Una de las aplicaciones más importantes de los diodos, es el diseño de los circuitos rectificadores. Un diodo rectificador es esencial en las fuentes de alimentación cd necesarias para alimentar equipos electrónicos. Observemos en la figura que nos muestra un diagrama en bloques, la fuente de alimentación se conecta a la línea de 120V(rms) y a una frecuencia de 60Hz tomados de la red de ca, y este entrega un voltaje V0 de cd a un circuito electrónico representado por la carga. V0 de cd debe de ser tan constante como sea posible.
El primer bloque de una fuente de alimentación de cd es el transformador de potencia, que consta de dos bobinas separadas y devanadas alrededor de un núcleo de hierro que acopla magnéticamente ambos devanados. El devanado primario con N1 vueltas, está conectado a la red de 120 V de ca y el devanado secundario con N2 vueltas se conecta al circuito de la fuente de alimentación de cd. Entonces, se forma un voltaje vs de ca de 120 (N2/ N1) V(rms) entre los dos terminales del devanado secundario. Al seleccionar una razón apropiada de vueltas (N2/ N1) para el transformador, el diseñador puede reducir el voltaje de línea al valor necesario para obtener una salida específica de voltaje cd de la fuente.
Rectificador de media onda
Debido a que un diodo pude mantener el flujo de corriente en una sola dirección, se puede utilizar para cambiar una señal de ac a una de dc. En la figura se muestra un circuito rectificador de media onda. Cuando la tensión de entrada es positiva, el diodo se polariza en directo y se puede sustituir por un corto circuito. Si la tensión de entrada es negativa el diodo se polariza en inverso y se puede remplazar por un circuito abierto. Por tanto cuando el diodo se polariza en directo, la tensión de salida a través del resistor se puede hallar por medio de la relación de un divisor de tensión sabemos ademas que el diodo requiere 0.7 voltios para polarizarse asi que la tensión de salida esta reducida en esta cantidad (este voltaje depende del material de la juntura del diodo). Cuando la polarización es inversa, la corriente es cero, de manera que la tensión de salida también es cero. Este rectificador no es muy eficiente debido a que durante la mitad de cada ciclo la entrada se bloquea completamente desde la salida, perdiendo así la mitad de la tensión de alimentación. Por dicha razon este circuito tiene un alto factor de rizo que mas adelante se hallara.
Rectificador de media onda.
Rectificador de Onda Completa Con Tap Central.
El rectificador de onda completa utiliza ambas mitades de la onda senoide de entrada; para obtener una salida unipolar, invierte los semiciclos negativos de la onda senoidal. En esta aplicación se utiliza en el devanado central del transformador con la finalidad de obtener dos voltajes VS iguales, en paralelo con las dos mitades del devanado secundario con las polaridades indicadas. Cuando el voltaje de línea de entrada, que alimenta al devanado primario, es positivo, ambas señales marcadas como VS serán positivas. En este caso D1 conduce y D2 estará polarizado inversamente. La corriente que pasa por D1circulara por la carga y regresara ala derivación central del secundario. El circuito se comporta entonces como rectificador de media onda, y la salida durante los semiciclos positivos será idéntica a la producida por el rectificador de media onda.
Ahora, durante el semiciclo negativo del voltaje de ca de la línea, los voltajes marcados como VS serán negativos. Entonces D1 estará en corte y D2 conduce. La corriente conducida por D2 circulara por la carga y regresa a la derivación central. Se deduce que durante los semiciclos negativos también el circuito se comporta como rectificador de media onda, excepto que ahora el diodo D2 es el que conduce. Lo más importante es que la corriente que circula por la carga siempre pasa por la misma dirección y el voltaje vo será unipolar. La onda de salida se obtiene suponiendo que un diodo conductor tiene una caída constante de voltaje VDO, es decir, se desprecia el efecto de la carga.
Valor medio o promedio de la rectificación de onda completa.
Valor eficaz de la rectificación de la onda completa.
Factor de riple de la rectificación de onda completa
Rectificador de Onda Completa con derivación central
Rectificador Puente
El circuito conocido como rectificador en puente de winstone, no requiere de transformador con derivación central. Sin embargo en este se hacen necesario 4 diodos en comparación con los dos del rectificador de onda completa.
El circuito rectificador en puente opera así: Durante los semiciclos positivos del voltaje de entrada vs la corriente es conducida a través del diodo D1, el resistor R y el diodo D2 (por ser positivo). Entre tanto los diodos D3 y D4 están polarizados inversamente.
Consideremos la situación durante los ciclos negativos del voltaje de entrada. El voltaje secundario vs será negativo y entonces -vs será positivo, forzando la corriente a circular por D3, R y D4; entre tanto los diodos D1 y D2 estarán polarizados inversamente. Cabe anotar que durante los dos ciclos la corriente circula por R en la misma dirección y por tanto v0 siempre será positivo.
Este circuito posee una deficiencia que es la generación de una tierra virtual de vida a la conexión que posee además sabemos que este circuito decremento el valor de la salida no en solo 0.7 voltios, debido a la conexión que posee en serie este circuito.
Si una de las terminales de la fuente se aterriza, ninguna de las terminales del resistor de carga se puede aterrizar; de lo contrario provocaría un lazo de tierra, que eliminaría uno delos diodos. Por tanto es necesario introducir un transformador a este circuito para aislar entre sí las dos tierras.
Rectificador de Onda Completa en puente de winstone
Rectificador Trifásico Conectado En Estrella
El circuito conduce alternadamente, en cada uno de sus diodos, según la secuencia positiva de las fases así:
Entre los instantes T/12 y 5T/12 la fase más positiva es f1; el diodo D1 conduce y resulta: Va=V1 . Los demás diodos están bloqueados; puesto que tienen en su nodo un potencial más negado que en su cátodo y se tiene efectivamente V2< ó = Va y V3< ó = Va y V1=Va .
Entre los instantes 5T/12 y 9T/12 la fase más positiva es f2; el diodo D2 conduce y resulta: Va=V2 . Los demás diodos están bloqueados; puesto que tienen en su nodo un potencial más negado que en su cátodo y se tiene efectivamente V1< ó = Va y V3< ó = Va y V2=Va .
Entre los instantes 9T/12 y 13T/12 el diodo D1 conduce y resulta: Va=V1 . Los demás diodos están bloqueados; puesto que tiene V1< ó = Va y V2< ó = Va y V3=Va . Luego se repite el ciclo. Lo que hace este circuito es seleccionar a cada instante la más positiva de las fases y aplicarla a la carga, actuando cada fase durante un intervalo de tiempo igual a un tercio del periodo.
Este circuito reduce en una gran cantidad el factor de rizo por la interacción de las tres fases que como ya sabemos cada una tiene un desfase de 120 grados entre si.
Rectificador Trifásico en estrella.
Rectificador Hexafásico
Lo que hace este circuito es seleccionar a cada instante la mas positivo de las seis fases y aplicarla a la carga. Suponiendo que se quisiera escoger la parte mas negativa bastaría en invertir el sentido de los diodos.
Vemos que cada fase actúa durante la sexta parte del periodo (T/6). En la salida los mínimos de tensión se producen a t=T/6+kT/6; al instante t=T/6=p/3w se tiene, considerando la fase 1:
Valor medio o promedio de la rectificación hexafásica simple.
Valor eficaz de la rectificación hexafásica simple.
Factor de riple de la rectificación hexafásica simple.
Rectificador de Onda completa para un circuito hexafásico
El primer bloque de una fuente de alimentación de cd es el transformador de potencia, que consta de dos bobinas separadas y devanadas alrededor de un núcleo de hierro que acopla magnéticamente ambos devanados. El devanado primario con N1 vueltas, está conectado a la red de 120 V de ca y el devanado secundario con N2 vueltas se conecta al circuito de la fuente de alimentación de cd. Entonces, se forma un voltaje vs de ca de 120 (N2/ N1) V(rms) entre los dos terminales del devanado secundario. Al seleccionar una razón apropiada de vueltas (N2/ N1) para el transformador, el diseñador puede reducir el voltaje de línea al valor necesario para obtener una salida específica de voltaje cd de la fuente.
Rectificador de media onda
Debido a que un diodo pude mantener el flujo de corriente en una sola dirección, se puede utilizar para cambiar una señal de ac a una de dc. En la figura se muestra un circuito rectificador de media onda. Cuando la tensión de entrada es positiva, el diodo se polariza en directo y se puede sustituir por un corto circuito. Si la tensión de entrada es negativa el diodo se polariza en inverso y se puede remplazar por un circuito abierto. Por tanto cuando el diodo se polariza en directo, la tensión de salida a través del resistor se puede hallar por medio de la relación de un divisor de tensión sabemos ademas que el diodo requiere 0.7 voltios para polarizarse asi que la tensión de salida esta reducida en esta cantidad (este voltaje depende del material de la juntura del diodo). Cuando la polarización es inversa, la corriente es cero, de manera que la tensión de salida también es cero. Este rectificador no es muy eficiente debido a que durante la mitad de cada ciclo la entrada se bloquea completamente desde la salida, perdiendo así la mitad de la tensión de alimentación. Por dicha razon este circuito tiene un alto factor de rizo que mas adelante se hallara.
Rectificador de media onda.
Rectificador de Onda Completa Con Tap Central.
El rectificador de onda completa utiliza ambas mitades de la onda senoide de entrada; para obtener una salida unipolar, invierte los semiciclos negativos de la onda senoidal. En esta aplicación se utiliza en el devanado central del transformador con la finalidad de obtener dos voltajes VS iguales, en paralelo con las dos mitades del devanado secundario con las polaridades indicadas. Cuando el voltaje de línea de entrada, que alimenta al devanado primario, es positivo, ambas señales marcadas como VS serán positivas. En este caso D1 conduce y D2 estará polarizado inversamente. La corriente que pasa por D1circulara por la carga y regresara ala derivación central del secundario. El circuito se comporta entonces como rectificador de media onda, y la salida durante los semiciclos positivos será idéntica a la producida por el rectificador de media onda.
Ahora, durante el semiciclo negativo del voltaje de ca de la línea, los voltajes marcados como VS serán negativos. Entonces D1 estará en corte y D2 conduce. La corriente conducida por D2 circulara por la carga y regresa a la derivación central. Se deduce que durante los semiciclos negativos también el circuito se comporta como rectificador de media onda, excepto que ahora el diodo D2 es el que conduce. Lo más importante es que la corriente que circula por la carga siempre pasa por la misma dirección y el voltaje vo será unipolar. La onda de salida se obtiene suponiendo que un diodo conductor tiene una caída constante de voltaje VDO, es decir, se desprecia el efecto de la carga.
Valor medio o promedio de la rectificación de onda completa.
Valor eficaz de la rectificación de la onda completa.
Factor de riple de la rectificación de onda completa
Rectificador de Onda Completa con derivación central
Rectificador Puente
El circuito conocido como rectificador en puente de winstone, no requiere de transformador con derivación central. Sin embargo en este se hacen necesario 4 diodos en comparación con los dos del rectificador de onda completa.
El circuito rectificador en puente opera así: Durante los semiciclos positivos del voltaje de entrada vs la corriente es conducida a través del diodo D1, el resistor R y el diodo D2 (por ser positivo). Entre tanto los diodos D3 y D4 están polarizados inversamente.
Consideremos la situación durante los ciclos negativos del voltaje de entrada. El voltaje secundario vs será negativo y entonces -vs será positivo, forzando la corriente a circular por D3, R y D4; entre tanto los diodos D1 y D2 estarán polarizados inversamente. Cabe anotar que durante los dos ciclos la corriente circula por R en la misma dirección y por tanto v0 siempre será positivo.
Este circuito posee una deficiencia que es la generación de una tierra virtual de vida a la conexión que posee además sabemos que este circuito decremento el valor de la salida no en solo 0.7 voltios, debido a la conexión que posee en serie este circuito.
Si una de las terminales de la fuente se aterriza, ninguna de las terminales del resistor de carga se puede aterrizar; de lo contrario provocaría un lazo de tierra, que eliminaría uno delos diodos. Por tanto es necesario introducir un transformador a este circuito para aislar entre sí las dos tierras.
Rectificador de Onda Completa en puente de winstone
Rectificador Trifásico Conectado En Estrella
El circuito conduce alternadamente, en cada uno de sus diodos, según la secuencia positiva de las fases así:
Entre los instantes T/12 y 5T/12 la fase más positiva es f1; el diodo D1 conduce y resulta: Va=V1 . Los demás diodos están bloqueados; puesto que tienen en su nodo un potencial más negado que en su cátodo y se tiene efectivamente V2< ó = Va y V3< ó = Va y V1=Va .
Entre los instantes 5T/12 y 9T/12 la fase más positiva es f2; el diodo D2 conduce y resulta: Va=V2 . Los demás diodos están bloqueados; puesto que tienen en su nodo un potencial más negado que en su cátodo y se tiene efectivamente V1< ó = Va y V3< ó = Va y V2=Va .
Entre los instantes 9T/12 y 13T/12 el diodo D1 conduce y resulta: Va=V1 . Los demás diodos están bloqueados; puesto que tiene V1< ó = Va y V2< ó = Va y V3=Va . Luego se repite el ciclo. Lo que hace este circuito es seleccionar a cada instante la más positiva de las fases y aplicarla a la carga, actuando cada fase durante un intervalo de tiempo igual a un tercio del periodo.
Este circuito reduce en una gran cantidad el factor de rizo por la interacción de las tres fases que como ya sabemos cada una tiene un desfase de 120 grados entre si.
Rectificador Trifásico en estrella.
Rectificador Hexafásico
Lo que hace este circuito es seleccionar a cada instante la mas positivo de las seis fases y aplicarla a la carga. Suponiendo que se quisiera escoger la parte mas negativa bastaría en invertir el sentido de los diodos.
Vemos que cada fase actúa durante la sexta parte del periodo (T/6). En la salida los mínimos de tensión se producen a t=T/6+kT/6; al instante t=T/6=p/3w se tiene, considerando la fase 1:
Valor medio o promedio de la rectificación hexafásica simple.
Valor eficaz de la rectificación hexafásica simple.
Factor de riple de la rectificación hexafásica simple.
Rectificador de Onda completa para un circuito hexafásico
