAs) para que el método no se empañe por la Figura 2. Región de Conducción. 0 →
complejidad matemática adicional. A lo largo
de un ciclo completo, definido por el periodo
T de la figura 1, el valor promedio (la suma
Durante el intervalo = 0 → en la figura 1
algebraica de las áreas arriba y debajo del
la polaridad del voltaje aplicado V i i es es tal que
eje) es cero.
ejerce “presión” en la dirección indicada y
enciende el diodo con la polaridad que aparece Página 1 de 8
arriba
de
él.
Sustituyendo
la
equivalencia de cortocircuito en lugar del
completo y un valor promedio determinado
diodo ideal se tendrá el circuito equivalente
por la siguiente ecuación.
de la figura 2, donde es muy obvio que la señal de salida es una réplica exacta de la
= 0.318 Ecuación (1).
señal aplicada. Las dos terminales que definen el voltaje de salida están conectadas por
El proceso de eliminar la señal de entrada de
conducto de la equivalencia de corto circuito
media onda para establecer un nivel de cd se
directamente
a
la
señal
aplicada
del diodo. Para el periodo → , la polaridad
del voltaje de entrada V i es como se muestra en la figura 3 y la polaridad resultante a través del diodo ideal produce un estado de “apagado” con un equivalente de circuito
abierto.
llama rectificación de media onda, en el desarrollo de esta práctica el primer circuito que se analizará será un rectificador de media onda. Rectificación de onda completa. Rectificador de puente. El nivel de cd obtenido a partir de una entrada senoidal se puede mejorar 100% mediante un proceso llamado rectificación de onda completa. La red más conocida para realizar tal función aparece en la figura 5 con
Figura 3. Región de no conducción. →
sus cuatro diodos en una configuración de puente.
El resultado es que no hay una ruta para que fluya la carga y = = (0) = 0 A para el
periodo → . La entrada y la salida
aparecen
juntas
en
la
figura
4
para
propósitos de comparación. Figura 5. Rectificador de onda completa en configuración de puente.
Durante el periodo = 0 para la polaridad
es como se muestre en la figura 6.
Figura 4. Señal rectificada de media onda. La señal de salida Vo ahora tiene un área neta
Figura 6. Red de la figura 5 durante el
positiva sobre el eje durante un periodo
periodo 0 → del voltaje de entrada .
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Las polaridades resultantes a través de los
Durante un ciclo completo los voltajes de
diodos ideales también se muestran en la
entrada y salida aparecerán como se muestra
figura 2.6 para revelar que D 2 y D3 están
en la figura 9.
conduciendo, mientras que D1 y D4 están
Como el área sobre el eje durante un ciclo
“apagados”.
completo ahora es el doble de la obtenida por un sistema de media onda, el nivel de cd también se duplica y obtenemos la siguiente relación recurriendo a nuestra ecuación 1.
= 2[(1)] = 2(0.318 ) = 0.636 Onda completa. Ecuación (2).
Figura 7. Ruta de conducción en la región positiva de .
Esta relación de Vcd resulta obvia ya que la
El resultado neto es la configuración de la figura 7 con su corriente y polaridad indicadas a través de R. Como los diodos son ideales, el voltaje de carga es = , como se muestra en la misma figura. En la región negativa de la entrada los diodos que conducen son D1 y D4 y la configuración es la que se muestra en la figura 8.
frecuencia se duplica, esto se puede detallar en el desarrollo experimental del segundo circuito de prueba. Transformador con derivación central. En
la
figura
10
aparece
un
segundo
rectificador de onda completa muy conocido con sólo dos diodos, pero que requiere un transformador con derivación central (CT, por sus siglas en inglés) para establecer la señal de entrada a través de cada sección del secundario del transformador.
Figura 8. Ruta de conducción en la región negativa de . El resultado importante es que la polaridad a través del resistor de carga R es la misma de la figura 6, por lo que se establece un segundo pulso positivo, como se muestra en
Figura 10. Rectificador de onda completa con transformador con derivación central.
la figura 8.
Durante la parte positiva de aplicada al primario del transformador, la red aparecerá como se muestra en la figura 11. El diodo D 1 Figura 9. Formas de onda de entrada y salida para un rectificador de onda completa.
asume el equivalente de cortocircuito y el D 2 el equivalente de circuito abierto, como lo determinan los voltajes secundarios y las
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direcciones de la corriente resultantes. El voltaje de salida aparece como se muestra en la figura 11.
Figura 13. Rectificador de onda completa con derivación central y relación de vueltas en el transformador de 1. V p(pri) es el valor pico del voltaje del primario. Figura 11. Condiciones de la red en la región positiva de .
Para obtener un voltaje de salida con valor pico igual al valor pico de entrada (menos la
Durante la parte negativa de la entrada la
caída en el diodo), se debe utilizar un
red aparece como se muestra en la figura 12,
transformador elevador con una relación de
y los roles de los diodos se invierten pero
vueltas de n=2. Tal como se muestra la figura
mantienen la misma polaridad del voltaje a
14. En este caso, el voltaje total del
través del resistor de carga R. El efecto neto
secundario (Vsec) es dos veces el voltaje del
es la misma salida que aparece en la figura 9
primario (2Vpri), así que el voltaje a través de
con los mismos niveles de cd.
cada una las mitades del secundario es igual a Vpri.
Figura 12. Condiciones en la región negativa de .
Figura 14. Rectificador de onda completa con
Efecto de la relación de vueltas en el voltaje
derivación central y relación de vueltas de 2
de salida Si la relación de vueltas del
en el transformador.
transformador es 1, el valor pico del voltaje de salida rectificado es igual a la mitad del
En cualquier caso, el voltaje de salida de un
valor pico del voltaje de salida primario
rectificador de onda completa con derivación
menos el potencial de barrera, como ilustra
central siempre es la mitad del voltaje del
la figura 13. La mitad del voltaje primario
secundario menos la caída en el diodo,
aparece a través de cada una de las mitades
independientemente
del devanado secundario (V p(sec)= Vp(pri)).
vueltas existente.
= A partir de aquí, nos referiremos al voltaje de polarización en directa debido al potencial de barrera como caída en el diodo.
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de
2
la
relación
de
= 0.7 Ecuación (3).
DESARROLLO Para llevar a cabo un análisis de los circuitos con diodos rectificadores, es pertinente llevar las pruebas experimentales y de simulación. El primer circuito a analizar es el circuito en la configuración de rectificación de media onda.
Figura 16. Simulación del circuito con rectificación de onda completa con derivación central. A 20 V/Div. De estas simulaciones se puede observar el comportamiento deseado que esperamos de estos circuitos, sin embargo para hacer un análisis completo es pertinente recurrir a la experimentación. Para ello son requeridos
Figura 15. Simulación del circuito con
los siguientes materiales:
rectificación de media onda. A 20 V/Div. El segundo circuito a analizar es el circuito en configuración
de
rectificación
de
onda
completa.
Un osciloscopio.
Un protoboard.
Un regulador con clavija.
Cuatro
diodos
rectificadores
(1N4007).
Una resistencia de 10KΩ
Primero
realizamos
la
conexión
en
protoboard del circuito de rectificador de media onda.
Figura 16. Simulación del circuito con rectificación de onda completa. A 20 V/Div. Y finalmente la simulación de un circuito con rectificación
de
derivación central.
onda
completa
con Fotografía 1. Conexión en protoboard del circuito con rectificador de media onda. Página 5 de 8
Posteriormente se analiza ese circuito con los parámetros de 20 v/div. El segundo paso es realizar la conexión del circuito con rectificación de onda completa en
protoboard
tal
como
lo
indica
la
fotografía 2.
Fotografía 3. Conexión en protoboard del circuito con rectificador de onda completa con derivación central. Y
el
último
comportamiento
paso
es
del
observar
voltaje
el
en
el
osciloscopio. Fotografía 2. Conexión en protoboard del
ANÁLISIS DE RESULTADOS
circuito con rectificador de onda completa. A parir de lo analizado en clase se logró De la misma forma que el circuito anterior,
obtener cada una de la trasformaciones de la
procedemos a realizar una conexión con el
señal de voltaje al paso por un r ectificador.
osciloscopio, cuidando que tenga la misma
A continuación se muestran las gráficas
configuración para la visualización de la
obtenidas en el osciloscopio:
onda. Finalmente
realizamos
la
conexión
del
circuito con rectificación de onda completa con derivación central en protoboard tal como lo indica la fotografía 3.
Gráfica 1. Gráfica de la rectificación de V, obtenida en el osciloscopio para el circuito con rectificador de media onda.
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Una fuente de alimentación de cd típicamente se compone de un transformador, un rectificador con diodos, un filtro y un regulador.
El único diodo en un rectificador de media onda se polariza en directa y conduce dentro de 180° del ciclo de entrada.
La
frecuencia
de
salida
de
un
rectificador de media onda es igual a la frecuencia de entrada.
Gráfica 2. Gráfica de la rectificación de V, obtenida en el osciloscopio para el circuito
Por su parte, un rectificador de onda
con rectificador de onda completa.
completa es un circuito que convierte un voltaje de entrada senoidal de ca en un voltaje de cd pulsante con dos pulsos de salida que ocurren durante cada pulso de entrada, y de ello obtenemos las siguientes consideraciones:
Cada diodo en un rectificador de onda completa se polariza en directa y conduce dentro 180° del ciclo de entrada.
La
frecuencia
de
salida
de
un
rectificador de onda completa es dos Gráfica 3. Gráfica de la rectificación de V, obtenida en el osciloscopio para el circuito con rectificador de onda completa con
veces la frecuencia de entrada.
de onda completa son el puente y el
derivación central, podemos observar que la amplitud de las ondas se reduce a la mitad, eso se debe a la derivación central del
Los dos tipos básicos de rectificador de derivación central.
El voltaje de salida pico de un rectificador de onda completa con
voltaje, ya que se trata de una relación de
derivación
vueltas del transformador 1:2.
central
aproximadamente
la
mitad
es del
voltaje pico total del secundario
CONCLUSIONES Un rectificador de media onda es un circuito que convierte un voltaje de entrada senoidal de ca en un voltaje de cd pulsante con un pulso de salida que ocurre durante cada ciclo de entrada. Las conclusiones referentes a los circuitos rectificadores de esta naturaleza son los siguientes: Página 7 de 8
menos una caída de diodo.
El voltaje de salida pico de un rectificador
en
puente
igual
es
configuración al
voltaje
de del
secundario pico total menos dos caídas de diodo.
REFERNENCIAS
L. Boylestad Robert, Nashelsky Louis. Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos
electrónicos.
Décima
edición. Ed. Pearson. México. Pags. 76 a 81.
L.
Floyd
Thomas.
Dispositivos
Electrónicos. Octava edición. Ed. Pearson. México. Pags. 46 a 52
Apuntes de la clase del Ing. Víctor Ramos Viterbo.
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