Un diodo rectificador, idealmente hablando, es un interruptor cerrado cuando se polariza en directa y una interruptor abierto cuando se polariza en inversa. Por ello, es muy útil para convertir corriente alterna en continua. En este tema analizaremos los tres circuitos rectificadores básicos.
Una vez estudiado el tema, debería ser capaz de:
Saber cual es la función del transformador de entrada en las fuentes de alimentación.
Ser capaz de dibujar el esquema de un circuito rectificador de media onda y explicar su funcionamiento.
Ser capaz de dibujar el esquema de un circuito rectificador de onda completa y explicar su funcionamiento.
Ser capaz de dibujar el esquema de un puente rectificador y explicar su funcionamiento.
Saber como funciona y para que sirve un condensador de entrada como filtro dentro de la fuente de corriente.
Ser capaz de encontrar las tres características principales de un diodo rectificador en una hoja de especificaciones de un catálogo
Rectificador de media onda
Este es el circuito más simple que puede convertir corriente alterna en corriente continua. Este rectificador lo podemos ver representado en la siguiente figura:
Las gráficas que más nos interesan son:
Durante el semiciclo positivo de la tensión del primario, el bobinado secundario tiene una media onda positiva de tensión entre sus extremos. Este aspecto supone que el diodo se encuentra en polarización directa. Sin embargo durante el semiciclo negativo de la tensión en el primario, el arrollamiento secundario presenta una onda sinusoidal negativa. Por tanto, el diodo se encuentra polarizado en inversa.
La onda que más interesa es VL, que es la que alimenta a RL. Pero es una tensión que no tiene partes negativas, es una "Tensión Continua Pulsante", y nosotros necesitamos una "Tensión Continua Constante". Analizaremos las diferencias de lo que tenemos con lo que queremos conseguir.
Rectificador de onda completa
La siguiente figura muestra un rectificador de onda completa con 2 diodos:
Debido a la conexión en el centro del devanado secundario, el circuito es equivalente a dos rectificadores de media onda.
El rectificador superior funciona con el semiciclo positivo de la tensión en el secundario, mientras que el rectificador inferior funciona con el semiciclo negativo de tensión en el secundario.
Es decir, D1 conduce durante el semiciclo positivo y D2 conduce durante el semiciclo negativo.
Así pues la corriente en la carga rectificada circula durante los dos semiciclos.
En este circuito la tensión de carga VL, como en el caso anterior, se medirá en la resistencia RL.
Multiplicador de tensión
triplicador
El principio es: Semiciclo negativo se carga C1, semiciclo positivo se carga C2 a 622 V, semiciclo negativo se carga C3 a 622 V, 2 veces el pico.
Ahora elegimos las bornas para sacar:
Con esto se puede hacer un doblador y un triplicador dependiendo de donde se colocan las bornas. Y tenemos 933 V a la salida.
El truco consiste en que la cte de tiempo de descarga sea:
Y si a este circuito se le añade una etapa más (diodo y condensador) se convierte en un cuadriplicador.
Limitador
Esta es la forma de un limitador positivo:
Se tomo RL >> R para que en el semiciclo negativo vaya todo a la salida.
Recorta los semiciclos positivos, limita o recorta.
No recorta de forma perfecta por no ser ideal el diodo.
Cambiador de nivel
Lo veremos con un ejemplo:
NOTA: La carga no tiene porque ser solo una resistencia, puede ser el equivalente de Thévenin de otro circuito, etc...
Truco: Se empieza por el semiciclo en el que conduce un diodo y se carga un condensador.
Seguimos con el ejemplo. Semiciclo negativo.
Suponemos el diodo ideal. El condensador se carga en el semiciclo negativo. Una vez cargado, el condensador se descarga en el semiciclo positivo:
Interesa que el condensador se descargue lo menos posible. Para que sea la descarga sea prácticamente una horizontal se tiene que cumplir:
Si suponemos que el condensador se descarga muy poco, suponemos siempre cargado a 10 V el condensador.
Hemos subido 10 V el nivel de continua.
Este es el cambiador de nivel positivo. Si quisiera cambiar hacia abajo sería el cambiador de nivel negativo que es igual cambiando el diodo de sentido.
Diodo Zener
La aplicación de estos diodos se ve en los Reguladores de Tensión y actúa como dispositivo de tensión constante (como una pila).
Símbolo:
Su gráfica es de la siguiente forma:
Un diodo normal también tiene una zona de ruptura, pero no puede funcionar en él, con el Zener si se puede trabajar en esa zona.
vz= tension de ruptura del zener.
La potencia máxima que resiste en la "Zona de Ruptura" ("Zona Zener"):
En la zona de ruptura se produce el "Efecto Avalancha" ó "Efecto Zener", esto es, la corriente aumenta bruscamente.
Para fabricar diodos con un valor determinado de tensión de ruptura (Vz) hay que ver la impurificación porque Vz es función de la impurificación (NA ó ND), depende de las impurezas.
La zona de ruptura no es una vertical, realmente tiene una inclinación debida a Rz:
En un "Diodo Zener Real" todos son curvas, pero para facilitar los cálculos se aproxima siempre.
Regulador con Zener
Problemas que podemos tener:
RL variable (variaciones de carga).
Variaciones de tensión de red (variaciones de red).
Debido a estos dos problemas la onda de salida de ese circuito puede variar entre dos valores y como nuestro objetivo es obtener una tensión constante a la salida tendremos que hacer algo. Para resolver este problema ponemos un regulador de tensión basado en el diodo zener.
Ahora vamos a analizar este regulador de tensión.
Regulador de tensión en vacío (sin carga)
vS estará entre un mínimo y un máximo, y el regulador tiene que funcionar bien entre esos 2 valores (vSmáx y vSmín).En este caso vS lo pondremos como una pila variable.
Además para que funcione correctamente el zener tiene que trabajar en la zona de ruptura.
Para que esté en ruptura se tiene que cumplir:
Ejemplo: Comprobar si funciona bien el siguiente circuito:
Hay que ver si en la característica los valores se encuentran entre IZmín y IZmáx para comprobar si funciona bien.
Funciona bien porque se encuentra entre los dos valores (máximo y mínimo). La salida es constante, lo que absorbe la tensión que sobra es la R (que es la resistencia limitadora).
Regulador de tensión con carga
Para comprobar que estamos en ruptura calculamos el equivalente de Thevenin desde las bornas de la tensión VZ:
Como en el anterior caso los valores del circuito tienen que estar entre un máximo y un mínimo:
El zener absorbe la corriente sobrante (IZ variable) y la resistencia (R) la tensión sobrante. Entonces a la salida la forma de la onda es la siguiente:
2ª aproximación
El circuito equivalente sería de la siguiente forma:
A ese circuito se le aplica la superposición:
Como la superposición es la suma de estos 2 circuitos la solución será esta:
Con esto se ve que lo que hace el zener es "Amortiguar el rizado". Veamos cuanto disminuye el rizado:
Ejemplo:1N961 VZ = 10 V RZ = 8,5 V VRentr. = 2 V
Si quiero disminuir más el rizado pondría otro regulador que disminuiría más el rizado pico a pico:
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