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.