Rectificadores monofásicos

Los rectificadores monofásicos se utilizan para convertir el voltaje y la corriente de suministro de CA en CC, según sea necesario para alimentar equipos y dispositivos electrónicos digitales. La alimentación de red estándar suministrada a los hogares y al comercio es de CA. Sin embargo, la mayoría de los dispositivos electrónicos digitales están diseñados para funcionar con corriente continua. Los rectificadores son dispositivos que se pueden utilizar para transformar la electricidad de CA en un suministro de CC compatible. Un rectificador pasa la corriente en una sola dirección, transformando así la entrada de CA bipolar en una salida rectificada unipolar. Los circuitos rectificadores utilizan uno o más diodos para pasar solo energía de CA positiva o negativa, lo que da como resultado una fuente pulsante, que luego se filtra para lograr un voltaje y una corriente de CC suaves y consistentes. Este video presenta los conceptos fundamentales de circuitos rectificadores y de diodos, demuestra varios circuitos rectificadores comunes y prueba la salida de voltaje de los circuitos rectificadores con variaciones en la entrada de voltaje y la configuración de carga.

Los rectificadores son dispositivos utilizados en circuitos electrónicos para pasar la corriente en una dirección y bloquearla en la otra dirección. Los rectificadores permiten el paso de corriente solo cuando se supera un umbral de voltaje directo. Los rectificadores de diodos tienen dos terminales, el ánodo y el cátodo, con corriente que fluye de ánodo a cátodo y se bloquea de cátodo a ánodo. Los rectificadores monofásicos de media onda pasan el voltaje a través de un solo diodo. En este circuito, solo la mitad positiva del voltaje de entrada de CA se transmite a la salida a través de la resistencia de carga. Si el diodo se invirtiera, solo aparecería la mitad negativa del voltaje de entrada de CA a través de la resistencia. El voltaje para la mitad negativa del ciclo de CA está bloqueado. Con una sola polaridad, el voltaje de salida RMS, o raíz cuadrada media, se reduce en comparación con el voltaje de entrada bipolar. Los rectificadores de onda completa pasan ambos medios ciclos del voltaje de entrada de CA a través de un circuito de puente de cuatro diodos, como se muestra. Invirtiendo la polaridad de la mitad negativa y produciendo un voltaje de salida promedio más alto a través de la resistencia de carga. Los rectificadores dan como resultado una corriente unidireccional, pero pulsante, con un efecto más evidente en los rectificadores de media onda. Sin embargo, la salida del rectificador generalmente se filtra mediante la adición de un inductor en serie con la resistencia de carga. En el rectificador de onda completa, un condensador ensamblado en paralelo a la resistencia de carga cumple el mismo propósito. Este video ilustra el funcionamiento del rectificador monofásico de onda media y completa con diferentes cargas de salida, características de apagado de diodos y filtrado del voltaje de salida de CC utilizando diferentes circuitos.

Para esta demostración del funcionamiento del rectificador, se utilizan dos fuentes de CA diferentes, de alta frecuencia, una entrada de kilohercios, se produce utilizando un generador de funciones con salida sinusoidal máxima de 10 voltios. La entrada de baja frecuencia de 60 hercios es suministrada por un variac. No toque ninguna parte del circuito mientras esté energizado. Cuando se utiliza la fuente del generador de funciones, los circuitos están conectados a tierra como se muestra. No conecte a tierra el suministro de variac. Para configurar el generador de funciones para la salida de alta frecuencia, conecte la sonda diferencial al canal uno de un osciloscopio y una sonda 10x al canal dos. Ajuste los factores de escala a 20x en la sonda diferencial y 10x en la sonda 10x. En los menús de canales de osciloscopio, establezca ambas sondas en 10x. Para la sonda diferencial, multiplique manualmente las mediciones por dos para alcanzar la salida deseada de 20x. A continuación, conecte un cable BNC a cocodrilo a la salida de 50 ohmios del generador de funciones y conecte las pinzas de cocodrilo a la sonda de visor 10x. Ajuste la salida a un pico de 10 voltios y una forma de onda sinusoidal de 1.000 hercios con cero desplazamiento de CC. Una vez que la señal esté configurada en consecuencia, desconecte el conector bnc y la sonda de alcance, pero mantenga encendido el generador de funciones para mantener su configuración. Para configurar el variac para la salida de baja frecuencia, asegúrese de que el receptáculo de salida esté desconectado y que esté apagado con la perilla puesta a cero. A continuación, ajuste lentamente la perilla variac al cinco por ciento de salida para lograr un pico de 10 voltios.

Primero, pruebe el rectificador de media onda con un voltaje de entrada de alta frecuencia y una carga resistiva. Construya el circuito como se muestra, utilizando una resistencia de carga de 51 ohmios y un diodo con una capacidad nominal de 50 voltios y dos amperios. La polaridad del diodo está etiquetada con un símbolo de guión en el extremo del cátodo. Antes de conectar la sonda diferencial al circuito, conecte los terminales de la sonda y ajuste la forma de onda a un voltaje de compensación cero. Luego, conecte la sonda de voltaje diferencial a través de la resistencia de carga para observar el voltaje de salida y la sonda 10x a través del lado de CA para observar el voltaje de entrada. A continuación, ajuste la base de tiempo en el osciloscopio para mostrar el voltaje de entrada y salida durante cuatro ciclos de voltaje de entrada. Desconecte el generador de funciones y retire la sonda diferencial del circuito antes de realizar cualquier modificación. A continuación, pruebe el rectificador de media onda con entrada de alta frecuencia y una carga inductiva resistiva. Reutilice el circuito, agregando un inductor en serie con la resistencia, como se muestra. Como se describió anteriormente, conecte las sondas al circuito y muestre las formas de onda del voltaje de entrada y salida. Apague el generador de funciones, desconecte la sonda diferencial y retire el inductor del circuito. Por último, pruebe el rectificador de media onda con entrada de baja frecuencia y una carga resistiva. Conecte la sonda diferencial a través del variac y enciéndala. Ajuste el variac para obtener una salida máxima de 10 voltios, luego apague el variac sin cambiar su configuración de voltaje. Conecte la salida variac al circuito resistivo, como se muestra. Luego, conecte la sonda de voltaje diferencial a través de la resistencia de carga para observar el voltaje de salida. Enciende el variac. No toque el circuito con la alimentación variac conectada y encendida. Como se describió anteriormente, muestra formas de onda de voltaje de entrada y salida.

Primero, pruebe el rectificador de onda completa con una carga resistiva. Construya el circuito como se muestra y conecte las sondas y la salida variac al circuito. Como se describió anteriormente, muestre las formas de onda del voltaje de entrada y salida y mida los voltajes pico a pico. Manteniendo las conexiones de la sonda, apague el variac y conecte un condensador electrolítico en paralelo con la carga resistiva. A continuación, observe el voltaje de entrada y salida.

La primera figura muestra cuatro ciclos de un voltaje de suministro de CA y la salida de una carga resistiva acoplada a un rectificador de media onda. Solo el medio ciclo positivo del voltaje de CA de entrada pasa a través del rectificador de diodos. Si el voltaje de entrada del circuito rectificador de media onda es sinusoidal, entonces el voltaje medio de salida para un solo diodo con una carga resistiva es el voltaje máximo de entrada dividido por pi. Cuando se agrega un inductor en serie con la resistencia de carga, la región de apagado del diodo se retrasa. Esta combinación de inductor y resistencia es un filtro de paso bajo. Cuando el valor del inductor es lo suficientemente grande, el componente oscilatorio de la salida se bloquea, dejando solo el componente de CC constante. Para un rectificador de puente completo, los semiciclos positivos de entrada pasan a través del circuito y los semiciclos negativos se rectifican a positivos. La adición de un condensador suficientemente grande filtra la mayor parte de la ondulación de voltaje y proporciona a la carga un voltaje de CC constante.

Los rectificadores de diodos se encuentran en la mayoría de las fuentes de alimentación, cargadores, variadores de frecuencia y en muchos circuitos de protección. En primer lugar, los adaptadores de alimentación de CA se utilizan para convertir la energía de las máquinas suministradas por CC o para recargar las baterías de CC contenidas en los dispositivos. El adaptador puede ser tan simple como un circuito que consta de un transformador para reducir el voltaje del suministro de pared de 120 voltios, un rectificador de onda completa de puente de cuatro diodos y un condensador para suavizar el voltaje de salida de CC. Los tiristores son rectificadores controlados por silicona que se usan comúnmente en atenuadores de luz, controladores de velocidad de motor y reguladores de voltaje. Por diseño, el tiristor es para capas alternas de semiconductores de tipo P y N que se utilizan para crear un ánodo en el extremo de tipo P, un cátodo en el extremo de tipo N y un salto de puerta conectado a la capa de tipo P junto al cátodo. Por encima de un umbral de enclavamiento, un pulso de corriente en la puerta cambia el tiristor de apagado a encendido, lo que permite el flujo de corriente directa del ánodo al cátodo. Esto rectifica el flujo de corriente en una dirección y regula la potencia de salida con un mecanismo de conmutación integrado.

Acabas de ver la introducción de JoVE a los rectificadores monofásicos. Ahora debería comprender cómo funcionan los rectificadores monofásicos, los circuitos rectificadores comunes y su salida, y algunas aplicaciones comunes de rectificadores. Gracias por mirar.