Introducción

La mayoría de los dispositivos electrónicos, televisores, equipos de sonido y las computadoras necesitan de un voltaje de corriente directa para poder funcionar correctamente. Como las líneas de voltaje son de corriente alterna, lo primero que tenemos que hacer es convertir el voltaje de alterna a voltaje de directa. Dentro de las fuentes de potencia hay circuitos que permiten que la corriente fluya sólo en una dirección, a este tipo de circuitos se les llama rectificadores.

En estos circuitos el diodo rectificador es el dispositivo fundamental para tal conversión de energía, funciona como un interruptor cerrado cuando está polarizado en forma directa y como un interruptor abierto cuando está polarizado en forma inversa. Debido a esta cualidad es que podemos convertir corriente alterna en corriente directa, existen tres circuitos rectificadores básicamente: el rectificador de media onda, el rectificador de onda completa y el rectificador tipo puente.

Existen una gran variedad de circuitos que se pueden realizar con diodos rectificadores, pero los circuitos multiplicadores de voltaje son de gran utilidad en dispositivos que utilizan alto voltaje y pequeña corriente, como por ejemplo: las televisiones, osciloscopios, monitores de computadoras, entre otros.

Consiste en realizar un arreglo de dos o más diodos rectificadores en combinación de condensadores para así poder obtener esos altos voltajes.

Objetivo

Comprender y comprobar el funcionamiento de los rectificadores de media onda, de onda completa y tipo puente; así como entender cómo operan los circuitos multiplicadores de voltaje.

Desarrollo

Circuito duplicador de voltaje de onda completa

En el primer semiciclo el diodo D1 es polarizado directamente, es decir que el diodo está conduciendo, cuando "a" sea positivo (+) respecto a "b" (-). Cargando al capacitor C1 con un voltaje máximo de entrada (Vmax), después de que el primer diodo conduce se pone en corto circuito.

En el segundo semiciclo, el diodo D1 queda polarizado inversamente, debido a que "a" es negativo (-) con respecto a "b" siendo este positivo

(+), cargando a C2 con el voltaje máximo (Vmax), con esto cerrando el circuito en D2.

Su funcionamiento para el primer semiciclo es la siguiente: D1 se polariza directamente quedando como cortocircuito, por tal motivo el diodo conduce, esto es cuando "a" es positivo (+) con respecto de "b" (-), cargando a C1 con un voltaje igual al voltaje aplicado (Vmax), después de eso el diodo D1 se queda como circuito abierto.

Si la carga no consume corriente del circuito, el voltaje a través de los capacitores c1 y c2es de 2Vm. ai la carga consume corriente del circuito, el voltaje a través de los capacitores c1 y c2 es el mismo que a través de un capacitor alimentado por un circuito rectificador de onda completa. Una diferencia es que la capacitancia efectiva será la de C1 y C2 en serie, que es menor a la capacitancia de C1y C2 independientes. El valor menor del capacitor ofrecerá una acción de filtrado más pobre que el circuito de filtro con un solo capacitor

Simulación de multisim

Rectificador monofásico con puente de onda completa

El puente rectificador es similar a un rectificador De onda completa porque produce un voltaje de salida de onda completa. Los diodos D1 y D2 conducen en la mitad positiva del ciclo, D3 y D4 conducen en la mitad negativa del ciclo. Como resultado, la corriente por la carga rectificada circula durante ambas mitades de los ciclos.

La tensión de alimentación valdrá 0 V durante la mitad del tiempo, es decir, siempre que se presente el semiperiodo negativo. Para solucionar este problema podemos disponer de un puente de diodos, en el que se rectifique por un lado el semiperiodo positivo y por otro el semiperiodo negativo, de forma que la carga siempre esté alimentada.

La figura representa el circuito equivalente a la mitad positiva del ciclo. Como se puede ver D1 y D2 están polarizados en directa

En la siguiente figura aparece el circuito equivalente para la mitad negativa del ciclo. Esta vez, D3 y D4 están polarizados en directa.

Durante ambas mitades de los ciclos, el voltaje en la carga tiene la misma polaridad y la corriente por la carga circula en la misma dirección. El circuito ha cambiado el voltaje de entrada de alterna por un voltaje de salida pulsante continuo.

Otra manera de poder analizarlo es la siguiente: consideremos en primer lugar que se está produciendo el semiperiodo positivo, en ese caso, el flujo de corriente será el que muestra el sentido de las flechas:

Y si ahora se ahora considera el semiperiodo negativo, tendremos:

La carga siempre recibe positivo por el mismo sitio, independientemente de que sea el semiperiodo positivo o negativo el que se produce en la secuencia de funcionamiento. Esto significa que la tensión aplicada sobre la resistencia será como la indicada en la imagen:

los valores de tensión y de intensidad que obtendremos serán:

Conclusiones

Se requiere que la tensión inversa pico de los diodo sea 2Vs para que no se dañen y los condensadores deberán soportar al menos Vs.

Quizá podríamos preguntarnos, ¿Por qué molestarse en usar un duplicador de voltaje cuando podemos cambiar la relación de vueltas de un transformador para obtener más voltaje a la salida?. La respuesta es que no se necesita usar un duplicador de voltaje a voltajes bajos. La única vez que se tendrá problemas es cuando tratemos de producir voltajes de salida muy altos.

Para el rectificador con puente en apariencia es más ventajoso por disponer de menos diodos, es en realidad menos utilizado, pues la toma intermedia del transformador dificulta la construcción y los diodos, cuando se polarizan de forma inversa, se ven sometidos a una tensión doble que cuando lo son de forma directa, hecho éste que debe ser tenido en cuenta para evitar el deterioro de los diodos.