RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA Andrés Felipe Alfonso Quiñones
[email protected] Camilo Roncancio Camargo
[email protected] Universidad Militar Nueva Granada Los Resume — Los
rectificadores de media onda son circuitos usados en distintas aplicaciones dentro de la ingeniería electrónica y eléctrica. En este trabajo se realiza el análisis de un rectificador de media onda utilizando la conexión de un diodo en serie.
Abstract — — The The
rectifiers of half a wave are circuits used in different applications inside the electronic and electrical engineering. In this work there is realized the analysis of a rectifier of half a wave using the connection of a diode in series.
OBJETIVOS: •
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Diseñar un convertidor de potencia AC/DC, tipo rectificador monofásico de media onda no controlado, para alimentar carga R. Medir los valores de voltaje y corriente obtenidos durante la práctica y la simulación. Definir las características eléctricas del diodo y la carga. Observar y analizar el comportamiento de la señal de salida sobre la carga para cada montaje Verificar si los componentes elegidos son idóneos en la implementación por medio de simulación y comprobación en circuito físico.
Figura 1. Diodo y simbolización simbolización electrica electrica
Se puede demostrar por medio de la física de estado sólido que las características generales de un diodo semiconductor se pueden definir mediante la siguiente ecuación, conocida como ecuación de Shockley, para las regiones de polarización en directa y en inversa:
donde • •
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MARCO TEORICO El diodo semiconductor , con aplicaciones demasiado numerosas de mencionar, se crea uniendo un material tipo n a un material tipo p, nada más que eso; sólo la unión de un material con un portador mayoritario de electrones a uno con un portador mayoritario de huecos. La simplicidad básica de su construcción refuerza la importancia del desarrollo de esta área de estado sólido.
Is es la corriente de saturación en inversa VD es el voltaje de polarización en directa aplicado a través del diodo n es un factor de idealidad, el cual es una función de las condiciones de operación y construcción física; varía entre 1 y 2 según una amplia diversidad de factores. (se supondrá n _ 1 en todo este texto a menos que se indique de otra manera)
.
El voltaje VT se llama voltaje térmico y está determinado por
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Para el diseño del rectificador de media onda se realizaron cálculos, estableciendo parámetros y condiciones para obtener los resultados esperados.
Donde •
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k es la constante de Boltzmann _ 1.38 _ 10_23 J/K T es la temperatura absoluta en Kelvin = 273 _ la temperatura en °C. q es la magnitud de la carga del electrón = 1.6 ×10-19C.
Rectificador de media onda El rectificador de media onda es un circuito que elimina la mitad de la señal que recibe en la entrada, en función de como esté polarizado el diodo: si la polarización es directa, eliminará la parte negativa de la señal, y si la polarizamos en inversa eliminara la parte positiva.
Se calculó la corriente pico (Ipico) con base al requerimiento de mínimo 1A de la corriente promedio.
= 2 ∗ /
(1)
Teniendo en cuenta la ecuación (1), se tiene que la corriente máxima (IM) que pasará sobre la carga y que deben soportar los diodos del circuito es:
=
∗ 2
Reemplazando:
=
1∗ = 1.57 2
Se procede a calcular el valor de la resistencia de la carga teniendo en cuenta la ecuación (2): −
=
(2)
Asumiendo que el voltaje diferencial del diodo VD para el cual este se encontrará en conducción será de 0.8V y teniendo que el voltaje máximo de la fuente es igual a
=
Figura 2. Comportamiento de un rectificador de media onda
Se puede aplicar la siguiente ecuación para determinar el valor promedio con un nivel de precisión relativamente alto.
∗ √ 2 , entonces:
(120 ∗ √ 2 0.8) = 107.6 Ω 1.57
La carga resistiva a implementar será un bombillo incandescente de 150W a 120V, de tal forma que su resistencia se encuentre lo más cercana posible al valor teórico calculado en la ecuación (2), se tiene entonces:
=
(3)
Reemplazando:
120 = = 96Ω 150 La corriente que circularía ahora por el circuito al recalcularla en función de la resistencia real a implementar es:
=
(120 ∗ √ 2 0.8) = 1.759 96Ω
Dicha corriente máxima que circulará por la resistencia debe ser la misma corriente máxima calculada al principio, para ello haciendo uso de la ecuación (2) y (5) se proceden a hacer iteraciones del procedimiento hasta que la expresión
± 5% = + 25 ∗ 10−3 5 VD inicial = 0.8V.
CALCULOS TEÒRICOS: Tensión máxima:
=
120∗ √ 2 = 169.70 1
Tensión media sobre la carga:
=
169.7 = = 54.017
Tensión eficaz:
=
169.71 = = 120 √ 2 √ 2
IR inicial= 1.759 A. Voltaje térmico del diodo = 25Mv. Para el rectificador de onda completa se utiliza un diodo 1N5404 puesto que como se observa en su curva característica anexada a continuación, soporta la corriente máxima del circuito diseñado y trabaja por debajo de 1V.
Corriente Eficaz:
=
1.76 = = 1.24 √ 2 √ 2
Corriente Promedio:
=
2∗ 2∗1.76 = = 1.12
Potencia DC:
= ∗ = 54.017 ∗ 1.12 = 60.49
Fig. 3 Curva característica del diodo 1N5404 en región directa.
Factor de forma:
=
120 = = 2.22 54.017
Factor de rizado:
= 1 = 2.22 1=1.98 Fig. 6 Visualización del montaje con la carga (bombillos).
Fig. 7 Señal de salida rectificada.
CONCLUSIONES Fig. 4 valor medido de voltaje entregado por la red.
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Fig. 5 valor de corriente medido a la salida (en la carga).
Se comprobó que, con una buena base teórica, realizando un diseño adecuado se logra que al aplicar los cálculos matemáticos al montaje físico, se obtengan los resultados esperados. Se implementó un bombillo, con una impedancia de 96 ohms, lo más próximo a la teórica diseñada (100ohms), pero que logró disipar la potencia del circuito sin ningún contratiempo. Se observo que es bueno realizar cálculos previos y compararlos con el datasheet para asi saber cual es el diodo que cumple las características, ya que un análisis rápido puede afectar el circuito porque los elementos básicos no soportan los valores iniciales del montaje.
REFERENCIAS Rectificadores de media onda conceptos básicos. [Online] Disponible en: http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/e l ec_basica/tema4/Paginas/Pagina5.htm
Uso del rectificador de media onda. Disponible en: https://www.ecured.cu/Rectificador_de _media_onda
