INTRODUCCIÓN
Se ha observado durante el transcurso del curso de electrónica, que existen varias formas
para rectificar la corriente alterna de las cuales en la presente práctica se usará el
rectificador de onda completa, del cual se hace notar que este genera una onda más
enérgica en comparación con el rectificador de media onda; ya que el rectificador de
onda completa aprovecha los dos semiciclos tanto el positivo como el negativo Los dos
circuitos mencionados anteriormente se emplean para la transformación de la corriente
alterna (AC) a corriente directa (DC). Durante el desarrollo de la práctica se observarán
los tipos de ondas obtenidos.
MARCO TEÓRICO
ENTRADAS SENOIDALES; RECTIFICACIÓN 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.
Figura 1. Rectificador de Media Onda
A través de un ciclo completo, definido
por el periodo T de la figura
1, el valor promedio
es cero. El circuito de
la figura No. 1, llamado rectificador de
media onda, generará una
forma de onda Vo , la cual
tendrá un valor promedio de uso
particular en el proceso de
conversión de ac a dc.
Figura 2. Región de conducción (0T/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.
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. 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,(0.1) es a menudo aplicada
como una
primera aproximación de Vdc.
El circuito rectificador de media onda
no proporciona una corriente
continua demasiado
perfecta. Esto es debido a que sólo
es rectificada la mitad de un ciclo
de la corriente
alterna.
Para mejorar la rectificación, de tal
forma que queden reca€‹
tificados tanto los semiciclos
positivos corno los negativos, se hace
necesario utilizar otro tipo de circuitos,
como el
rectifia€‹
cador de onda completa mediante
transformador con toma intermedia o el
puente
rectificador de onda completa.RECTIFICACIÓN DE ONDA COMPLETA
Puente de diodos
El nivel de CD que se obtiene a
partir
de una entrada senoidal puede mejorar 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
Y
El valor pico para el voltaje de salida Vo es, por tanto,
Vo 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 Vomax 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
Voltaje de rizo: Es la variación
presentada en el voltaje de salida debido a
la carga y descarga del condensador,
mientras más pequeño sea el voltaje de
rizo, mejor será la acción del filtro. El
voltaje de rizo de una señal
rectificada de onda completa es mejor que
la de media onda. Factor de rizo: Es un indicador de la
efectividad del filtro y se define como:
Donde:
Vr = voltaje de rizo eficaz (RMS)
VDC = valor promedio
Entre más pequeño sea r, mucho mejor será el filtro. Este parámetro depende del valor
del condensador. Este valor puede ser un porcentaje
Objetivo
Construir y medir características de circuitos rectificadores así como medir características
de rectificador con filtro capacitivo y visualizar la señal rectificada de onda completa esto
mediante un diodo rectificador; además se observará y comprenderá el efecto que tiene
un filtro capacitivo sobre una carga.
EQUIPO
1 Multímetro.
1 Osciloscopio con 2
puntas.
1 Transformador de
corriente de 120V a 12V
HERRAMIENTA
MATERIAL
1 pinzas de punta.
1 Resistor de 1000 a„ ½
W.
1 Protoboard.
4 Diodos 1N4001.
Alambre para protoboard
1 Capacitor de 470 MF /
25V.
Desarrollo
Como se explico en clase, la rectificación es el primer paso para convertir una señal AC
en DC.
A.Rectificación de media onda
1. Construir un circuito utilizando una señal de entrada senoidal de 12V o en este caso
con nuestro transformador de 8V, 60 Hz, 4 diodos 1N4001 y un resistor de 1000 a„¦.
2. Utilizando los dos canales de su osciloscopio, observe los voltajes de entrada y salida
y el efecto de rectificación.
3. Mida el voltaje de pico y la frecuencia de la señal rectificada (salida).4. Utilizando el multímetro digital mida el voltaje dc en la salida de su circuito.
B. Rectificación de onda completa
1. Construya el circuito utilizando la misma señal de entrada del circuito anterior, con
cuatro diodos 1N4001 y un resistor de 1k a„¦.
2. Utilizando los dos canales de su osciloscopio, observe las señales de entrada y salida
del circuito.
3. Mida el voltaje de pico y frecuencia de la señal rectificada.
4. Utilizando el multímetro digital mida el voltaje dc en la salida del circuito.
5. Se comparan ambas señales y los resultados.
C. Rectificadores con filtro capacitivo
Una forma de reducir las fluctuaciones en la salida del rectificador y acercarlo más a un
voltaje constante es añadiendo un capacitor en la salida La carga y
descarga del capacitor suaviza o reduce las variaciones en la señal. El voltaje de la señal
rectificada y filtrada se conoce voltaje de rizo o “ripple” y puede controlarse con el tamaño
del capacitor.
CONCLUSIONES
Al realizar la práctica se pudo observar algunas ventajas y desventajas que tiene el
rectificador de media onda, esto por medio de la sustitución de algunos de sus elementos
originando esta acción cambios en la señal, variaciones en el Vrms, voltaje pico,
frecuencia, periodo, voltaje de rizo etc.
También se pudo observar las variaciones del circuito por los diferentes valores de los
elementos que se sustituyeron.
Referencias
1. Boylestad, Electronic Devices and Circuits, 7th Ed. Cap. 2.72.8.