El Diodo Filtros y Rectificación 2015-1 Prof. Gustavo Patiño. M.Sc. Ph.D MJ 12- 14 16-04-2015

Transformación AC/DC Fig. 3.36 Block diagram of a dc power supply. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

Diodos Rectificadores Rectificación de media onda. Rectificación de onda completa. Con dos diodos y transformador con derivación central. Con puente de diodos (4 diodos). Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

Rectificación de media onda Fig. 3.3 (a) Rectifier circuit. (b) Input waveform. (c) Equivalent circuit when (d) Equivalent circuit when v1  0 (e) Output waveform.

Rectificación de media onda (2) Fig. 3.37 (a) Half-wave rectifier. (b) Equivalent circuit of the half-wave rectifier with the diode replaced with its battery-plus-resistance model. (c) transfer characteristic of the rectifier circuit. (d) Input and output waveforms, assuming that rD  R.

Rectificación de onda completa con derivación central Fig. 3.38 Full-wave rectifier utilizing a transformer with a center-tapped secondary winding. (a) Circuit. (b) Transfer characteristic assuming a constant-voltage-drop model for the diodes. (c) Input and output waveforms.

Rectificación de onda completa con Puente de Diodos Fig. 3.39 The bridge rectifier: (a) circuit and (b) input and output waveforms.

Parámetros para la Selección de diodos Al seleccionar diodos para el diseño de un rectificador, deben especificarse dos parámetros importantes: La capacidad de manejo de corriente necesaria en el diodo, determinada por la máxima corriente que se espera que el diodo conduzca; Y el voltaje inverso pico (PIV) que el diodo debe ser capaz de resistir sin quemarse determinado por el máximo voltaje inverso que se espera que aparezca en los terminales del diodo. Es prudente, sin embargo, seleccionar un diodo que tenga un voltaje de ruptura inverso por lo menos 50% mayor que el PIV esperado. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

PIV en el rectificador de media onda Se observa que cuando vS es negativo, el diodo está en corte (off) y vO será cero. Se deduce entonces que el PIV es el pico de vS.   Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

PIV en el rectificador de media onda com derivación central Para hallar el PIV de los diodos en el circuito rectificador de onda completa con derivación central, considere la situación durante los semiciclos positivos. El diodo D1 conduce y el D2 está en corte.     Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

PIV en el rectificador de media onda con Puente de diodos Para determinar el PIV de cada diodo, considere el circuito durante los semiciclos positivos. El voltaje inverso en los terminales de D3 se puede determinar de la malla formada por D3, R y D2, como:         Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

Circuito Rectificador con Filtro La naturaleza pulsante del voltaje de salida producido por los circuitos rectificadores estudiados anteriormente, los hace inapropiados como fuentes DC para circuitos electrónicos. Por lo tanto es necesaria la inclusión de un circuito que se encargue de reducir la variación del voltaje de salida. Para ello se hace uso de un filtro, llamado así ya que su efecto puede entenderse como un filtro paso-bajo. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

Circuito Rectificador con Filtro (2) Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

Circuito Rectificador con Filtro (3) Operación Básica Sea la entrada vi una señal sinusoidal con un valor pico Vp y con la suposición de que el diodo es ideal. A medida que vi se hace positivo, el diodo conduce y el condensador se carga de modo que vo = vi. Esta situación continúa hasta que vi llega a su valor pico Vp. Después del pico, a medida que vi decrece el diodo se polariza inversamente y el voltaje de salida permanece constante al valor de Vp. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

Circuito Rectificador con Filtro (4) Considere una situación más práctica donde una resistencia de carga se conecta en paralelo con el condensador C, como se describe en la figura. En este caso, el condensador se carga al valor pico de la entrada Vp conforme el voltaje de entrada vi alcanza su valor máximo. Cuando vi comienza a decrecer el diodo no conduce (queda polarizado inversamente), el condensador se descarga a través de R y por tanto vo decae exponencialmente con una constante de tiempo RC.     Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

Vr Vr vo Vp iL Fig. 3.41 Voltage and current waveforms in the peak rectifier circuit with CR  T. The diode is assumed ideal.

Circuito Rectificador con Filtro (5) Observe que para evitar que el voltaje se reduzca demasiado durante la descarga del condensador, se selecciona un valor para C de modo que la constante de tiempo RC sea mucho mayor que el intervalo de descarga. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

Circuito Rectificador con Filtro (6)    

Circuito Rectificador con Filtro (7) Cuando el valor RC >> T (periodo), el valor Vr es pequeño y el voltaje DC de salida permanece casi constante. Del mismo modo, la corriente iL permanece casi constante y su componente de DC está dada por: Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

Circuito Rectificador con Filtro (7) Una análisis más preciso indica que para el caso de vo, su valor promedio está dado por: Con estas observaciones a mano, ahora obtenemos expresiones para Vr y para los valores promedio y pico de la corriente del diodo. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

Circuito Rectificador con Filtro (8) Durante el intervalo de corte del diodo: Al terminar el intervalo de descarga, se tiene: Como RC >> T, se usa la aproximación Para obtener:

Circuito Rectificador con Filtro (9) Reemplazando en el paso anterior: Analizando ahora la corriente que circula por el diodo, se encuentra que su valor promedio durante la ejecución es mucho mayor que la corriente de carga de DC. Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

Ejemplo en Pspice Rectificador con Filtro V 1 0 sin(0V 12V 50HZ) D 1 2 D1N4148 C 2 0 10u ic=0 R 2 0 1k .lib eval.lib .tran 10u 100m 0 10u .probe .end Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

Ejemplo en Pspice (..cont) Electrónica Análoga I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1

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