Fundamentos de Rectificación y Filtrado: Conversión AC/DC con Diodos

Rectificador de Onda Completa (Transformador con Toma Central)

¿Cuánto vale la tensión de C.C. que obtenemos en la salida?

V_CC = V_máx - 0.7 / π

¿Cuánto vale la corriente que pasaría por la resistencia de carga R_L?

I_CC = V_CC / R_L

¿Y la corriente que pasaría por los diodos? ¿Por qué es ese valor?

• En los diodos: I_D1 = I_D2 = I_CC / 2.
• Porque cuando D1 conduce, idealmente cortocircuita sus bornes (presenta baja resistencia), mientras que el otro diodo (D2) no conduce y bloquea la tensión en sus bornes (presenta alta resistencia), y viceversa en el siguiente semiciclo. Cada diodo conduce durante medio ciclo.

El diodo que no conduce, ¿qué tensión tiene que soportar? ¿Por qué? ¿Y el que conduce?

• El diodo que no conduce debe soportar la tensión inversa máxima (PIV). Esta tensión es aproximadamente el doble de la tensión máxima de salida en este tipo de rectificador.
• El diodo que conduce tiene una caída de tensión muy pequeña (aproximadamente 0.7V para diodos de silicio), que a veces se considera despreciable en análisis simplificados.

Rectificador de Puente (Onda Completa)

Dibuja un puente rectificador con su símbolo y su señal de entrada y salida

[Representación gráfica del símbolo del puente rectificador y señales de entrada (AC) y salida (DC pulsante)]

¿Cómo es el rectificador de puente?

Consta de cuatro diodos, que en muchos casos se encuentran encapsulados en un componente compacto.

Dibuja un rectificador de puente y explica qué pasa en cada uno de los semiciclos de la C.A.

[Representación gráfica del circuito rectificador de puente]

Funcionamiento por semiciclos:

• Semiciclo Positivo: Conducen los diodos D2 y D3, mientras que D1 y D4 permanecen bloqueados. La corriente fluye a través de D2, la carga R_L y D3.
• Semiciclo Negativo: Conducen los diodos D1 y D4, mientras que D2 y D3 bloquean la corriente. La corriente fluye a través de D1, la carga R_L y D4.

Nota: La numeración de los diodos puede variar según el esquema. Lo importante es que en cada semiciclo conducen dos diodos opuestos diagonalmente.

¿Cuánto vale la tensión máxima (V_máx) si conocemos la tensión eficaz (V)?

V_máx = V × √2

¿Cuánto vale la tensión de C.C. que obtenemos en la salida (antes de filtrar)?

V_CC = (2 × V_máx / π) - 2 × V_diodo ≈ (2 × V_máx / π) - 1.4V
(Nota: La fórmula original 'Vcc= 2 x V.máx - 0´7/ pi' parece incorrecta. Se presenta aquí una fórmula más estándar para el valor medio en un puente rectificador, considerando la caída en dos diodos. Si se debe mantener la original exactamente, sería: V_CC = 2 × V_máx - 0.7 / π)

¿Cuánto vale la corriente que pasaría por la resistencia de carga?

I_CC = V_CC / R_L

¿Y la corriente que pasaría por los diodos? ¿Por qué es ese valor?

La corriente media por cada diodo es: I_D = I_CC / 2. Porque la corriente total de carga (I_CC) se reparte entre dos pares de diodos, conduciendo cada par durante medio ciclo.

Filtrado de la Señal Rectificada

¿Por qué es necesario el filtrado? ¿Qué se consigue con él?

• Es necesario porque la salida del rectificador (tanto de media onda como de onda completa) es una corriente continua pulsante, lo cual implica que existen variaciones significativas de amplitud (rizado) en ella.
• Con el filtrado se consigue que la corriente (y la tensión) en la carga a alimentar sea lo más constante posible, es decir, se busca reducir o eliminar el rizado.

¿Cómo se consigue el filtrado?

Generalmente, se conecta un condensador de gran capacidad en paralelo con la salida del rectificador (y por tanto, en paralelo con la carga R_L).

Dibuja un circuito rectificador con filtro

[Representación gráfica de un circuito rectificador (ej. puente) con un condensador de filtro en paralelo con la carga]

Dibuja cómo es la señal de salida con ese filtro

[Representación gráfica de la tensión de salida con filtro: una línea DC con pequeñas ondulaciones (rizado) cerca del valor V_máx]

¿Qué es la tensión de rizado (V_riz)?

Son las pequeñas variaciones u ondulaciones de tensión que aparecen en la salida del filtro. Se deben a las sucesivas cargas (cuando la tensión rectificada supera la del condensador) y descargas (cuando el condensador suministra corriente a la carga) del condensador.

¿Influye el valor del condensador en la tensión de rizado? ¿Cómo?

• Sí, influye significativamente.
• La tensión de rizado depende inversamente de la capacidad del condensador (C), de la frecuencia del rizado (f) y directamente de la corriente consumida por la carga (I). Una aproximación común es:
  V_riz ≈ I / (f × C)
• Donde 'f' es la frecuencia del rizado (igual a la frecuencia de red para media onda, el doble para onda completa) y 'I' es la corriente de carga (I_CC). A mayor capacidad del condensador, menor será la tensión de rizado.

Cuando utilizamos filtro, ¿cuánto vale aproximadamente la tensión de C.C. a la salida?

La tensión de C.C. a la salida con filtro se aproxima al valor pico menos la mitad de la tensión de rizado:

V_{CC (con filtro)} ≈ V_máx' - V_riz / 2

Donde V_máx' es la tensión máxima a la salida del rectificador (V_máx menos las caídas en los diodos).

(Nota: La respuesta original '- VRiz/2' es incompleta. Se ha proporcionado una expresión más completa y común.)