Circuito rectificador:los conceptos básicos generales, el funcionamiento y los requisitos explicados

Por lo general, los dispositivos electrónicos tienen un circuito rectificador que permite la conversión de CA a CC en los sistemas de suministro de energía. El uso de este circuito es en dispositivos de baja potencia, como cargadores de baterías, para rectificar el bajo voltaje producido en la rectificación.

Para comprender el circuito rectificador, debemos aprender sobre el proceso de rectificación. La rectificación es responsable de cambiar los bits negativos de CA de la red eléctrica a voltajes de CC positivos. Al configurar su sistema ideal, necesita el rectificador correcto. Por lo tanto, comprender el rectificador y la configuración de los diodos será importante para configurar su sistema.

(Componentes electrónicos)

1. ¿Qué es un circuito rectificador?

Un rectificador es un dispositivo eléctrico que convierte la corriente alterna de la tensión de red en una corriente continua unidireccional. Funciona de manera más simple al cambiar el voltaje de CA del suministro principal de las redes eléctricas a voltaje de CC. Lo que es más importante, muchos electrodomésticos en los que confiamos requieren CC.

El término rectificador se debe a que el dispositivo endereza el flujo direccional de corriente. El uso de filtros electrónicos para suavizar la salida del rectificador es una tendencia creciente. En consecuencia, los rectificadores de semiconductores de silicio modernos provocaron la salida de los rectificadores basados ​​en selenio, los rectificadores mecánicos, los rectificadores de óxido de cobre y los rectificadores de tubo de vacío.

Los rectificadores mecánicos y de tubo de vacío (utilizados en tubos de rayos catódicos) eran ineficientes debido a la alta resistencia interna. Sin embargo, los rectificadores a base de óxido de cobre y selenio tienen una mejor tolerancia de voltaje momentáneo que el SCR (rectificador controlado por silicio). Es una gran ventaja sobre los diodos de silicio.

(Transformador de alimentación de CA a alimentación de CC con puente de diodos y condensador)

2. Tipos de rectificadores

Rectificadores monofásicos y trifásicos.

Tanto en los rectificadores monofásicos como en los trifásicos, experimentan una rectificación de media onda y una rectificación de onda completa.

Los rectificadores monofásicos tienen una entrada de alimentación de red monofásica de alimentación de CA. Las estructuras son muy simples. Necesitan uno, dos o cuatro diodos (según el tipo de sistema).

Para CA monofásica, se genera un alto factor de ondulación. Esto se debe a que sus diodos se conectan al devanado secundario del transformador monofásico. Además, utiliza solo una fase de la bobina secundaria del transformador para la rectificación.

En cambio, en los rectificadores trifásicos, las estructuras necesitan tres o seis diodos. La tensión de ondulación reducida se produce cuando todos los diodos se conectan a cada fase del devanado secundario del transformador. Además crea un alto factor de utilización del transformador.

Ventajas del rectificador monofásico

• Adecuado para estructuras simples

Ventajas del Rectificador Trifásico

• En primer lugar, se prefiere cuando se utilizan sistemas grandes
• En segundo lugar, proporciona grandes cantidades de energía
• Además, no requiere ningún componente de filtro adicional para reducir la RF
• Es eficiente y tiene más TUF

Desventajas de los rectificadores monofásicos

• Para empezar, ofrece una pequeña cantidad de energía.
• Además, tiene menos factor de utilización del transformador (TUF)

(Diodos)

Rectificadores de media onda y onda completa

En rectificación de media onda , el rectificador bloquea completamente la mitad de la señal de entrada pulsante. Entonces, suministra solo la mitad en cada ciclo completo. Significa que la mitad de la fuente de alimentación de CA se desperdicia.

La rectificación de media onda requiere un suministro monofásico de un solo diodo o tres en un suministro trifásico. El nivel promedio del voltaje rectificado es la mitad del nivel del voltaje de entrada. Sin embargo, el voltaje positivo tiene el mismo nivel máximo de voltaje de entrada de CA que el voltaje de entrada.

Hay dos formas de diseñar un rectificador de media onda. Por ejemplo, en el primer modelo, el suministro de CA se vincula directamente con el terminal negativo de la salida. El siguiente diseño tiene el suministro de corriente alterna conectado directamente al terminal positivo de la salida.

Ventajas

• Primero, tiene una salida de alto voltaje
• Además, es económico ya que utiliza un solo diodo en la rectificación de potencia.

Finalmente, no requiere transformador de alimentación

Rectificador de onda completa

Este rectificador invierte la señal de fuente de CA de entrada negativa perdida o bloqueada. Como resultado, mejora el valor promedio de la señal de salida. También duplica la frecuencia de la forma de onda del voltaje de CA de entrada, una función que el rectificador de medio puente no puede realizar. Y, en la forma de onda producida, los picos de entrada y de salida son iguales.

Dos métodos comúnmente utilizados en el diseño de rectificadores de onda completa son; Transformador de derivación central y circuito de puente de diodos. También funciona como un regulador activo, lo que permite que la mayor parte del flujo de corriente llegue al circuito de carga.

Ventajas

• En primer lugar, tiene una alta eficiencia de rectificación (81,2 %)
• En segundo lugar, tiene un RF más bajo (0,48)
• Además, tiene un TUF relativamente alto

Desventajas

• Primero, requiere un transformador para funcionar
• Desafortunadamente, experimenta una resistencia interna bastante grande de la fuente de alimentación de CA
• Por último, utiliza diodos dobles que pueden ser costosos

Factor de forma:

El factor de forma es la relación entre el valor RMS de la corriente y la corriente de salida de CC.

FormFactor=Valor RMS de la corriente de salida de CC actual Factor de forma=Valor RMS de la corriente de salida de CC actual.

El factor de forma de un rectificador de onda completa es 1,11.

(Imagen del circuito rectificador de media onda)

Puente Rectificador

Un puente rectificador es un convertidor de CA a CC que rectifica la entrada de CA principal a la salida de CC. El circuito puente es un rectificador utilizado en fuentes de alimentación que suministran tensión continua para dispositivos eléctricos y componentes electrónicos. Un puente rectificador simple normalmente emplea el uso de una resistencia de carga. Como resultado, esto garantiza que la corriente que fluye a través de él sea igual durante los semiciclos negativos y positivos. El puente rectificador es una de las partes más comunes de las fuentes de alimentación electrónicas.

La disposición del puente rectificador tiene cuatro diodos adyacentes, también conocidos como puentes de diodos. El voltaje inverso máximo es el voltaje más alto registrado del diodo cuando se conecta en polarización inversa en el medio ciclo negativo. Durante el medio ciclo positivo, dos diodos están en el lugar conductor. El par restante está en la posición no conductora de la rectificación del puente. Los registros de salida del rectificador ocurren a través de la resistencia de carga.

Ventajas del puente rectificador

• Primero, tiene una mayor eficiencia de rectificación (81,2 %)
• Además, ha reducido el voltaje de ondulación
• No se necesita transformador en la operación del puente rectificador
• Además, tiene un alto TUF cuando se pesa con un rectificador de derivación central
• Finalmente, alcanza altas frecuencias usando un filtrado simple

Desventajas

• Primero, tiene costos más altos de construcción de puentes rectificadores porque usa cuatro diodos
• Ha reducido el voltaje de salida debido a caídas de voltaje en el sistema
• Nuevamente, las configuraciones del sistema son bastante complicadas
• Por último, experimenta una gran resistencia interna cuando se opera con voltajes más bajos.

El puente rectificador es bueno. En el primer ciclo de CA, los diodos D2 y D4 están polarizados directamente, por lo que conducen. El voltaje positivo está en el ánodo de D2, mientras que la terminal del cátodo de D4 tiene un voltaje negativo. La primera mitad de la señal pasa a través de estos dos diodos. Durante la segunda mitad del ciclo, los diodos D1 y D3 están polarizados directamente, por lo que conducen. El efecto general es que las dos mitades del AC pueden pasar. Después de eso, la mitad negativa se invierte y se vuelve positiva.

(Puente rectificador)

Rectificadores no controlados y rectificadores controlados

Rectificadores no controlados

El nombre de rectificadores no controlados se refiere al tipo de rectificador que proporciona un voltaje de salida de CC fijo para un suministro de CA en particular. Los rectificadores no controlados solo usan diodos y pueden ser; Rectificador controlado por onda completa o controlado por media onda. Sin embargo, son menos eficientes ya que los diodos solo pueden estar encendidos o apagados.

Rectificadores controlados

Este circuito convierte el suministro de CA en suministro de CC utilizando tiristores para controlar el suministro de energía a la carga. El rectificador controlado de media onda consta de un único SCR (rectificador controlado de silicio). Tienen el mismo diseño que los rectificadores no controlados, pero en su lugar utilizan SCR. Los rectificadores controlados por media onda limitan el desperdicio de energía ya que ofrecen un control de energía constante.

3. Cómo funcionan los circuitos rectificadores en electrónica

Principio de funcionamiento de los circuitos rectificadores

Los circuitos rectificadores funcionan simplemente convirtiendo la fuente de alimentación de CA en una fuente de alimentación de CC. Comprende diodos entrelazados en todo el sistema para crear un movimiento de electrones solo hacia adelante para alimentar dispositivos. Cuando la CA fluye a través de un circuito rectificador, los diodos eliminan las oscilaciones negativas de voltaje de la fuente de CA. Por lo tanto, deja solo el voltaje positivo. Un diodo simple solo permite el flujo de corriente en una dirección, bloqueando el flujo de corriente en la dirección inversa.

Esta imagen muestra una forma de onda de voltaje de CA de un diodo rectificador. La forma de onda actual tiene intervalos alternos entre aumentos cortos de voltaje y períodos sin voltaje. Es una corriente continua ya que solo tiene tensión positiva.

(Diagrama de puente de diodo)

4. Precauciones para el Diseño del Circuito Rectificador

Hay precauciones que debe tener en cuenta al diseñar un circuito rectificador en cualquier dispositivo eléctrico. Para aclarar, discutimos las precauciones más importantes que afectarán la elección del diseño del rectificador.

Medio ciclo positivo

Durante el semiciclo positivo, el voltaje que aparece entre el ánodo y el cátodo es positivo. Significa que el diodo está polarizado en directa. Suponiendo que el circuito se conecta a un diodo ideal y la potencia nominal es constante. El voltaje máximo es Vm, denominado valor de voltaje máximo sin caídas de voltaje.

Sin embargo, debemos considerar la caída de voltaje en ciertos diodos como un diodo de silicio con 0,7 V (caída de voltaje). Solo se polariza hacia adelante cuando el voltaje de entrada aplicado excede el voltaje de umbral (0.7V). Por lo tanto, el circuito comienza a conducir.

Voltaje pico =Vm - 0,7 V (caída de voltaje)

Medio ciclo negativo

Es diferente con un medio ciclo negativo ya que el voltaje que aparece entre el ánodo y el cátodo es negativo. El diodo en el circuito rectificador se polariza inversamente, por lo que actúa como un interruptor abierto. No conduce a ningún flujo de corriente. Esto da como resultado una lectura de voltaje cero en la salida.

Además, en el semiciclo negativo, incluso después de considerar el diodo utilizado, el voltaje a través del diodo es negativo. Lo que significa que la lectura en la salida seguirá siendo 0V.

Caídas de tensión:

El voltaje de la red generalmente lleva mucha energía. La pérdida parcial de potencia del potencial eléctrico de una corriente mientras se mueve a través de un circuito se denomina caída de tensión.

VD=( 2*L*R*I) / 1000

Cálculo del calor disipado en el rectificador:

Por lo general, este es el calor perdido en el proceso de rectificación a medida que cae el voltaje y se produce resistencia dentro de los diodos. Por lo tanto, es importante conocer las caídas de tensión de los diodos específicos utilizados en el circuito.

Pheat (Pérdida de potencia) =Pmax (Potencia máxima de salida del sistema) / Eff (Eficiencia del módulo rectificador) – Pmax (Potencia máxima de salida del sistema.

El pico de voltaje inverso:

PIV se refiere al voltaje máximo que un diodo puede soportar en polarización inversa. Por lo tanto, si se excede, los diodos pueden romperse. El voltaje inverso pico es igual al voltaje de entrada.

El voltaje inverso pico (PIV) =2Vs max =2V_smax .

5. El condensador de suavizado

Un condensador de suavizado es un sistema que nivela las variaciones en el suministro de una señal. Se aplican principalmente después de un rectificador o tensión de alimentación. Durante los semiciclos, se crean transiciones suaves cuando el condensador se carga y descarga. El proceso de carga ocurre cuando la corriente fluye a través de los semiciclos positivos.

Rectificador de onda completa con condensador de filtrado

El capacitor de suavizado ayuda a mejorar la ondulación de salida incompleta a través de los diodos. Entonces, el capacitor de suavizado se conecta en paralelo a través de los diodos para mantener un voltaje constante en el circuito de carga.

La ubicación de la carga cae a lo largo de la salida del puente rectificador de onda completa. Luego, el capacitor aumenta la salida de CC. Como resultado, el condensador de suavizado convierte la salida ondulada del rectificador en una salida de CC más suave.

El voltaje de ondulación es inversamente proporcional al valor del condensador de suavizado. Los dos valores están relacionados por

V_ondulación =Yo_cargo /(fxC)

Alternativamente, se puede usar un circuito integrado regulador de voltaje para un suministro de CC constante.

Condensador de suavizado de 5uF

La carga y la capacitancia a través de un condensador de suavizado de 5 uF varían según la conexión dentro del circuito. La capacitancia equivalente será la suma de todos los capacitores conectados en el circuito para un capacitor en conexión en paralelo.

Condensador de suavizado de 50uF

Del mismo modo, el mismo principio se aplica aquí para un condensador de suavizado de 50uF. El voltaje en una conexión de circuito paralelo es el mismo para todos los capacitores. Sin embargo, el condensador de suavizado de 50uF es más fuerte que el condensador de 5uF.

(Imagen de capacitores)

6. Conclusión

En este artículo se ha establecido una amplia gama de dispositivos que utilizan circuitos rectificadores. Una aplicación son los reguladores de voltaje, mientras que otro uso común incluye componentes de fuente de alimentación y detectores de modulación de amplitud (AMD) utilizados para señales de radio. El dispositivo también se conocía comúnmente como un detector de cristal en los primeros receptores de radio.

Esperamos que este artículo responda todas sus preguntas sobre los circuitos rectificadores. No dude en contactarnos para conocer los componentes básicos para hacer su circuito rectificador. Espero poder ayudar en sus proyectos.