Características de los diodos circuitos rectificadores de media onda

  Una de las aplicaciones más importantes de los diodos está en el diseño de circuitos rectificadores. Un diodo rectificador forma un elemento esencial de las fuentes de alimentación CD necesarias para alimentar un equipo electrónico.

  Se conectó el circuito al generador de funciones utilizando una señal de onda sinusoidal con voltaje pico de 10V a una frecuencia de 1KHz, se colocaron las puntas de prueba del osciloscopio como se indica en la figura para poder medir el voltaje pico del diodo y la resistencia respectivamente.

  Posteriormente se seleccionó el modo de visualización X-Y del osciloscopio colocando el selector de acoplamiento de ambos canales en DC e invirtiendo el canal Y, se modificó la frecuencia en el generador de funciones para obtener una imagen nítida para registrarla y utilizar estos datos posteriormente.

  Al seleccionar una señal cuadrada se observo solamente dos puntos en el osciloscopio mientras que con la señal triangular se obtuvo una gráfica como la senoidal pero más nítida. Al invertir el canal X se consiguió la misma grafica pero invertida. Se realizo la medición del voltaje de conducción del diodo y su resistencia dinámica. Para esto último, se tomaron dos puntos en la grafica y se midió la variación de voltaje entre dichos puntos y la variación de corriente correspondiente (Para sacar esto último se dividió la variación de voltaje del eje Y entre la resistencia de 470 ohm). Con dichos valores se busco el inverso de la pendiente de la grafica.

  Se utilizó el osciloscopio digital para observar la forma de onda y realizar las mediciones del voltaje de entrada junto al voltaje de la carga, el voltaje de entrada junto con el voltaje del diodo y el voltaje del diodo junto a la corriente en el diodo y se registraron dichas medidas. Se invirtió en cierto momento uno de los canales para ver la señal del diodo de manera correcta. Para calcular la corriente se empleo el valor de una resistencia de 10 ohm conectándola en serie con el diodo para medir la caída de voltaje en la misma y de esta manera obtener el valor de la corriente en forma indirecta. Para el tiempo de conducción se emplearon los cursores del osciloscopio y se midió la diferencia de tiempo entre dos puntos de la gráfica cuando el diodo conduce.

  Se utilizó el osciloscopio digital para observar la forma de onda y realizar las mediciones del voltaje de entrada y el voltaje de la carga, el voltaje de entrada junto con la corriente del diodo y el voltaje en el diodo junto con la corriente en el diodo. Se registraron dichas mediciones.

  Para realizar la medición de la corriente a través del diodo se utilizó una resistencia de 10 la cual es de menor valor nominal que las demás, la cual se conecto en serie con el diodo para medir la caída de voltaje en la misma y de esta manera realizar las mediciones de corriente de forma indirecta.

   Para el tiempo de conducción se emplearon los cursores del osciloscopio y se midió la diferencia de tiempo entre dos puntos de la gráfica cuando el diodo conduce. Si al circuito montado se le quita la resistencia el capacitor se saturaría muy rápido y podría dañarse debido porque no hay resistencia que disipe la energía suministrada en el circuito.

  Se utilizó el osciloscopio digital para registrar las formas de onda generadas en la entrada y la salida del circuito. Posteriormente se procedió a realizar las mediciones del voltaje pico en la salida del circuito y en el diodo bajo las siguientes condiciones: Voltaje de entrada de 400mV, 1V y 8V con frecuencias de 60Hz, 60Hz y 1KHz respectivamente.

  En la simulación se obtuvieron voltajes para el diodo de aproximadamente 712mV mientras que en la practica se obtuvo un voltaje en el diodo de 800mV, en ambos casos se nos presentaron formas de onda muy parecidas como se pudó ver en las simulaciones que se nos mostraron previas a la práctica. Se generó un error porcentual del 11% si bien esto excede el rango de tolerancia de la resistencia el cual es 5% esto es debido al desgaste de los instrumentos y a la resistencia la cual presenta un valor menor a lo que indica su valor nominal.

  En la hoja de datos del “Diodo rectificador 1N400X” se observa que el diodo resiste una caída de tensión directa de hasta 1.1V, las mediciones obtenidas en el laboratorio muestran una caída de tensión sobre el diodo de 800mV, es decir que esta por debajo del máximo establecido en un 18% por lo cual el diodo funcionó correctamente.

  Para el rectificador de precisión se usaron dos resistencias con un valor nominal de 1 K y así tener un valor de ganancia en la salida del Opam de 1 pero debido al desgate de los componentes los valores de las resistencias hicieron que el valor de la ganancia fuera de 0.99 (1% de error). Se observo que en la salida del circuito tuvo el mismo valor que la señal de entrada cuando la señal de entrada es positiva pero cuando la señal de entrada alcanza el valor negativo el voltaje de salida es cero en dicho momento esto es debido a los diodos conectados en el circuito no permiten el paso de corriente evitando la retroalimentación en el operacional. Los resultados obtenidos para el voltaje de 1V están dentro del rango de valores alcanzados en la simulación. Para los demás valores si hay una diferencia notable, para el de 8V se obtuvo un error del 25%, para el de 600mv un error de 4%.

  Cuando se conecta una resistencia en paralelo con el condensador en el circuito rectificador de media onda se busca reducir el voltaje de salida (sobre la resistencia RL), al interactuar una entrada Vp en el circuito el condensador se carga hasta alcanzar el valor pico de la señal, en este momento el diodo deja de conducir y el condensador comienza a descargarse a través de la resistencia, este proceso ocurre hasta que el voltaje de entrada excede el voltaje del condensador. De esta manera el voltaje en la salida se reduce considerablemente, esto queda en evidencia si se compara con el rectificador de media onda sin filtro capacitivo. Sin el filtro capacitivo se obtuvo un voltaje de salida de 22V, mientras que con el filtro el voltaje de salida fue de 15.6V, una reducción de hasta un 29%.

  Para que el voltaje de salida se reduzca en mayor medida se selecciona un capacitor de modo que la constante de tiempo CR se mayor que el intervalo de descarga, se utilizo un condensador de 470uF obteniéndose una constante de tiempo de 0.2209 considerablemente mayor que el intervalo de descarga, por ende mientras mayor sea el valor del capacitor utilizado menor será el voltaje en la salida del circuito.

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Fuente: Imagen propia.

Conclusiones:

  Se estudio las características principales de diodo indicadas en el datasheet del mismo viendo que los resultados fueron semejantes al datasheet. Se realizo el análisis a los montajes de rectificador de precisión y al rectificador de media onda con y sin filtro capacitivo comparando los resultados experimentales con los simulados en Multisim notando como es la señal de salida cuando se aplican los distintos rectificadores nombrados anteriormente y se familiarizo con la curva característica del diodo empleando la modalidad XY del osciloscopio para obtener el voltaje de conducción y la resistencia dinámica.

  Los resultados variaron a las obtenidas en la simulación debido a que los valores de los componentes pueden presentar leves fallas por su uso continuo y la antigüedad de los mismos.

  Hay que tener en cuenta la colocación adecuada de la tierra del osciloscopio porque el uso incorrecto podría generar un corto con el circuito y por ende el daño del mismo osciloscopio. Otro hecho, es la conectar el capacitor sin una resistencia de carga podría generar un daño al mismo capacitor se sature por el tiempo de carga y descarga del mismo y sin la capacidad de poder disipar la energía que suministra la fuente de voltaje.

Referencias bibliográficas:

•  Abel S. Sedra & Kenneth C. Smith, "Microelectronics Circuits", Saunders College Publishers, 4ta. Edición, (1998). 
•  Gray and Meyer, "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits". Prentice Hall. 4ta. Edición (2000). 

Fuentes electrónicas:

Guia,   Prof. Maria Isabel Gimenez. Título disponible en Lab. C USB