¿Qué es un diodo rectificador de media onda y onda completa?

Juan Carlos G 2020-02-06
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¿Qué es un diodo rectificador de media onda y onda completa?

Rectificadores de onda

El diodo rectificador es uno de los tipos de diodos mas comunes  en la electrónica hoy en día, si un aparato requiere de una fuente de regulación para transformar corriente alterna a directa, seguramente cuenta con un puente rectificado el cual esta hecho de diodos que cumplen con la función como tal de rectificar el voltaje de entrada, espero te guste este Post y me ayudes compartiendo con tus amigos.

 

 

¿Qué es un diodo rectificador?

Un diodo rectificador es un diodo semiconductor construido a partir de la unión de un material p y un material n y su función principal es actuar como un interruptor electrónico.

 

Esto se logra aplicando una diferencia de potencial en las terminales del diodo y si esta polarización es positiva el diodo conducirá, en caso contrario no dejará pasar la corriente y se comportará como un circuito abierto.

En general las capacidades de corriente y potencia de un diodo rectificador son mucho mayores que la de los diodos que se ocupan para fungir como simples interruptores, switch o diodos Zener.

 

Efecto del tiempo en un Diodo rectificador

Utilizando el principio anterior de interruptor, si a un diodo rectificador le agregamos la variable tiempo, es decir, la diferencia de potencial que se aplica entre sus terminales varia en magnitud a través del tiempo, tal y como pasa con las señales de corriente alterna, las cuales por lo regular son sinusoidales de periodo T.

Al pasar una señal alterna a través de un diodo los valores de dicha señal que polarizan al diodo en inversa serán bloqueados y los valores que polarizan en directa al diodo pasaran sin ningún problema, es aquí del porque se llama diodo rectificador de ondas ya que separa los ciclos positivos de las señales alternas.

 

¿Cómo funciona un diodo rectificador?

La función principal de este tipo de diodo rectificador es separar los ciclos positivos de una señal alterna, es decir, convierte corriente alterna (ca) a corriente directa (cd) y existen dos modalidades de rectificación:

  • Rectificación de media onda
  • Y rectificación de onda completa

 

Cuando un diodo recibe una diferencia de potencial que varía con el tiempo habrá instantes en que el diodo conducirá y otras en que no

 

Y para poder explicar el funcionamiento de un diodo rectificador debemos recordad los modos de polarización de un diodo en directa y polarización en inversa. Para efectos de este artículo las señales alternas utilizadas serán sinusoidales.

 

Rectificador de media onda

En la rectificación de media onda el diodo estará encendido durante la mitad del ciclo de la señal alterna y permanecerá apagado la mitad del ciclo restante, tal y como explicamos a continuación.

 

Diodo rectificador polarizado en directa

En un periodo completo T de una señal senoidal el valor promedio es cero, es decir, la suma algebraica de las áreas arriba y debajo de la señal dan como resultado cero, en una señal senoidal la mitad del periodo la onda oscilara en valores positivos por lo cual el diodo se mantendrá polarizado en directa siempre y cuando la magnitud de la onda supere el voltaje de encendido del diodo, por lo tanto, separara los ciclos positivos y los deja pasar a la carga.

 

Diodo rectificador polarizado en inversa

Durante la mitad del ciclo en que una onda senoidal solo tiene valores negativos, por lo tanto el diodo se mantendrá como un interruptor cerrado, ya que la zona de la unión de los materiales p y n llamada zona de empobrecimiento se hace más grande cuando el diodo esta polarizado en inversa, esto causa que no haya flujo de electrones y la diferencia de potencial en las terminales del diodo sea cero, por lo tanto, separa los ciclos negativos bloqueándolos para que no lleguen a la carga.

Un punto importante en la rectificación de media onda y que debes tomar en cuenta es que el diodo durante los ciclos positivos no estará encendido todo el tiempo ya que en un diodo de Silicio se requiere un potencial de al menos 0.7 volts para que los electrones obtengan suficiente energía cinética para poder vencer la región de empobrecimiento y entre en conducción, esto quiere decir que los ciclos positivos de la señal sinusoidal empezaran cuando su magnitud sea mayor a 0.7 volts y terminará cuando su magnitud se a menor a 0.7 volts.

El voltaje de 0.7 volts que requiere el diodo para encender causa una reducción del área de los ciclos positivos de la señal sinusoidal, lo que en resultado provoca una disminución de voltaje de corriente directa, como lo expresan las siguientes ecuaciones:

 

Diodo rectificador polarizado en inversa

Donde

  • Vcd es el voltaje de corriente directa resultante tras la rectificación
  • Vm es el voltaje de la señal sinusoidal que varía en el tiempo
  • Vk es el voltaje de encendido del diodo

 

Si el Vm es mucho mayor que Vk la formula se puede reducir a:

 

Diodo rectificador polarizado en inversa

 

Forma de onda del diodo rectificador de media onda

 

 

Voltaje reverso pico PIV o PRV

La capacidad de voltaje inverso pico del diodo rectificador es de vital importancia en tu diseño rectificador, ya que debes ser sumamente cuidados de no exceder el valor nominal de voltaje de polarización inversa ya que el diodo puede entrar en la zona de avalancha y llegar a la ruptura o destrucción del componente. Para esto requieres tener la hoja de datos del diodo e identificar su valor nominal de voltaje inverso para saber si soportara el voltaje alterno que aplicaras.

 

Rectificador de onda completa

El nivel de cd obtenido a partir de una señal senoidal se puede mejorar al 100 por ciento mediante un rectificador de onda completa. Como vimos anterior mente un diodo rectificador separa los ciclos positivos de una señal alterna, por lo que se pierde el área bajo la curva cuando la señal pasa a ser negativa, y ya que la potencia de una señal senoidal es el área bajo la curva, podemos deducir que en un rectificador de media onda se pierde la mitad de la potencia de la señal, para solucionar este detalle se utiliza un rectificador de puente para lograr la rectificación de onda completa.

 

Rectificador de puente

El rectificador de onda completa consiste en cuatro diodos conectados precisamente en puente, la conexión en puente implica conectar en paralelo dos pares de diodos y a su vez, un par de diodos conectado en serie por el ánodo y el otro par por el cátodo, al aplicar una señal senoidal a la entrada del rectificador activa 2 diodos por cada semiciclo como se explica continuación.

Durante la primera mitad del periodo T de la señal senoidal, dos de los diodos del puente se polarizan en directa D2 y D3, por lo tanto, funcionan como un circuito cerrado. En este caso a la salida del circuito en la carga se tiene la mitad del semiciclo de la onda senoidal con la polaridad que se muestra en la siguiente figura.

 

Rectificador de puente media ciclo positivo

 

Durante el segundo semiciclo del periodo T de la señal senoidal, vuelven a quedar dos diodos encendidos D1 y D4, por lo tanto, funcionan como un circuito cerrado. Para este caso a la salida del circuito en la carga se tiene nuevamente la mitan del semiciclo de la onda senoidal, y observemos que en la carga se mantiene la misma polaridad, esto quiere decir, que no solo deja pasar el segundo semicilo si no que le cambia el signo y lo deja por encima del eje.

 

Rectificador de puente medio ciclo negativo

 

Como pudimos observar al pasar la onda senoidal por el rectificador de onda completa o el rectificador de puente, ambos semiciclos de la onda quedan por encima del eje, lo que indica, que ahora tenemos el doble de área bajo la curva en la carga o salida del circuito, el nivel de voltaje de corriente directa que tenemos a la salida lo podemos calcular multiplicando por 2 a la ecuación del rectificador de media onda:

 

Diodo rectificador polarizado en inversa


 

Si utilizamos diodos de Silicio y no ideales como el caso anterior debemos restar el voltaje Vk o voltaje requerido para encender el diodo para tal caso la ecuación final queda de la siguiente manera, a menos que la magnitud de la onda senoidal sea considerablemente mayor que el voltaje de encendido del diodo:

 

Diodo rectificador polarizado en inversa

 

Forma de onda del rectificador de onda completa

 

 

Aplicaciones del rectificador de onda completa

Una de las aplicaciones más representativas del este rectificador son las fuentes reguladas, las cuales a grandes rasgos se comportan de la siguiente manera:

  • Utilizan un transformador con derivación central que baja comúnmente el voltaje para inyectarlo en el puente de diodos.
  • El puente de diodos rectifica la señal y deja los semiciclos por encima del eje.
  • En este punto la señal aun no es directa, para convertir en corriente directa se debe pasar por un filtrado para eliminar el rizo, esto se logra mediante un banco de capacitores.
  • Finalmente, para regular el voltaje podemos usar un componente que proporciona un voltaje fijo o permita disminuir el voltaje.

Agrandes rasgos es la operación de una fuente regulada, y faltan muchos componentes sobre todo los de control, pero es la aplicación más representativa del puente de diodos.

 

 

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Juan Carlos G

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Cree este blog para compartir uno de los temas que más me apasionan que es la electrónica, por lo tanto, además de tutoriales de electrónica, encontrarás en algunas páginas recomendaciones de productos relacionados a los LED principalmente.

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