Encuesta fecha del examen

Hola a todos, recordad votar para la fecha de realización del examen de rectificadores de tensión. Tenéis hasta el día 4 de Mayo a las 12:00. Saludos.

Práctica regulador tensión de onda completa

Para la realización de la práctica (ver calendario), recordad que se os entregará una copia del dossier el mismo día.

Aunque en clase veremos cómo configurar el osciloscopio del que disponemos en el departamento, el siguiente slideshare os será de gran utilidad para comprender a nivel general la dinámica de la práctica (sobretodo páginas 4-10):

Circuitos rectificadores de Arturo Iglesias Castro

Rectificador de tensión

El rectificador de tensión es un elemento o circuito que permite convertir la CA en CC.

Dependiendo de las características de la red de alimentación de corriente alterna, hay varios tipos:

• Trifásicos: Alimentados por tres fases de la red eléctrica.
• Monofásicos Alimentados con una sola fase de la red eléctrica.

Dependiendo del tipo de rectificación, se diferencian entre:

• Rectificador de media onda: Se aprovecha/utiliza un semi-ciclo de la señal de corriente alterna.
• Rectificador de onda completa: Se aprovecha el ciclo entero de la señal de corriente alterna.

De entre estos tipos, nosotros vamos a estudiar los rectificadores de tensión de media onda y de onda completa monofásicos:

1. Rectificador monofásico de media onda.
Tras haber comprendido el funcionamiento del diodo, el funcionamiento del rectificador de media onda, resultará fácil de comprender.

Imagen 1. Rectificador de media onda monofásico

Durante el primer semiciclo, la tensión de entrada es positiva, por lo que el diodo D está polarizado directamente y permite el paso de corriente. Sin embargo durante el semiciclo egativo, el diodo D está polarizado inversamente, bloqueando el paso de corriente. De esta manera, hemos generado una señal en la carga R tal y como se puede observar en la parte derecha de la Imagen 1.

Podemos observar que tan sólo estamos haciendo uso de mitad de la potencia. Para mejorar esta situación, rectificaremos la onda en su totalidad.

2. Rectificador monofásico de onda completa, puente doble de Graetz.
En este caso, obtendremos una señal positiva tras la rectificación como se puede ver en la gráfica correspondiente a la tensión en la carga, VR.

Imagen 2. Rectificador monofásico de onda completa con puente Graetz.

Durante el primer semiciclo de la señal de entrada VIN, la tensión en 1 es mayor que en 2, por lo que conducirán D1 y D3 tras estar polarizados directamente.
Sin embargo, durante el segundo semiciclo de la señal de entrada de VIN, ésta presenta valores negativos por lo que habrá una tensión mayor en 2 que en 1 y conducirán los diodos D2 y D4. Si note ha quedado muy claro, ojea el siguiente esquema.

De este modo, la tensión de salida VR corresponderá a la de VIN en positivo con las caídas de tensión de los dos diodos (2xVb) y de la carga (Vr).

Como se observa en la gráfica, en VR tenemos una señal positiva que todavía no es contínua. Para conseguir una señal rectificada de contínua conectaremos un condensador en paralelo a la carga, que filtrará la señal:

Imagen 3. Acoplamiento de condensador en paralelo a la carga para mejorar la señal CC

De esta manera cuando la señal de entrada VIN baje de Vpico a 0v, será el condensador el que alimente el circuito y mantenga la tensión en la carga constante, produciendo una señal prácticamente contínua con un determinado rizado (subidas y bajadas de tensión que comportan el pequeño componente de alterna que queda en la señal tras el rectificado). Se puede apreciar la señal con más detalle en la imagen siguiente:

Imagen 4. Tensión en la carga al acoplar un condensador en paralelo.

A la hora de realizar el montaje pretenderemos un Vrizado lo más pequeño posible, aunque en la práctica actuaremos dependiendo de la aplicación. Para medir la efectividad del filtro, recurriremos al factor de rizado, el cual representa la parte de Vpico que corresponde a Vrizado (100 x Vriz/Vpico). Es práctica común escoger un condensador de manera que el factor de rizado sea <= 10%.

Imagen 5. Tensión rizado pico a pico. 

Para saber que capacidad de condensador necesitamos, haremos uso de fórmulas y calcularemos el valor adecuado a nuestras necesidades. Aquellos que queráis comprender de dónde vienen ésas fórmulas, así como profundizar en detalles del proceso de rectificación y filtrado de media onda y completa, os pueden interesar los siguientes vídeos:

Rectificador de media onda con filtrado por condensador

Rectificador de onda completa con filtrado por condensador

Hasta aquí la información sobre rectificadores de tensión [ fórmulas, simulaciones], hacer servir el material que os dejo a continuación para afianzar conceptos:

1. Test rectificadores : Realizadlo tantas veces como queráis para ver si habéis afianzado los conceptos básicos del funcionamiento de los distintos rectificadores de tensión.
2. Ejercicios numéricos rectificadores.

Tipos de Diodos

Existen varios tipos de diodos semiconductores, de los cuales nosotros nos centramos en tres de ellos:

• Diodo avalancha (TVS): Son diodos utilizados para conducir cuando están polarizados directamente y bloquear el paso de corriente cuando lo están inversamente. Cuando son polarizados inversamente, si la tensión es mayor que la de ruptura (Vr) se produce el fenómeno de avalancha, por el que el diodo permitirá paso elevado de corriente en sentido opuesto (cátodo - ánodo) pudiendo éste ser dañado permanentemente.

Imagen 1. Simbología y curva diodo TVS

• Diodo emisor de luz (LED): La particularidad de éstos es que durante el movmiento de portadores de carga de ánodo a cátodo, se produce la emisión de luz. Dependiendo del material de construcción, el color puede ser diferente (longitud de onda generada puede ser desde infrarroja hasta cercana a ultravioleta). 
• Ojea el espectro para comprenderlo mejor.
• Curiosidad: Comprobar funcionamiento led infrarrojo. (Así como el ojo humano no puede percibir ondas con dicha longitud, la cámara de fotos, sí).

Imagen 2. Simbología y curva diodos LED

• Diodo Zener: Especialmente diseñado para trabajar en zonas de ruptura. Polarizado directamente toma características muy similares al diodo de avalancha e inversamente presenta unas características más resistentes que el TVS. A tensiones mayores a la tensión de ruptura (Vr), el diodo mantiene la tensión constante (Vr) hasta que se dejen de cumplir las caracterísiticas de funcionamiento especificadas por el fabricante en la hoja de características. Es por esto, que se utilizan como reguladores de tensión, ya que mantienen una tensión ¨constante¨ entre sus terminales.

Imagen 3. Simbología, foto real y curva diodo Zener

Diodo

El diodo (generalizado de diodo semiconductor) es un elemento electrónico formado por dos terminales (ánodo y cátodo) que tan sólo permite el paso de corriente en un sentido, siendo éste de ánodo a cátodo. En la siguiente imagen podéis ver cómo reconocer ambos terminales tanto en su simbología como en un diodo real:

Imagen 1. Ánodo y Cátodo del diodo

Para que el diodo deje pasar la corriente, éste tendrá que tener mayor tensión en el ánodo que en el cátodo. Cuando esto ocurre se dice que el diodo está polarizado directamente, mientras que si fuera al contrario (más tensión en cátodo que en el ánodo) diríamos que el diodo está polarizado indirectamente. Idealmente si el diodo está polarizado de manera inversa, no conducirá (se comportará como un circuito abierto), mientras que polarizado directamente, se comportará como un cortocircuito: 

Imagen 2. Ejemplo polarización inversa y directa en simulador ARES Proteus

Ha de ser tenido en cuenta que los diodos no son ideales. Como cualquier otro componente tienen ciertas características de funcionamiento (las cuales podemos encontrar en su hoja de características -spreadsheet en inglés-) y sólo si estas se cumplen, se garantiza un comportamiento como el descrito anteriormente. 

Mediante la curva característica del diodo, analizaremos sus modos de funcionamiento: rutpura, on/direct, off/reverse:

Imagen 3. Curva característica de un diodo.

• Modo ON/Direct: Cuando el diodo está polarizado directamente vemos que a partir de cierta tensión, pequeñas variaciones de tensión generarán grandes variaciones de corriente. Esta tensión es conocida como tensión umbral, de codo o barrera (Vb). A partir de esta tensión en el diodo habrá una caida prácticamente constante de Vb (valor según sus materiales). Hay que tener en cuenta que el diodo soportará una corriente máxima especificada en el datasheet, corriendo el riesgo de dañar el diodo permanentemente si sobrepasamos la misma. En este caso, el diodo actuará como un cortocircuito.
• Modo OFF/Reverse: Cuando el diodo está polarizado inversamente, actuará como un circuito abierto: no dejará pasar prácticamente la corriente. Tendremos una corriente llamada corriente de saturación, Is, despreciable para la mayoría de aplicaciones puesto que será del orden de uA. Esto se cumplirá siempre y cuando la tensión aplicada al diodo esté comprendida entre 0 y la tensión de ruputra Vr.
• Modo Ruptura: Cuando la tensión inversamente aplicada al diodo es mayor que la de ruptura, Vr, se produce el fenómeno de avalancha. Principalmente consiste en la imposibilidad del diodo de bloquear el flujo de corriente. De nuevo, se puede dañar el diodo irreparablemente si no se respetan los valores máximos establecidos por el fabricante.

Nota: Cuando el diodo esté polarizado directa / inversamente en condiciones óptimas, trabajaremos con Vb / Vr respectivamente. No obstante, cuando queramos escoger un diodo adecuado para nuestro montaje, tendremos que tener en cuenta las tensiones, corrientes y demás caracterísitcas de nuestro montaje y escoger un diodo que pueda trabajar en las mismas.

Hasta aquí la introucción a los diodos, hacer servir el material que os dejo a continuación para afianzar conceptos:

1. Test diodos : Realizadlo tantas veces como queráis para ver si habéis afianzado los conceptos básicos del funcionamiento de un diodo.
2. Ejercicios numéricos diodos.

Para información extra sobre qué pasa realmente en un diodo, os dejo la siguiente presentación de la universidad de Oviedo:

Bienvenida al blog

Hola a todos, he creado este blog para compartir con vosotros material didáctico de la asignatura de Electricidad y Automatismos Eléctricos. El primer tema a abordar desde el blog serán los rectificadores de tensión, a tratar en clase durante el mes de mayo de 2018. Como ya sabéis os será necesario conocer el funcionamiento de estos elementos, ya que en el taller los tendréis que utilizar para convertir CA a CC en vuestros montajes. Aprovecho la ocasión para introduciros el diodo y sus tipos y usos más comunes.

De ahora en adelante todo el material del tema siguiente a trabajar será colgado durante el tema previo con el objetivo de que tengáis tiempo de empezar a ver contenido en casa si así lo deseáis.

En el blog también podréis encontrar el calendario de la asignatura, así como encuestas y más cosas de interés.