electrónica curso 2019 - departamento de física

Electrónica

Clase 5

Fuentes de alimentación

Rectificación

1Electrónica - Christian Grunfeld

• Esquema en bloques de una fuente de alimentaciónde tensión continua a partir de tensión alterna.

220 V 50 Hz

6 V

50 Hz

5 V

Fuente de alimentación

Tra

nsf

orm

ador

Rec

tifi

cador

Filtr

o

Reg

ula

dor

Fuente de alimentación

Electrónica - Christian Grunfeld 2

señal de c.a.

señal de c.a. más peq ueña

Transformador

+

–

vE

+

–

vS

Transformador

Electrónica - Christian Grunfeld 3

Proporciona acoplamiento y acondicionamiento detensiones y corrientes entre dos circuitos, idealmentesin pérdida de potencia.

2211

1

2

1

2

NINI

N

N

V

V

=

= Ecuaciones ideales deun transformador.

• La rectificación de una señal de alterna consiste enobtener una señal con un valor medio distinto decero.

• Los rectificadores pueden ser de media onda o deonda completa.

• Los de media onda eliminan una parte de la señal(positiva o negativa).

• Los de onda completa convierten el semiperiodonegativo a positivo manteniendo el semiperiodopositivo.

Rectificación

Electrónica - Christian Grunfeld 4

•El objetivo es obtener una tensión continua,frecuencia que no está presente en la tensión de red(f=0). Frecuencia de red = 50 Hz.

•Por esto el dispositivo rectificador tiene que ser unelemento no lineal. A la salida del mismo hay unacomponente de frecuencia no presente a la entrada.Esto no ocurre con sistemas lineales.

•La salida del rectificador tiene valor medio.

•Podemos mejorar lo obtenido (filtro, regulador)

Rectificación

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c.a. (positiva y negativa)

Tiene valor medio+

–

+

–

Rectificador

vE

vS 0

vS

D

+

Entrada Salida

+

Rectificador– –

vS vR

RL

Rectificador de media onda

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Rectificador de media onda

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Vamos a suponer un diodo ideal en el siguientecircuito. Ya vimos que es un circuito recortador quenos deja sólo un semiperiodo en la R de carga.

v(t)

tvR

v(t)

Como si fuera el secundario

del transformador Esta R representa a la carga

a alimentar

Rectificador de media onda

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vD = 0V

v(t)

t

v(t)vR

En el semiperiodo positivo de la señal v(t) el diodo es

un cortocircuito, vD = 0V .

vR = v(t)

vR

t

Rectificador de media onda

Electrónica - Christian Grunfeld 9

En el semiperiodo negativo de la señal v(t) el diodo es

un circuito abierto, iD = 0 A

v(t)

t v(t)vR

vR = 0 V

vR

t

Rectificador de media onda

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vR

v(t)

El periodo (o la frecuencia) de vR es el mismo que el de v(t).

Rectificador de media onda

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IdsenIdiI m

mcc === 0

2

0 2

1

2

1

Rr

VIt

parai

parasenIi

Ld

m

m

m

+==

=

=

20

0

( ) ( )22

1

2

1 22

0

2

2/12

0

2

2/1I

dsenIdiI m

mef ===

Rectificador de media onda

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El valor promedio de continua (Vcc) estárepresentado por el área positiva (o negativa si elrectificador es negativo) neta en un periodo. Eneste caso vale (si rd es despreciable frente a RL):

La tensión inversa de pico (VIP) es la tensiónmáxima que soporta un diodo polarizado eninversa. No debe llegar a la tensión de ruptura.Para este rectificador vale:

V.

π

I.Vcc mLm === RRI LLcc

VIP = Vm

12

Rectificador de onda completa

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El circuito rectificador de onda completa contransformador con punto medio.

v(t)

t

v

t

En el semiperiodo positivo de la señalconduce el diodo de arriba y estácortado el de abajo.

Rectificador de onda completa

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vi(t)

iv(t)

La tensión v en la resistencia es v(t)

Vm

Tensión en

cada bobinado

secundario del

transformador

vR

vi(t)

iv(t)

t

t

En el semiperiodo negativo de la señal conduce eldiodo de abajo y está cortado el de arriba.

La tensión v en la resistencia es -v(t)

v(t)

Rectificador de onda completa

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Tensión en

cada bobinado

secundario del

transformador

vR

Rectificador de onda completa

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Vm

v(t)

t

v

t

En un ciclo completo tendremos:

2

2 mef

mcc

VV

VV ==

Rectificador de onda completa

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El cálculo del valor medio y del valor eficaz quedaen este caso:

La tensión inversa de pico que deberán soportar losdiodos ahora es:

mIP VV 2=

t

vi(t)

Rectificador de onda completa

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+- v

D1D2

D3D4

vi(t)R

El circuito rectificador de onda completa con puentede diodos (no necesita transformador con puntomedio).

vD =0V

vD =0V

i

+- v

v(t)

t

En el semiperiodo positivo de la señal conducen D1 yD3 y están cortados D2 y D4.

vR

t

La tensión v en la resistencia es v(t)

Rectificador de onda completa

Electrónica - Christian Grunfeld 19

Rectificador de onda completa

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En el semiperiodo negativo de la señal conducen D2 yD4 y están cortados D1 y D3.

t

La tensión v en la resistencia es -v(t)

vD =0V

vD =0V

i

+- v

t

v(t) vR

v(t)

t t

V

Rectificador de onda completa

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El periodo de vR es la mitad que el de v(t). Lafrecuencia es el doble.

Rectificador de onda completa

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El valor promedio de continua y el valor eficaz son losmismos que para el circuito de dos diodos:

La tensión inversa de pico que deben soportar ahoralos diodos del puente es:

2

2 mef

mcc

VV

VV ==

mIP VV =

D

+

Entrada Salida

+ Rectificador

Filtro

C––

vE

vo

Filtro a capacitor

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Si bien la salida del rectificador ya tiene un valormedio de continua, la salida sigue conteniendocomponentes de alterna. Agregamos un capacitoren paralelo con la carga para reducir estascomponentes de alterna.

Filtro a capacitor

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Mientras la tensión del generador sea mayor que la tensión delcapacitor el diodo conduce. A la salida tendremos una copia de latensión de entrada. La fuente provee la corriente de salida y lacorriente de carga del capacitor.

D +

C–

v0

Cuando la tensión de entrada comienza a bajar y es menor quela tensión del capacitor el diodo se abre. La corriente de salida laprovee el capacitor.

+

–

viic iL

iD

+

–

vi

D+

–

v0

iLicC

t

t

t

t

• Tensión de salida en el rectificador de media onda con filtro acapacitor.

• Tensión de salida en el rectificador de onda completa con filtroa capacitor.

Filtro a capacitor

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T/4 5T/4

T/4

Vs

3T/4

Vs

Filtro a capacitor

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tT/4 5T/4

vs

tT/4 5T/4

iD

tT/4 5T/4

iCÁreas iguales

Filtro a capacitor

Electrónica - Christian Grunfeld 27

Vamos a definir de forma sencilla a la tensión derizado de salida (ripple) como la diferencia entre elvalor máximo y mínimo de tensión en la carga.

mMr VVV −=

t

TD

vs

VM

Vm

Vr

TC

T

Vamos a suponer que la constante de tiempo RC es losuficientemente grande para suponer que TC ≈ T.

Filtro a capacitor

Electrónica - Christian Grunfeld 28

Bajo las condiciones anteriores se cumple que:

)1( RCT

RCT

eVVVV

eVV

MmMr

Mm

−

−

−=−=

=

Si RC >> T entonces haciendo una aproximación lineal

de la exponencial (serie de Taylor):

fRC

VV

fRC

VV

RC

TVV

RC

Te

Mr

Mr

Mr

RC

T

2

1

−

−

Media onda

Onda completa

D

+

Entrada Salida

+

Regulador

C–

RL v

o vS

–

VZ

V min t

vS

• Regulador con rectificador de media onda

Regulador a Zener

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