en el tutorial anterior de diodos de potencia discutimos formas de reducir la ondulación o las variaciones de voltaje en un voltaje de CC directo conectando condensadores de suavizado a través de la resistencia de carga.

si bien este método puede ser adecuado para aplicaciones de baja potencia, no es adecuado para aplicaciones que necesitan un voltaje de alimentación de CC «constante y suave». Un método para mejorar esto es usar cada medio ciclo de la tensión de entrada en lugar de cada otro medio ciclo., El circuito que nos permite hacer esto se llama rectificador de onda completa.

Al igual que el circuito de media onda, un circuito rectificador de onda completa produce un voltaje de salida o corriente que es puramente CC o tiene algún componente de CC especificado. Los rectificadores de onda completa tienen algunas ventajas fundamentales sobre sus homólogos rectificadores de media onda. El voltaje de salida promedio (DC) es más alto que para la media onda, la salida del rectificador de onda completa tiene mucho menos ondulación que la del rectificador de media onda produciendo una forma de onda de salida más suave.,

en un circuito rectificador de onda completa ahora se utilizan dos diodos, uno para cada mitad del ciclo. Se utiliza un transformador de devanado múltiple cuyo devanado secundario se divide por igual en dos mitades con una conexión central Común, (C). Esta configuración da como resultado que cada diodo conduzca a su vez cuando su terminal de ánodo es positivo con respecto al punto central del transformador C produciendo una salida durante ambos semiciclos, el doble que para el rectificador de media onda, por lo que es 100% eficiente como se muestra a continuación.,

circuito rectificador de onda completa

El circuito rectificador de onda completa consta de dos diodos de potencia conectados a una resistencia de carga única (RL) con cada diodo tomándolo a su vez para suministrar corriente a la carga. Cuando el punto A del transformador es positivo con respecto al punto C, el diodo D1 conduce en la dirección de avance como lo indican las flechas.,

Cuando el punto B es positivo (en la mitad negativa del ciclo) con respecto al punto C, el diodo D2 conduce en la dirección de avance y la corriente que fluye a través de la resistencia R está en la misma dirección para ambos semiciclos. Como el voltaje de salida a través de la resistencia R es la suma del fasor de las dos formas de onda combinadas, este tipo de circuito rectificador de onda completa también se conoce como circuito «bifásico».

podemos ver este efecto con bastante claridad si ejecutamos el circuito en el circuito del simulador de Partsim con el condensador de suavizado eliminado.,

forma de onda de simulación Partsim

como los espacios entre cada media onda desarrollada por cada diodo ahora está siendo rellenado por el otro diodo, el voltaje de salida promedio de CC a través de la resistencia de carga es ahora el doble que el del circuito rectificador de media onda simple y es aproximadamente 0.637 Vmax del voltaje máximo, asumiendo que no hay pérdidas.

donde: VMAX es el valor máximo de pico en la mitad del devanado secundario y VRMS es el valor rms.,

el voltaje máximo de la forma de onda de salida es el mismo que antes para el rectificador de media onda siempre que cada mitad de los devanados del transformador tenga el mismo valor de voltaje rms. Para obtener una salida de voltaje de CC diferente, se pueden usar diferentes relaciones de transformador.

la principal desventaja de este tipo de circuito rectificador de onda completa es que se requiere un transformador más grande para una salida de potencia dada con dos devanados secundarios separados pero idénticos, lo que hace que este tipo de circuito rectificador de onda completa sea costoso en comparación con el equivalente del circuito «rectificador de Puente de onda completa».,

El rectificador de Puente de onda completa

otro tipo de circuito que produce la misma forma de onda de salida que el circuito rectificador de onda completa anterior, es el del rectificador de Puente de onda completa. Este tipo de rectificador monofásico utiliza cuatro diodos rectificadores individuales conectados en una configuración de «Puente» de bucle cerrado para producir la salida deseada.

la principal ventaja de este circuito de puente es que no requiere un transformador Central especial, lo que reduce su tamaño y costo., El único devanado secundario está conectado a un lado de la red del puente de diodos y la carga al otro lado como se muestra a continuación.

El rectificador de Puente de diodos

Los cuatro diodos Etiquetados D1 a D4 están dispuestos en «pares de series» con solo dos diodos que conducen corriente durante cada medio ciclo. Durante el medio ciclo positivo de la fuente, los diodos D1 y D2 conducen en serie mientras que los diodos D3 y D4 están inversamente sesgados y la corriente fluye a través de la carga como se muestra a continuación.,

el medio ciclo positivo

durante el medio ciclo negativo del suministro, los diodos D3 y D4 se conducen en serie, pero los diodos D1 y D2 se apagan ya que ahora están sesgados inversamente. La corriente que fluye a través de la carga es la misma dirección que antes.,

el medio ciclo negativo

como la corriente que fluye a través de la carga es unidireccional, por lo que el voltaje desarrollado a través de la carga también es unidireccional lo mismo que para el rectificador de onda completa de dos diodos anteriores, por lo tanto, el voltaje promedio de CC a través de la carga es 0.637 Vmax.

Sin embargo, en realidad, durante cada medio ciclo la corriente fluye a través de dos diodos en lugar de solo uno, por lo que la amplitud de la tensión de salida es de dos caídas de tensión ( 2*0.7 = 1.,4V) menor que la amplitud VMAX de entrada. La frecuencia de ondulación es ahora el doble de la frecuencia de suministro (por ejemplo, 100Hz para una fuente de 50Hz o 120Hz para una fuente de 60Hz.)

aunque podemos usar cuatro diodos de potencia individuales para hacer un rectificador de Puente de onda completa, los componentes del rectificador de puente prefabricados están disponibles «listos para usar» en una gama de diferentes tamaños de voltaje y corriente que se pueden soldar directamente en una placa de circuito PCB o conectarse mediante conectores de pala.

la imagen de la derecha muestra un rectificador de puente monofásico típico con una esquina cortada., Esta esquina de corte indica que el terminal más cercano a la esquina es el terminal de salida positivo o +ve o el cable con el cable opuesto (diagonal) siendo el cable de salida negativo o-ve. Los otros dos cables de conexión son para la tensión alterna de entrada de un devanado secundario del transformador.

El condensador de suavizado

vimos en la sección anterior que el rectificador de media onda monofásico produce una onda de salida cada medio ciclo y que no era práctico usar este tipo de circuito para producir un suministro de CC constante., Sin embargo, el rectificador de Puente de onda completa nos da un mayor valor promedio de CC (0.637 Vmax) con menos ondulación superpuesta, mientras que la forma de onda de salida es el doble de la frecuencia de la frecuencia de suministro de entrada.

podemos mejorar la salida de CC promedio del rectificador y al mismo tiempo reducir la variación de CA de la salida rectificada mediante el uso de condensadores de suavizado para filtrar la forma de onda de salida., Los condensadores de alisado o reservorio conectados en paralelo con la carga a través de la salida del circuito rectificador de Puente de onda completa aumentan el nivel promedio de salida de CC aún más alto ya que el condensador actúa como un dispositivo de almacenamiento como se muestra a continuación.

rectificador de onda completa con condensador de suavizado

El condensador de suavizado convierte la salida ondulada de onda completa del rectificador en un voltaje de salida de CC más suave., Si ahora ejecutamos el circuito del simulador de Partsim con diferentes valores de condensador de suavizado instalado, podemos ver el efecto que tiene en la forma de onda de salida rectificada como se muestra.

condensador de suavizado 5uF

el gráfico azul en la forma de onda muestra el resultado de usar un condensador de suavizado 5.0 uF en la salida de los rectificadores. Anteriormente, la tensión de carga seguía la forma de onda de salida rectificada hasta cero voltios., Aquí el condensador 5uF se carga al voltaje máximo del pulso de CC de salida, pero cuando cae de su voltaje máximo a cero voltios, el condensador no puede descargar tan rápidamente debido a la constante de tiempo RC del circuito.

esto resulta en que el condensador se descarga hasta aproximadamente 3,6 voltios, en este ejemplo, manteniendo el voltaje a través de la resistencia de carga hasta que el condensador se recarga una vez más en la siguiente pendiente positiva del pulso de CC. En otras palabras, el condensador solo tiene tiempo para descargarse brevemente antes de que el siguiente pulso de CC lo recargue hasta el valor pico., Por lo tanto, el voltaje de CC aplicado a la resistencia de carga cae solo en una pequeña cantidad. Pero todavía podemos mejorar esto aumentando el valor del condensador de suavizado como se muestra.

condensador de suavizado 50uF

Aquí hemos aumentado el valor del condensador de suavizado diez veces de 5uF a 50uF, lo que ha reducido la ondulación aumentando el voltaje de descarga mínimo de los 3,6 voltios anteriores a 7,9 voltios., Sin embargo, usando el circuito del simulador de Partsim hemos elegido una carga de 1kΩ para obtener estos valores, pero a medida que la impedancia de carga disminuye, la corriente de carga aumenta causando que el condensador se descargue más rápidamente entre los pulsos de carga.

el efecto de un suministro de una carga pesada con un solo condensador de suavizado o depósito puede reducirse mediante el uso de un condensador más grande que almacena más energía y descarga menos entre los pulsos de carga., En general, para los circuitos de fuente de alimentación de CC, el condensador de suavizado es un tipo electrolítico de aluminio que tiene un valor de capacitancia de 100uF o más con pulsos de voltaje de CC repetidos desde el rectificador que carga el condensador hasta el voltaje máximo.

sin embargo, hay dos parámetros importantes a considerar al elegir un condensador de suavizado adecuado y estos son su voltaje de trabajo, que debe ser mayor que el valor de salida sin carga del rectificador y su valor de capacitancia, que determina la cantidad de ondulación que aparecerá superpuesta sobre la tensión de CC.,

un valor de capacitancia demasiado bajo y el condensador tiene poco efecto en la forma de onda de salida. Pero si el condensador de suavizado es lo suficientemente grande (se pueden usar condensadores paralelos) y la corriente de carga no es demasiado grande, el voltaje de salida será casi tan suave como la CC pura. Como regla general, estamos buscando tener un voltaje de ondulación de menos de 100mV de pico a Pico.,

el voltaje máximo de ondulación presente para un circuito rectificador de onda completa no solo está determinado por el valor del condensador de suavizado, sino por la frecuencia y la corriente de carga, y se calcula como:

Voltaje de ondulación del rectificador de Puente

donde: I es la corriente de carga de CC en amperios, ƒ es la frecuencia de la ondulación Hertz, y c es la capacitancia en farads.,

Las principales ventajas de un rectificador de Puente de onda completa es que tiene un valor de ondulación de CA más pequeño para una carga dada y un depósito o condensador de suavizado más pequeño que un rectificador de media onda equivalente. Por lo tanto, la frecuencia fundamental de la tensión de ondulación es el doble de la frecuencia de suministro de CA (100Hz) donde para el rectificador de media onda es exactamente igual a la frecuencia de suministro (50Hz).,

la cantidad de voltaje de ondulación que se superpone en la parte superior de la tensión de alimentación de CC por los diodos se puede eliminar virtualmente agregando un filtro π (filtro pi) mucho mejorado a los terminales de salida del rectificador de puente., Este tipo de filtro de paso bajo consiste en dos condensadores de suavizado, generalmente del mismo valor y un choke o inductancia a través de ellos para introducir una ruta de alta impedancia al componente de ondulación alterna

otra alternativa más práctica y más barata es usar un CI regulador de voltaje de 3 terminales, como un LM78xx (donde «xx» significa la clasificación de voltaje de salida) para un voltaje de salida positivo o su equivalente inverso el LM79xx para un voltaje de salida negativo que puede reducir la ondulación en más de 70dB (hoja de datos) mientras que entrega una corriente de salida constante de más de 1 amp.,

¿Por qué no poner a prueba sus conocimientos sobre circuitos rectificadores de onda completa utilizando la herramienta simulador de Partsim hoy. Pruebe diferentes valores de condensador de suavizado y resistencia de carga en su circuito para ver los efectos en la forma de onda de salida.

en el siguiente tutorial sobre diodos, veremos el diodo Zener que aprovecha su característica de voltaje de ruptura inversa para producir un voltaje de salida constante y fijo a través de sí mismo.