Rectificadores monofásicos

Fuente: Ali Bazzi, Departamento de ingeniería eléctrica, Universidad de Connecticut, Storrs, CT.

Una fuente de alimentación se considera generalmente para ser un dispositivo que provee DC, o unidireccional, voltaje y corriente. Las baterías son una fuente de alimentación de estos, sin embargo, están limitados en cuanto a la duración y el costo. Un método alternativo para proveer energía unidireccional es transformar energía de CA a CC con un rectificador.

Un rectificador es un dispositivo que pasa corriente en una dirección y los bloques en la otra dirección, lo que permite la transformación de AC a DC. Rectificadores son importantes en circuitos electrónicos ya que sólo permiten la corrientes en una dirección determinada después es superada una cierta umbral tensión a través de ellas. Puede ser un rectificador de un diodo, un rectificador controlador de silicio u otros tipos de ensambladuras del P-N del silicio. Los diodos tienen dos terminales, el ánodo y el cátodo, donde la corriente fluye del ánodo al cátodo. Circuitos de rectificador usan uno o más diodos que cambian voltajes de CA y las corrientes, que son bipolares a unipolares voltajes y corrientes que pueden filtrarse fácilmente para lograr voltajes DC y corrientes.

Rectificadores de diodos son dispositivos semiconductores de dos terminales que pasan corriente en un sentido y bloquean en la otra dirección. Paso de corriente desde el ánodo al cátodo, pero no desde el cátodo al ánodo. Normalmente hay algunas fugas de corriente en la dirección de bloqueo (cátodo a ánodo), pero es muy baja. Diodos de bloqueo del flujo de corriente por lo tanto necesitan bloquear un cierto nivel de voltaje a través del cátodo al ánodo, diodos son clasificados por su capacidad de transporte actual y su voltaje de bloqueo capacidad. Cuando el voltaje en las terminales del diodo es superior que la tensión de bloqueo de clasificación, el diodo opera en la región de ruptura donde se rompe y pasa corriente en ambos sentidos. El hecho de que diodos pasan corrientes en una dirección conduce a capacidades de rectificación donde se puede convertir AC en DC.

Rectificadores de media onda (Fig. 1 y Fig. 2) sólo pasen la mitad de la tensión de entrada AC a la salida mientras que bloquean la negativa la mitad al proporcionar un voltaje de salida cero. Rectificadores de onda completa (Fig. 3 y Fig. 4) tirón de la polaridad de la mitad negativa al ser positivo además de pasar el positivo la mitad. Aunque las salidas de los rectificadores no son lisas, son por definición DC salidas, como los flujos de corriente en solamente una dirección. Sin embargo, estas formas de onda de salida normalmente se filtran con el fin de suavizar la tensión de salida resultante.

El objetivo de este experimento es estudiar la operación del rectificador monofásico de media onda y onda completa para los tipos de carga diferente. Rectificación, junto con las características de apagado de los diodos, se observan cuando el diodo corriente llegue a cero. También se estudia el filtrado de la tensión de salida DC usando un condensador electrolítico.

Atención: Durante este experimento, no toque ninguna parte del circuito mientras que energiza. La fuente de CA solo conectado a tierra como se muestra en la Fig. 1 y 2 cuando el generador de funciones es una fuente. No conecte a tierra la VARIAC.

1. configuración de fuente de CA

Para este experimento, se utilizan dos fuentes de CA; un transformador variable (VARIAC) a una baja frecuencia de 60 Hz y un generador de funciones con 10 V pico sinusoidal salida y 1 kHz de frecuencia.

1. Antes de comenzar, conectar la sonda diferencial a un canal de alcance y un sondeo regular a otro canal.
2. Ajuste los botones en las puntas de prueba como sigue: sonda diferencial a 20 X (o 1/20) y la sonda regular a 10 X. No te olvides de encender la sonda diferencial.
3. En el menú de cada canal en el ámbito de aplicación, fijar la sonda en 10 X. Para la sonda diferencial manualmente multiplicar cualquier medidas o resultados por dos para llegar a los 20 X deseado.
4. Para configurar el generador de funciones, asegúrese de que el Ω 50 salida está conectado a un cable BNC-cocodrilo.
   1. Conecte las pinzas de cocodrilo con una sonda normal alcance a observar la salida del generador de función.
   2. Ajustar la salida para ser una sinusoide en 10 V pico y frecuencia de 1 kHz con cero offset de DC.
   3. Observar el generador de funciones de salida y ajustar su configuración para lograr la forma de onda de salida deseado.
   4. Una vez que su señal es sistema, desconecte el conector BNC pero mantenga el generador de funciones para mantener su configuración. Desconectar la sonda del alcance de la salida del generador.
5. Para configurar el VARIAC, asegúrese de que la salida del VARIAC (parece un receptáculo regular) no está conectada a ningún cable.
   1. Mantenga el VARIAC y asegúrese de que su mando se establece en cero.
   2. Ajuste lentamente la perilla del VARIAC al 5% salida. Esto debe generar alrededor de voltaje máximo de 10V.

Rectificador de media onda

2. resistente carga con alta frecuencia de entrada

1. Utilice el generador de funciones como la fuente de CA pero mantener desconectado el circuito por el momento.
2. En el tablero de proto, construye el circuito mostrado en la Fig.1. El diodo (D) es clasificado para 50 V y 2 A la resistencia de carga (R) es Ω 51 2A01G-T.
   1. Asegúrese de que la polaridad del diodo. El guión en el diodo es en el cátodo.
3. Antes de conectar la sonda diferencial para el circuito, unir los terminales de la sonda y ajustar su forma de onda medida en la pantalla para mostrar cero voltaje compensado.
   1. Conecte la sonda de voltaje diferencial a través de la resistencia de carga para observar la tensión de salida V_out.
   2. Conecte una sonda de regular en el lado de AC para observar la tensión de entrada V_en.
   3. Conecte el generador al circuito.
4. Ajustar el tiempo base en el alcance a mostrar V_en y _{hacia fuera} de hasta cuatro ciclos fundamentales de V_en. Hacer una copia de las formas de onda.
   1. Zoom en la región de desvío de diodo y realizar una copia de las formas de onda.
5. Desconecte el generador de funciones y retire la sonda diferencial para la carga de modificaciones. Mantenga el resto del circuito y las conexiones como son.

Figura 1 : Rectificador de media onda con carga resistiva

3. resistente-carga inductiva con entrada de alta frecuencia

1. Utilizando el mismo circuito en la figura 1, conectar un 4.7 mH inductor (L) la serie con la carga resistiva como se muestra en la figura 2.
2. Conecte la sonda de voltaje diferencial a través de la resistencia de carga para observar la tensión de resistencia _aque tiene la misma forma de onda como la corriente de carga de R-L I_a.
3. Encienda la función generador salida.
4. Ajustar el tiempo base en el alcance a mostrar V_en y _{hacia fuera} de hasta cuatro ciclos fundamentales de V_en. Hacer una copia de las formas de onda.
   1. Zoom en la región de desvío de diodo y observar el retraso en el tiempo de desconexión. Hacer una copia de las formas de onda.
   2. Apague la salida del generador de función y desconecte el circuito.
   3. Quitar el inductor L y mantener el resto del circuito como es.

Figura 2 : Rectificador de media onda con carga R L

4. resistente carga con baja frecuencia de entrada

1. Asegúrese de que la salida del VARIAC es 5% y desconectado del circuito. Conecte la sonda diferencial a través del VARIAC, encender el VARIAC y ajustar un poco su producción para alcanzar el pico de V 10.
   1. Capturar la forma de onda en el alcance como la observación de un voltaje de referencia.
   2. Apagar el VARIAC pero no cambiar su configuración de voltaje.
2. Utilizando el mismo circuito de la figura 1, es decir, con el inductor desconectado y la resistencia es la única carga, conecte el VARIAC de salida usando el cable del enchufe de plátano.
3. Conecte la sonda de voltaje diferencial a través de la resistencia de carga para observar la tensión de salida V_out.
4. Salida de vuelta en el VARIAC. Mantenerse alejado del circuito y observar las formas de onda en el ámbito de aplicación. Si necesitas depurar tu circuito, apague la VARIAC primero.
5. Ajustar la base del tiempo en el ámbito de mostrar _fuera de hasta cuatro ciclos fundamentales. Hacer una copia de la forma de onda.
   1. Zoom en la región de desvío de diodo y realizar una copia de las formas de onda.
6. El VARIAC y desmontar tu circuito. No cambie el ajuste de voltaje VARIAC.

Rectificador de onda completa

5. resistencia

1. En el tablero de proto, construye el circuito mostrado en la figura 3.
   1. Asegúrese de que la polaridad del diodo. El guión en el diodo es en el cátodo.
2. Una vez que el circuito, conectar el VARIAC de salida como la fuente de CA.
3. Conecte la sonda de voltaje diferencial a través de la resistencia de carga para observar la tensión de salida V_out.
4. Salida de vuelta en el VARIAC. Mantenerse alejado del circuito y observar las formas de onda en el ámbito de aplicación. Si necesitas depurar tu circuito, apague la VARIAC primero.
5. Ajustar el tiempo base en el alcance a hasta cuatro ciclos fundamentales de V_en V_{hacia fuera} . Hacer una copia de las formas de onda.
   1. Medir el valor pico a pico de V_{hacia fuera} usando los cursores.
6. Mantener las conexiones de la sonda como ellos son y apagar el VARIAC y desmontar tu circuito.
   1. No cambie el ajuste de voltaje VARIAC.

Figura 3 . Rectificador de onda completa con carga resistiva.

6. resistente carga con condensador de filtrado

1. Utilizando el mismo circuito en la figura 3, conectar un condensador electrolítico (C) en paralelo con la carga resistiva como se muestra en la figura 4.
   1. Asegúrese de que la polaridad del condensador es correcta con la terminal (-) conectada al lado negativo de la carga.
2. Salida de vuelta en el VARIAC. Mantenerse alejado del circuito y observar las formas de onda en el ámbito de aplicación. Antes de depurar el circuito, apague la VARIAC.
3. Ajustar la base del tiempo en el ámbito de mostrar _fuera de hasta cuatro ciclos fundamentales de VIN. Hacer una copia de las formas de onda.
   1. Medir el valor pico a pico de V_{hacia fuera} usando los cursores y la CA opción para ese canal de acoplamiento (acoplamiento de AC elimina el desplazamiento de DC de la señal).
4. Retomar C.C. acoplamiento una vez que se efectúa la medición.
5. Apague el VARIAC.
6. Desmontar el circuito y limpiar el Banco.

Figura 4 . Rectificador de onda completa con carga resistiva y capacitiva filtrado

Se espera que una carga resistiva acoplada a un rectificador de media onda sólo verá el semiciclo positivo de la tensión de entrada desde el puente de diodos puede pasar corriente en una dirección. Con un rectificador de puente completo, los entrada positivos y negativos medio-ciclos son rectificados para ser positivo, pero añadiendo un condensador serán filtrar hacia fuera la mayor parte de la onda de tensión y proporcionan la carga con un voltaje de C.C. limpiado.

Cuando se añade un inductor en serie con la carga, se espera que se retrasará el diodo apagado. Esto puede explicarse como sigue: diodos apague bajo dos condiciones (que son necesarias para convivir) 1) la corriente en el diodo tiene que ir a cero, y 2) el voltaje en el diodo (tensión de ánodo a cátodo) está por debajo del umbral de encendido. Cuando un inductor en serie con la carga, se almacena energía y actuará como una fuente de corriente cuando la fuente no está disponible o va negativa en lado del ánodo del diodo. Por lo tanto, inductor actual mantendrá el diodo como avance parcial hasta que se disipe la energía del inductor. Ecuaciones fundamentales que rigen los circuitos rectificador básico con entrada V_en=V₀cos (ωt):

Solo diodo y carga resistiva: <_a> =V₀/π (1)

Puente del diodo y la carga resistiva: <_a> = 2V₀/π (2)

Diodo puente, carga fuente: <_a> = 2V₀/π (3)

Rectificadores de diodo están casi en cada fuente de alimentación, cargador, unidad de frecuencia variable y en muchos circuitos de protección. La mayoría DC fuentes de alimentación o fuentes de alimentación de CA ajustables utilizan rectificadores de diodo para convertir AC a DC y luego a la CA ajustable si es necesario como en fuentes de alimentación de CA y frecuencia variable unidades. Aplicaciones de convertidores electrónicos de potencia son comunes para bloqueo de voltaje y para la energía libre en bobinas y relés electromecánicos bobinados del motor. Aplicaciones del diodo van más allá de aplicaciones de la electrónica de potencia para aplicaciones de iluminación, electrónica de baja potencia y sistemas de comunicación.