Rectificador


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Lo que hace el rectificador es convertir la corriente alterna que sale del secundario del transformador a corriente continua, lo que pasa es que esta corriente aún no es totalmente continua, si no que consta de una parte continua y una parte alterna; el rectificador esta constituido por diodos, de los que se aprovecha la propiedad que tienen de conducir la corriente eléctrica en un solo sentido, cuando conducen se dice que están polarizados en forma directa y cuando no conducen se dice que están polarizados en forma inversa.

La corriente alterna en un momento tendrá valores positivos, luego de un tiempo tendrá valores negativos, su valor de voltaje irá alternando en el tiempo, ademas pasado un tiempo sus valores de voltaje se repiten y es a ese tiempo que tardan en repetirse esos valores a lo que se le llama periodo, de ahí que se diga que la corriente alterna es periódica, y a la inversa de este tiempo se le conoce como frecuencia,   la imagen que  sigue es una muestra de como se observa en el osciloscopio la corriente alterna variando en el tiempo.

osciloscopio

En la imagen anterior se observa que la corriente alterna es una onda senoidal; lo que se ve y se puede medir en el osciloscopio es lo que se conoce como voltaje pico (Vp), el voltaje pico pico (Vpp), y el periodo (T); para continuar, será necesario conocer algunos términos que se utilizarán muchas veces, para ello se recurre a la siguiente imagen:

ca

La parte de la alterna que se repite se conoce como ciclo, el periodo es la medida del tiempo que transcurre para que se complete un ciclo, normalmente en milisegundos (ms), la frecuencia es la inversa del periodo e indica cuantos ciclos ocurren en un segundo, se mide en Hz; por ejemplo si la corriente alterna que llega de  la red eléctrica tiene una frecuencia de 50Hz, este valor indica que se repiten 50 ciclos cada segundo, de aquí se obtiene que el periodo de cada ciclo será 1/(50Hz) lo cual da 20ms, es decir que cada ciclo de la corriente alterna que llega de la red eléctrica tardará 20ms en completarse.

La tensión alterna tiene un valor de continua de cero, esto es que tiene un valor medio de cero, si se mide la tensión alterna con un multitester al cual se le ha puesto para medir tensión continua, se leerá un valor de cero, en cambio si se pone el multitester para medir tensión alterna, lo que se mide es el valor eficaz de la tensión alterna de la que su representación matemática es:

eficaz

Rectificador de onda media.

Para comprender la utilización del diodo como rectificador se comenzará por lo mas sencillo, con lo que se conoce como rectificador de onda media; el circuito que se utiliza para la rectificación de onda media consta de un solo diodo, una fuente de tensión alterna y un resistencia de carga que es donde se mide la tensión alterna una vez que haya pasado por el diodo; para que el diodo se active o se encienda o comience a conducir debe superar una barrera de potencial de 0,7V, en otras palabras el diodo siempre necesitará aproximadamente 0,7V para que encienda, mientras sobre el diodo no caiga este voltaje mínimo el diodo estará apagado o no conducirá; se utilizará la siguiente imagen para la rectificación de onda media.

Rectificador de onda media

En este caso se interpone un diodo en el camino de la tensión alterna, cuando Vent se hace positiva y va aumentando en valor hasta llegar aproximadamente a 0,7V (ya que para que el diodo se active, necesita que la tensión en el ánodo sea mayor en aproximadamente 0,7V con respecto a la tensión del cátodo) el diodo conducirá la corriente alterna, mientras la tensión alterna no se aproxime a los 0,7V el diodo no conducirá, el máximo valor que se mide en la salida, en este caso la tensión medida en la resistencia de carga será (Vp-0,7)V, ya que de la Vent el diodo consume 0,7V para que conduzca corriente una vez está polarizado en directa; luego el valor de la tensión de entrada comenzará a disminuir y cuando se haga menor que 0,7V el diodo se apagará, cuando la Vent se haga negativa el diodo se polarizará en inversa y no conducirá la corriente alterna, midiéndose ahora sobre la carga 0V ya que no circulará corriente a través del circuito mientras el diodo está polarizado en inversa.

A la forma de onda obtenida en la salida se le conoce como rectificación de onda media, porque no se rectifica toda la corriente alterna, solo se rectifica la parte positiva, esta forma de onda obtenida ya no es totalmente senoidal, sino que esta rectificada, contendrá algo de corriente continua; si esta Vsal obtenida en la resistencia de carga se mide con el multitester al que se ha preparado para  medir tensión continua, el tester dará ahora una medida de continua, a este valor obtenido se le conoce como Valor promedio del voltaje de salida o Valor en corriente directa de voltaje de salida del rectificador de onda media, matemáticamente su valor es:

directa07

A continuación se deja un  vídeo con el cual se espera aclarar un poco mas en cuanto al tema de la rectificación en onda media de la corriente alterna:

Rectificador de onda completa

Para realizar la fuente de alimentación lo que se necesita es rectificar toda la tensión alterna, no solo la parte positiva, esto se logra mediante el arreglo conocido como puente de diodos y a lo que se obtiene una vez que la corriente alterna a pasado por el puente de diodos se conoce como rectificación de onda completa.

Rectificador  de onda completa

En la imagen anterior se puede ver como será la distribución de los diodos para este tipo de rectificador, además se muestra como hay que conectar el secundario del transformador y la carga al puente de diodos; a la tensión que se mide en el secundario del transformador se le llama tensión de entrada Vent para el puente de diodos, y la tensión que se mide en la resistencia de carga es la tensión de salida Vsal para el puente de diodos que viene a ser también la tensión alterna rectificada.

Primeramente se verá como trabaja el puente de diodos cuando la  parte positiva da la tensión alterna ingresa al puente de diodos, para ello será de utilidad la siguiente imagen:

Rectificador Puente de diodos positivo

Cuando la parte positiva de la tensión alterna (en color rojo) ingresa al puente de diodos,  D1 y D2 se polarizarán en directa y cuando sobre cada uno de ellos caiga aproximadamente 0,7V ambos diodos se activarán y conducirán la corriente, mientras que para este caso D3 y D4 se polarizan en inversa por lo cual no se activan y no conducen corriente, sobre  la resistencia de carga la corriente ingresará por A, por lo tanto el potencial de A será mayor que el potencial de B, entonces A será positivo con respecto de B, la Vsal será positiva, esto por Kirchoff, como no hay mas carga en el camino de la corriente la tensión que caerá sobre la resistencia de carga será Vsal=Vent-1,4, ya que sobre cada diodo cae 0,7V.

Rectificador Puente de diodos negativo

Cuando la parte negativa de la tensión alterna (en color azul) ingresa al puente de diodos,  D4 y D3 se polarizan en directa y cuando sobre cada uno de ellos caiga aproximadamente 0,7V ambos diodos se activarán y conducirán la corriente, mientras que para este caso D1 y D2 se polarizan en inversa por lo cual no se activan y no conducen corriente, sobre  la resistencia de carga la corriente ingresará por A, por lo tanto en la resistencia la corriente tiene el mismo sentido que cuando es la corriente positiva la que ingresa al puente, nuevamente el potencial de A es mayor que el potencial de B, entonces A será positivo con respecto de B, la Vsal será positiva, esto por Kirchoff, como no hay mas carga en el camino de la corriente, la tensión que caerá sobre la resistencia de carga será Vsal=Vent-1,4, ya que sobre cada diodo cae 0,7V.

Ahora se puede comparar como será la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada.

Rectificador _onda rectificada

Se puede ver la forma de onda de la salida (en verde) que corresponde a la rectificación de onda completa, se comprueba que mediante el puente de diodos se puede rectificar la parte positiva y la parte negativa de la tensión alterna de la  entrada; en la comparación se observa que la Vsal será menor en 1,4V a la Vent, ademas, el periodo de la Vsal es la mitad del periodo de la Vent, lo que indica que la frecuencia de la Vsal es el doble de la frecuencia de Vent, esto se puede indicar así:

fsal = 2(fent)

Para esta forma de onda el valor medio de voltaje o el valor en voltaje de corriente directa, es decir lo que se mide en la salida con un multitester cuando esté  preparado para medir corriente continua, se puede hallar matemáticamente de la siguiente forma:

directa14

A continuación se deja un vídeo que se preparó justamente para comentar sobre la rectificación de onda completa con el puente de diodos:

Ahora que se ha visto como trabaja un rectificador de onda completa se tendrá que agregar los diodos adecuados a la lista de materiales, los diodos dependerán de cuanta corriente va suministrar la fuente, además se tiene que tener en cuenta el voltaje de pico inverso del diodo, el que indica cuanta tensión en inversa es capaz de soportar el diodo antes que entre en avalancha, este voltaje de pico inverso tiene que ser mayor que el voltaje de pico de la salida del secundario del transformador, si es el doble mejor, esto porque el diodo trabajará en directa y en inversa en el rectificador de puente, se necesita entonces 4 diodos, también  existen puente de diodos encapsulados.

Rectificador diodos

En  la imagen se puede ver un puente de diodos  encapsulado, y cuatro diodos independientes, en este caso se va a preparar una fuente que suministre hasta 1A que es suficiente para la mayor parte de circuitos electrónicos que se verán, mas adelante se comentará para cuando una fuente tenga suministrar hasta 3A. Hay una serie de diodos que van bien para las fuentes de alimentación, se utilizará el 1N4004, este tiene una tensión de pico inverso de 280V  y puede conducir hasta 1A de forma continua según su hoja de datos.

Para el rectificador de puente de diodos se necesitará:

  • 4 diodos 1N4004, su hoja de datos lo puedes ver aquí.

 

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