Diodos Rectificadores

                   DIODOS RECTIFICADORES

Un diodo rectificador es uno de los dispositivos de la familia de los diodos más sencillos. El nombre diodo rectificador” procede de su aplicación, la cual consiste en separar los ciclos positivos de una señal de corriente alterna.

Si se aplica al diodo una tensión de corriente alterna durante los medios ciclos positivos, se polariza en forma directa; de esta manera, permite el paso de la corriente eléctrica.

Pero durante los medios ciclos negativos, el diodo se polariza de manera inversa; con ello, evita el paso de la corriente en tal sentido.

Durante la fabricación de los diodos rectificadores, se consideran tres factores: la frecuencia máxima en que realizan correctamente su función, la corriente máxima en que pueden conducir en sentido directo y las tensiones directa e inversa máximas que soportarán.

Una de las aplicaciones clásicas de los diodos rectificadores, es en las fuentes de alimentación; aquí, convierten una señal de corriente alterna en otra de corriente directa.

El funcionamiento de este diodo, a grandes rasgos es la siguiente:
En la zona directa se puede considerar como un generador de tensión continua, tensión de codo (0.5-0.7 V para el silicio y 0.2-0.4 V para el germanio). Cuando se polariza en inversa se puede considerar como un circuito abierto. Cuando se alcanza la tensión inversa de disrupción (zona nversa) se produce un aumento drástico de la corriente que puede llegar a destruir al dispositivo.
Este diodo tiene un amplio mrgen de aplicaciones: circuitos rectificadores, limitadores, fijadores de nivel, protección contra cortocircuitos, demoduladores, mezcladores, osciladores, bloqueo y bypass en instalaciones fotovolcaicas, etc.. 

Cuando usamos un diodo en un circuito se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones (a partir de las hojas de características suministradas por el fabricante):

1. La tensión inversa máxima aplicable al componente, repetitiva o no (V_{RRR máx} o V_{R máx}, respectivamente) ha de ser mayor (del orden de tres veces) que la máxima que este va a soportar.
2. La corriente máxima en sentido directo que puede atravesar al componente, repetitiva o no (I_{FRM máx} e I_{F máx} respectivamente), he de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar.
3.La potencia máxima que puede soportar el diodo (potencia nominal) ha de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar.

Un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua.¹ Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio.

Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que emplean, se les clasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una fase de la red eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases.

Atendiendo al tipo de rectificación, pueden ser de media onda, cuando sólo se utiliza uno de los semiciclos de la corriente, o de onda completa, donde ambos semiciclos son aprovechados.

El tipo más básico de rectificador es el rectificador monofásico de media onda, constituido por un único diodo entre la fuente de alimentación alterna y la carga.

Circuitos rectificados y filtrado

Una de las aplicaciones más importantes de los diodos es la rectificación o recortamiento de una señal proveniente de una fuente de A.C. con el propósito de producir una señal D.C. a esto se le conoce como rectificación.

Por lo general todos los equipos que tienen componentes electrónicos requieren una fuente la cual nos debe garantizar una D.C. de salida fija y regulada, independientemente de las fluctuaciones de la línea de voltaje o los cambios de corriente en la carga.

Existen 3 tipos de rectificadores monofásicos mas usuales en el proceso de convertir una señal de AC en DC

Rectificador de media onda con un diodo

Si se acepta que el diodo e ideal el proceso es el siguiente, el diodo se encuentra polarizado directamente cuando la fuente es positiva, por lo tanto Vin es el mismo que Vout ya que no hay mas resistencia que la RL (r de carga) cuando el voltaje del generador es negativo, el diodo se encentra polarizado inversamente y el diodo se vuelve una resistencia infinita, por lo tanto esta abierto y la corriente en RL=0.

Rectificador de onda completa con dos diodos serie, central tap.

En muchas aplicaciones se usa esta configuración que es un transformador de potencia con dos diodos, el enrollamiento del secundario tiene una toma central de tal modo que V1 y V2 tienen igual magnitud pero con un desfasamiento con referencia a la toma central.

Cuando V1 y V2 son positivos D1 esta polarizado directamente y esta conduciendo; D2 esta polarizado inversamente y no conduce.

Cuando V1 y V2 son negativos D2 esta polarizado directamente y D1 inversamente, por lo tanto hay corriente en RL durante todo el tiempo, excepto cuando V1=V2=0.

Puente rectificador.

Esta versión elimina la necesidad de usar un transformador con derivación central.

Cuando Vi es positivo D1 y D3 están polarizados directamente por lo tanto se encuentran en estado de conducción y la corriente fluye a través del transformador, D2 y D4 se encuentran polarizado inversamente por el mismo voltaje que polariza a D1 y D3.

Cuando Vi es negativo D2 y D4 son los que conducen mientras que D1 y D3 están abiertos.

Análisis en AC

Para determinar el valor promedio de la señal rectificada se debe calcular el área bajo la curva de una onda sinodal de la siguiente forma:

V max o Vp= valor máxima en AC = Vrms √2

V rms = raíz media cuadrática = Vmax / √2

VDC½ = 1/τ ∫▒〖Vi dt〗 = 1/2π ∫_0^π▒〖V max⁡ senθ dθ〗 = (V max)/2π ∫_0^π▒〖senθ dθ〗

= (-V max)/2π (cos θ)π =(-V max)/2π (−2)= (-V max)/π = 0.318 V max

VDC OC =0.636 V max

Por lo tanto el rectificador de inda completa tiene un voltaje promedio mas alto que el rectificador de media onda, además, se requiere menos filtraje para satisfacer una especificación dada.

Rectificadores eléctricos con diodos.

No vamos a entrar a explicar en detalle como funciona un diodo, pues es un componente electrónico. Baste decir que un diodo es la unión de dos placas de material semiconductor, uno denominado N, y otro, denominado P. El diodo esta constituido por dos partes, una llamada ánodo, y otra, llamada cátodo. Precisamente ésto es lo que hace tan útiles a los diodos, pues tienen dos estados, uno de conducción, y otro de bloqueo. El estado de conducción siempre es conectando el ánodo al polo positivo y el cátodo al polo negativo. Si invertimos la conexión de los polos el diodo está en estado de bloqueo, es decir, no deja pasar la corriente. Estamos hablando de polos, no de ciclos. Si fuesen ciclos de una señal alterna esta explicación no valdría. Un polo es algo continuo, lo contrario de algo cíclico. Con una señal alterna lo que sucedería sería que solo dejaría pasar un semiciclo, el positivo o el negativo, dependería de la posición del diodo. Para más información sobre la unión N-P podéis visitar la página: Union N-P.

Existen varios tipos de materiales para construir los diodos, pero como ya hemos dicho, no vamos a explicar aquí las diferencias entre materiales constructivos, baste añadir que en la actualidad solo se utiliza el diodo de silicio por sus muy buenas características técnicas.

Los rectificadores de diodos se dividen en dos categorías, los rectificadores monofásicos y los rectificadores trifásicos.

Rectificadores monofásicos de diodos.

Los rectificadores monofásicos con diodos son de tres tipos:

1. De media onda.
2. De onda completa y punto medio.
3. De puente de Graetz.

Rectificador de media onda.

Dependiendo de cómo coloquemos el diodo, rectificará los semiciclos positivos o negativos que provengan del transformador. En el gráfico, el diodo rectifica solo los semiciclos positivos de una señal alterna. En el caso que le demos la vuelta al diodo, dejaría pasar los semiciclos negativos. Este tipo de circuito solo se puede aplicar en alimentaciones de circuitos de baja potencia. Se pierde mucha energía. La relación existente entre las tensiones de entrada y salida es : V_d = 0,4* V_v.
Y la relación entre intensidades de entrada y salida : I_d = 0,6* I_v.

Rectificador de onda completa y punto medio.

Cuando hablamos de punto medio, nos referimos a que el transformador tiene tres salidas en el secundario, es decir, un secundario doble con toma central. En el circuito representado, se rectifican los semiciclos positivos de una señal alterna. El semiciclo positivo irá alternándose entre las dos salidas del transformador, sin contar con el punto medio. Cuando el semiciclo positivo se encuentre en la parte superior del transformador actuará el diodo de arriba; cuando el semiciclo positivo se encuentre en la parte de abajo del transformador actuará el diodo de abajo.
La relación existente entre tensiones e intensidades de entrada y salida es:
V_d = 0,4* V_v
y I_d = 1,2* I_v.
Este circuito se utiliza poco porque el transformador sale menos económico, de todos modos, en el caso de que se utilice solo se hace con circuitos baja potencia.

Rectificador de Graetz.

En la actualidad es el más utilizado para pequeñas potencias. Con este circuito se consigue aprovechar mejor el transformador, obteniendo así una onda completa continua. El transformador tiene dos puntos de salida, A y B, cuando existe un semiciclo positivo en el punto A, funcionarían los diodos 1 y 3, es decir, el semiciclo positivo pasa por el diodo 1, después por la carga y luego por el diodo 3. En el punto B lo harían los diodos 2 y 4.