Rectificadores

Rectificadores

--

Publicado por

ENERGV

CDNCEPTS,

INC.

SKOKIE, ILLlNOIS 60077, U.S.A.

------

---

'"

.

[33J

Objetivos

.

RECTIFICADORESDE MEDIA ONDA Construir un circuito rectificador frecuencia de la onda de salida.

de media onda, verificar la tensión y

. RECTIFICADORES DE ONDA COMPLETA Construir un circuito rectificador de onda completa y verificar sus parámetros de salida.

. RECTIFICADOR DE PUENTE Construir un circuito rectificador salida.

de puente y verificar los parámetros de

. FILTRO Construir un circuito rectificador y verificar la onda de salida con circuito de filtro.

Introducción

Los diodo s tienen muchos usos en electrónica. Uno de ellos es en la construcción de fuentes de poder, para efectuar la conversión de la alimentación de corriente alterna en corriente contínua de salida. Los circuitos que convierten corriente alterna en corriente contínua se denominan rectificadores Los tipos de rectificadores que se estudiarán en este capítulo son los rectificadores de media onda, onda completa y puente. La característica de ondulación {}rizo de la onda de salida es la que diferencia estos tipos de rectificadores. La onda de salida de rectificadores de onda completa y puente son similares a la salida de una batería. Rectificadores de media onda producen un marcado fenómeno de ondulación debido a que el rectificador conduce sólo cada medio ciclo. Los circuitos de filtro son usados para eliminar o atenuar el fenómeno de ondulación o rizo.

Rectificadores Dispositivos que convierten corriente alterna en corriente contínua o directa. Ondulación o rizo Voltaje residual deCAquese produce sobre la onda de salida deconiente contínua. R-l

~>. ,'"

'{",.,': '.':~'~';'''''.f.''.

. .,:.'k'~'.

..:

''',

-!;(:"'i.~':'''..,~~;...;i"~.,>~?..:¡¡),,,..~.'._:;,;J:~'f.~""; " .<~,:.~:,;¡~"...:',:' ..'."'"

..,:c-:,'~"~:'.:¡". -..';;,,,,,.", .".

"";";,'.'''','1-'' '.'","V';'/i:$.~é",'\3..
,.?'"'i<:,;;i'.;'.:.o",,"',>,,"'..'j.~-.w,»c,.""I"\,{."~;

",,

.-;~'"

:'; ',-<...t..1>J"¡,,~:"';"t':\"'''''''...;\;..~¡¡.;~,;-\;:\,-t~.':;::~~:~~':

EXPERIMENTO 1

Rectificador de media onda

Objetivo del experimento

Al completar este experimento, usted podrá: A. Construir un circuito rectificador de media onda y verificar la tensión y frecuencia de la onda de salida.

Material requerido

. Tablero de Experimentos ECI . Osciloscopio . Multímetro . Diodo 1N4006 ó Equivalente . Resistencia de 1 KOhm

',',",;"",""':

:.!;;~~if.!f;,,~"""::;

Discusión

':~,.."', '"t:

,c:;*-.""e;.c,;;;'E-i":

}'if.';;jé:ij.f:":,:'~f,:.;¡;:¡1i;¡'~":"'1;';'f'.¡:¡¡¡'¡'

"..''''~;''~~;,..:;'-,,:;¿1..;,;r''';«:';~''!;,::\;.''1N'':.';io..t:

;~"'~'i'~:"'''",,';':-:''. -," ~'¡'Ó'~":'. ,.".\~.j!:;j,j,:';','«f;¡ki7t.,:"~

P,

El rectificador más simple es el de media onda. El mismo se muestra en la Figura 1.

FUENTE DE ALlMENTACION 12.6 VCA

1-I I I I I I I I I I

---1

-T1

VCA

I 1______----

Figura 1 Rectificador

I I I 12.6 I

CR1 1 N4006

R1 1K

I

I I I

-'

de media onda

Rectificador de media onda Circuito rectificador con un diodo que conduce cada medio ciclo. Existe un pulso de corriente contínua por cada ciclo de corriente alterna de entrada. R-3

---

--

----

Experimento 1

La Figura 2 muestra la señal de entrada de CA y la señal de salida de medio ciclo. Dado que esta onda viaja en una sola dirección se denomina corriente directa pulsan te

/

,

/.\

f \

(

'\ r

\

1

\

1

ENTRADA

,

\

\ J

\ J

"'....

/

,

.

....

,. \

/. !\

( \ SALIDA

-----

. ..

I \ .

I \,

,

o'"

.

..

.

Figura 2 Onda de entrada de CA y pulsatoria

directa de salida

El rectificador de media onda tiene un costo menor de construcción, pero produce mayor ondulación que uno de onda completa. El proceso de eliminación de la ondulación se denomina filtraje

Corriente directa pulsante Corriente o tensión de tipo pulsatoria directa, su amplitud varía a intervalos regulares. Acción de Filtraje Eliminación de la onda residual pulsatoria en la salida de corriente directa.

R-4

~--

Práctica

A. O 1. Conecte el circuito de la Figura 1. Conecte el osciloscopio a través de las tenninales de entrada. Observe la señal producida y dibújela en el espacio cuadriculado que se provee abajo. Anote el valor Vp-p de la señal de entrada . La relación entre valor p-p y efectivo o RMS es: Vp-p = 2,822 x RMS. La frecuencia de la señal de entrada es Hz. --

. .

:

_:

: .. . . .

Figura 3 Forma de onda de la señal de entrada O 2. Conecte el osciloscopio a través de la resistencia de 1 kOhm. Observe la señal producida y dibújela abajo. ¿Cuál es la frecuencia de la onda de salida Hz?

R-S

Experimento 1

.

,..

.. ... .

."

.

Figura 4 Señal de salida

Preguntas

1. Describa la señal de salida de un rectificador de media onda

2. Un rectificador de media onda conduce cada

ciclo.

3. El fenómeno de tensión residual se denomina

4. Anote la fórmula o relación entre valors p-p y RMS o efectivos 5. ¿Qué elementos se necesitan para construir un rectificador de media onda?

R-6

-----

~-

EXPERIMENTO 2

Rectificador de onda completa

Objetivo del experimento

Al completar este experimento, usted podrá: A. Construir un rectificador de onda completa. Determinar la magnitud de la tensión de salida y la frecuencia de la onda de salida.

Material requerido

. Tablero de Experimentos ECI . Fuente de Poder de CA . Osciloscopio . Multímetro

. Dos Diodos lN4006 ó Equivalente . Resistencia de 1 KOhms

Discusión

La Figura 5 muestra un rectificador de onda completa. Observe la conexión de la configuración. El transformador con secundario dividido o derivación central provee la tensión de alimentación a los diodos.

FUENTE DE ALlMENTACION 12.6 VAC

r Il-;' :A I

n

CRl +

, N4006

:

~II

:

I I I

L

CR2 +

J

, N4006

Figura 5 Rectificador de onda completa Rectificador de onda completa Un rectificador que usa dos diodos, cada uno de los cuales conduce cada medio ciclo de la onda alterna. R-7

Experimento 2

Cuando el diodo 1 de la Figura 6 recibe una tensión positiva, éste posee una polarización positiva y conduce. La corriente circula en el segmento de circuito que se muestra en Figura de abajo. La onda de salida se destaca en el círculo.

+

CR1

~ +

~

--Figura 6 Conducción de CR 1 La Figura 7 muestra la condición del segundo diodo, el circuito cerrado pertinente y la onda de salida se muestra en la figura siguiente.

+

~

--CR2

Figura 7 Conducción de CR2

R-S

A continuación se muestra la onda de salida de un rectificador de onda completa. La corriente circula a través de la carga cada medio ciclo. Como se ve la onda resultante es más pareja o plana que la de un rectificador de media onda. .....

.....

.....

{

\ f \ f \

.

.

...

""'"

" ....

f \ f \

I

.

.

Figura 8 Señal de salida de un rectificador de onda completa

Práctica

A. O 1. Conecte el circuito de la Figura 5. Conecte el osciloscopio entre los terminales de entrada. Observe la señal producida y dibújela en el espacio que se provee a continuación. Anote el valor Vp-p Anote la frecuencia de la señal de entrada Hz.

. . ..

.. ...

.

Figura 9 Papel graticulado, señal de entrada R-9

Experimento 2

o

2. Conecte el osciloscopio a las tenninales de la resistencia de carga Rl. Observe la señal producida y dibújela abajo. Anote el valor p-p de la señal de salida Vp-p. Anote la frecuencia de la señal de salida Hz.

.

Figura 10 Señal de salida

Preguntas

1. ¿Cuántos diodo s usa un rectificador de onda completa?

2. ¿Qué diferencias cualitativas y cuantitativas existen entre las salidas de un rectificador de onda completa y uno de media onda?

3. ¿Qué tipo de transfonnador es usado en un circuito rectificador de onda completa?

R-IO

-

--

---

EXPERIMENTO 3

Rectificador de puente

Objetivo del experimento

Al completar este experimento, usted podrá: A. Construir un rectificador de puente y verificar sus parámetros de salida.

Material requerido

. Tablero de Experimentos ECI . Fuente de Poder de CA . Osciloscopio . Cuatro Diodos IN4006 ó Equivalentes . Resistencia de lKOhm

Discusión

El circuito de la Figura 11 muestra un rectificador de puente. El rectificador de puente es también un rectificador de onda completa, pero no requiere un transformador con secundario dividido, sin embargo, requiere cuatro diodos. Observe las conexiones y la situación de polaridades entre el secundario del transfonnador y los diodos.

- -

-

--. --~ '"

.-

11

'"

]

--

ENTRADA

CA

.-

-,

.

,

, '"

/"'~

'"

--,

-.!.

I I

/CR3

R1 VOLTAJE DE

SALIDA

-111

- ,-/ / L..- - -. - - - - ~ - - - - --. -- -

---:-1

Figura 11 Rectificador

'+

+t

I

~

de puente

Rectificador de puente Un rectificador de onda completa en el cual cuatro diodos se conectan en forma de puente. R-ll

Experimento 3

Cuando el punto positivo está en la parte superior del secundario, la corriente circula como se muestra en las lineas sólidas de la Figura 11. Por el contrario cuando la polaridad se invierte la corriente circula como se muestra en las lineas segmentadas. En ambos casos la corriente circula del cátodo al ánodo en cada diodo. También en cada semi-ciclo la corriente circula en la misma dirección a través de la resistencia de carga. La Figura 12 muestra el resultado final en salida del rectificador.

Figura 12 Tensión de salida en un rectificador de puente

A. O l. Conecte el circuito de la Figura 13. Conecte el osciloscopio a través de

Práctica

las terminales de entrada de la fuente. Observe la señal que se genera y grafíquela en el espacio de la Figura 14. Anote el valor p-p de la entrada Vp-p y la frecuencia Hz. FUENTE 12.6 VCA

1¡-- - - - - - - - - - -1 I I I I rv

:

I I

I

L

T1

I I 1I 12.6 1 VCA 1 1 I I

J

Figura 13 Circuito rectificador de puente R-12

-

-

-

---

--..

.

...

..

..

. .

Figura 14 Señal de entrada

o 2. Conecte el osciloscopio a las tenninales de la resistencia Rl de 1 kQ. Observe la señal producida. Anote el valor de tensión p-p Vp-p. Anote la frecuencia de la señal de salida Hz.

.

Figura 15 Señal de salida El rectificador de puente posee las ventajas de aprovechar el valor máximo de cresta de un rectificador de media onda con el de rectificación continuada del rectificador de onda completa. Los rectificadores de onda completa y tipo puente constituyen métodos de rectificación ampliamente usados. R-13

~erimento

3

Preguntas

1. ¿Cuántos diodos tiene un rectificador de puente?

2. La forma de la onda de salida del rectificador de puente se asemeja a

3. La frecuencia de salida se asemeja a la encontrada en el rectificador

4. Dibuje el circuito de un rectificador de fuente

5. Describa la señal de salida de un rectificador de puente

R-14

~-

--

i, "'...tI'1i~;"f ;!'C""-", ::"

. ,,:'

EXPERIMENTO

Filtro

4

J

Objetivos del experimento

Al completar este experimento, usted podrá:

A. Construir tres tipos de rectificadores usando filtros de ondulación o rizo. B. Observar y verificar la salida de cada tipo de filtro rectificador. . Tablero de Experimentos ECI . Fuente de Poder de CA

Material requerido

. Osciloscopio . Multímetro . Cuatro diodo s lN4006 ó Equivalentes . Resistencia de 1 kOhms . Capacitor de 10 ¡J.F,25 VCC . Capacitor 50 ¡J.F,25 VCC

"!\Ú~"t"~.:>~II;I;~';¡".,:,íi~,,"';c';..~'¡";:.1:J"""":'

Discusión

~:'>'~:';'~:" '.,),,".

",' .',', : ','

.", " ',",,: ,~;

.,'.

;. ,

,,;.;

,-';,'" .i~'.'.':'" O"'':'; .,..:","(:13'

Hasta ahora se han verificado las características de operación de tres tipos de rectificadores. El más simple es el rectificador de media onda, el cual es una combinación diodo-resistencia conectada a través de la fuente de entrada. El rectificador de onda completa posee una configuración distinta, pero cumple un mismo objetivo final. El rectificador de puente requiere cuatro diodos y tiene ventajas sobre los dos tipos anteriores. La Figura 16 muestra las diferencias de las características salida de los tres tipos de rectificadores.

de las ondas de

R-15

---

- --

-

-

---

-

-- --

Experimento 4

/ \ (' IJ "\ ( \ I " \ W \ J .,

"

"

'1

"

/\

' ..

"

"

PUENTE

.

/

"'

J \ ,..

''

l'

'

)

V

r

,

/ '"'-

.v J \

V

ONDA COMPLETA

.

1

rl '

f':

(\

\

I

,

J

\

,

.,

MEDIA ONDA

Figura 16 Formas de onda de salida de los diferentes tipos de rectificadores R-16

--

Idealmente, un rectificador debería entregar una onda de salida totalmente contínua, tal como se muestra en la Figura 17. Normalmente, la componente de salida de corriente contínua posee una pequeña componente superimpuesta de corriente alterna. Esta componente del rectificador se denomina ondulación o rizo. En un buen rectificador el voltaje y la corriente de rizo debe ser muy pequeña.

.

Figura 17 Salida ideal de un rectificador El factor de rectificación se determina de la sigui,ente forma: ...,.! C'O,,-' -'-""'''''' Factor de Rectificación:::o Voltaje de-'Ondulación o Rizo xl00

La Figura 18 muestra la salida típica de un rectificador. En este caso, el nivel de corriente contínua es de 40 V. La amplitud de la ondulación es de 5 V. El facto~ de ondulación es de 12,5% y se determina como sigue: Factor de Rectificación

5 Volts 40 Volts

0,125 = 12.5%

R-17

Experimento 4

40 VOLTAJE

20 10

o

TIEMPO

Figura 18 Salida típica de un rectificador En este experimento se examinan los diferentes tipos de rectificadores con filtros de capacitor.

Práctica

A. O 1. Conecte un circuito rectificador con un filtro , de capacitor. Use el capacitor de 10 JlF. Usando el voltímetro, mida la tensión contínua de salida V. Usando el osciloscopio, mida la amplitud del voltaje de rizo VCA. ALlMENTACION

12.6 VCA

I I I I

,

CR1

I

T1

I I

"

I I - v I I

12.6

I

VCA I I I

I

,------------I

R1 1K

+ C1

I

I

Figura 19 Rectificador de media onda con filtro de capacitor

o 2. Usando el capacitor de 10 JlF Yel de 50 JlF, determine los factores de rectificación.

o

R-18

10 JlF

VCC. Rizo

VCA.

50 JlF

VCC. Rizo

VCA.

Factor de rectificación para 10 JlF=

%

Factor de rectificación para 50 JlF=

%

3. A continuación conecte el circuito rectificador de onda completa. Usando el mismo procedimiento, determine los correspondientes factores de rectificación.

FUENTE 12.6 VCA

,

,

I

I I I I I I

f1T1f1

1

1

Figura 20 Rectificador

o

o

+

TC1

1 N4006

de onda completa con filtro

4. Anote abajo los valores medidos.y calcule la rectificación. 10 JlF

VCC. Rizo

VCA.

50 JlF

VCC. Rizo

VCA.

Factor de rectificación 10 JlF =

%.

Factor de rectificación 50 JlF =

%.

5. Ahora conecte el circuito de puente con filtro de capacitor que se muestra en la Figura 21. Use el capacitor de 10 JlF, Cl. Mida la salida de CC VCC. Usando el osciloscopio, mida la ondulación de voltaje de rizo de CA VCA. FUENTE 12.6VCA

¡ I I I I

I

I

I I

L

I I

I

"

. v

I

12.6

I

VCA I 1 1

I

I

~ CR4tKTC1

Figura 21 Rectificador de puente con filtro R-19

Aprendizaje

o

6. Substituya el capacitor por el de 50 ~F Yrepita el procedimiento anterior. Salida de corriente contínua VCC. Ondulación de CA VCA.

=

%

Factor de rectificación 50 ~F =

%

Factor de rectificación 1O~F

1. Defina el voltaje de rizo

Preguntas

2. Escriba la fórmula del factor de rectificación 3. ¿Cuál rectificador tienen mayor voltaje de rizo? 4. ¿Qué capacitor provee máximo filtraje, el de 10 ~F o el de 50 ~F 5. ¿Qué tipo de rectificador tiene menor factor de rectificación?

Aprendizaje

Usando el listado siguiente, verifique su aprendizaje alcanzado en este capítulo. Usted deberá ser capaz de:

o 1. Construir un rectificador de media onda, onda completa y tipo puente. o

2. Determinar los parámetros de salida de cada rectificador.

o

3. Observar la rectificación producida por cada tipo de rectificador.

o 4. Identificar los usos de los circuitos rectificadores. o 5. Identificar las ventajas y desventajas de cada tipo de ondulación o rectificador. o 6. Construir circuitos rectificadores con filtros de rizo. o 7. Usar el osciloscopio y observar las diferentes ondas de salida. R-20

Cuestionario

1. Los circuitos que convierten CA en CD se denominan A. B. C. D.

filtros. capacitores. rectificadores. moduladores.

2. El circuito rectificador más simple es el de A. B. C. D. .--

onda completa. media onda. puente de onda completa. puente de media onda.

3. La salida de un rectificador de onda completa es uno de media onda.

A. B. C. D.

que la de

más suave. menos suave. igual. similar.

4. Identifique la frase correcta. A. Los rectificadores de media onda son más baratos pero tienen mayor voltaje de rizo. .

B. Los rectificadores de onda completa son más baratos pero tienen mayor voltaje de rizo. C. Los rectificadores de onda completa son más baratos y poseen menos voltaje de rizo. D. Los rectificadores de puente son más baratos pero producen mayor factor de ondulación. 5. Un circuito rectificador de onda completa usa

A. B. C. D.

dos diodos y un transformador con derivación central. tres diodos. tres diodos y un transformador con derivación central. dos diodos y una conexión de puente.

6. Un circuito rectificador de media onda utiliza

A. una combinación de diodo-resistencia a través de la fuente de C.D. B. una combinación diodo-resistencia. C. una combinación de diodo-resistencia a través de la fuente de C.A. D. un diodo-resistencia a través de la fuente de C.D. R-21

---

Cuestionario

7. Un circuito de puente de onda completa utiliza A. B. C. D.

cuatro diodo s y un transformador con derivación. tres diodos y un transformador con derivación. dos diodos y un transformador con derivación. cuatro diodos.

8. Un rectificador de puente se usa A. B. C. D.

poco. a menudo. nunca. ninguna de las anteriores.

9. La onda de ondulación o rizo es A. B. C. D.

la componente de C.D. de la componente de C.D. de la componente de C.A. de la componen tente de C.A.

la salida. la entrada. la entrada. de la salida.

10. El rectificador con el máximo voltaje de rizo es el de A. B. C. D.

onda completa. media onda. puente de onda completa. puente de media onda.

---

R-22