¿Cómo funciona un rectificador?

Contenido

• Puente rectificador y diodo rectificador
• Diodos de silicio y germanio
• Circuito rectificador de media onda
• Circuito rectificador de onda completa
• Componentes Rectificadores y Aplicaciones
• Usos de los sistemas rectificadores

Quizás se pregunte cómo las líneas eléctricas atraviesan corrientes eléctricas a través de largas distancias para diferentes propósitos. Y hay diferentes "tipos" de electricidad. La electricidad que alimenta los sistemas ferroviarios eléctricos puede no ser apropiada para electrodomésticos como teléfonos y televisores. Los rectificadores ayudan al convertir entre estos diferentes tipos de electricidad.

Puente rectificador y diodo rectificador

Los rectificadores le permiten convertir de corriente alterna (CA) a corriente continua (CC). La CA es la corriente que cambia entre el flujo hacia atrás y hacia adelante a intervalos regulares, mientras que la CC fluye en una sola dirección. Generalmente se basan en un puente rectificador o un diodo rectificador.

Todos los rectificadores usan Uniones P-N, dispositivos semiconductores que permiten que la corriente eléctrica fluya en una sola dirección desde la formación de semiconductores de tipo p con semiconductores de tipo n. El lado "p" tiene un exceso de agujeros (lugares donde no hay electrones), por lo que está cargado positivamente. El lado "n" está cargado negativamente con electrones en sus capas externas.

Muchos circuitos con esta tecnología se construyen con un puente rectificador. Los rectificadores de puente convierten CA a CC usando su sistema de diodos hechos de un material semiconductor en un método de media onda que rectifica una dirección de la señal de CA o un método de onda completa que rectifica ambas direcciones de la entrada de CA.

Los semiconductores son materiales que permiten el flujo de corriente porque están hechos de metales como el galio o metaloides como el silicio que están contaminados con materiales como el fósforo como medio para controlar la corriente. Puede usar un puente rectificador para diferentes aplicaciones para una amplia gama de corrientes.

Los rectificadores de puente también tienen la ventaja de generar más voltaje y potencia que otros rectificadores. A pesar de estos beneficios, los rectificadores de puente sufren el uso de cuatro diodos con los diodos adicionales en comparación con otros rectificadores, lo que provoca una caída de voltaje que disminuye el voltaje de salida.

Diodos de silicio y germanio

Los científicos e ingenieros generalmente usan silicio con más frecuencia que el germanio para crear diodos. Las uniones p-n de silicio funcionan más efectivamente a temperaturas más altas que las de germanio. Los semiconductores de silicio permiten que la corriente eléctrica fluya más fácilmente y se pueden crear con menores costos.

Estos diodos aprovechan la unión p-n para convertir CA a CC como una especie de "interruptor" eléctrico que permite que la corriente fluya en dirección directa o inversa en función de la dirección de la unión p-n. Los diodos con polarización directa permiten que la corriente continúe fluyendo mientras que los diodos con polarización inversa lo bloquean. Esto es lo que hace que los diodos de silicio tengan un voltaje directo de aproximadamente 0.7 voltios para que solo permitan que la corriente fluya si es más que voltios. Para diodos de germanio, el voltaje directo es 0.3 voltios.

El terminal del ánodo de una batería, electrodo u otra fuente de voltaje donde se produce la oxidación en un circuito, suministra los agujeros al cátodo de un diodo para formar la unión p-n. En contraste, el cátodo de una fuente de voltaje, donde ocurre la reducción, proporciona los electrones que se envían al ánodo del diodo.

Circuito rectificador de media onda

Puedes estudiar como rectificadores de media onda están conectados en circuitos para entender cómo funcionan. Los rectificadores de media onda cambian entre polarización directa e inversa según el medio ciclo positivo o negativo de la onda de CA de entrada. Es esta señal a una resistencia de carga de modo que la corriente que fluye a través de la resistencia es proporcional al voltaje. Esto sucede debido a la Ley de Ohmios, que representa el voltaje V como producto de la corriente yo y resistencia R en V = IR.

Puede medir el voltaje a través de la resistencia de carga como el voltaje de suministro V_s, que es igual a la tensión de CC de salida V_fuera. La resistencia asociada con este voltaje también depende del diodo del circuito en sí. Luego, el circuito rectificador cambia a polarización inversa en la que toma el semiciclo negativo de la señal de entrada de CA. En este caso, no fluye corriente a través del diodo o el circuito y el voltaje de salida cae a 0. La corriente de salida es, entonces, unidireccional.

Circuito rectificador de onda completa

••• Syed Hussain Ather

Los rectificadores de onda completa, en contraste, usan todo el ciclo (con semiciclos positivos y negativos) de la señal de entrada de CA. Los cuatro diodos en un circuito rectificador de onda completa están dispuestos de modo que, cuando la entrada de señal de CA es positiva, la corriente fluye a través del diodo desde re₁ a la resistencia de carga y de vuelta a la fuente de CA a través de re₂. Cuando la señal de CA es negativa, la corriente toma el re₃-carga-re₄ camino en su lugar. La resistencia de carga también genera el voltaje de CC del rectificador de onda completa.

El valor de voltaje promedio de un rectificador de onda completa es el doble que el de un rectificador de media onda, y el tensión cuadrática media raíz, un método para medir el voltaje de CA de un rectificador de onda completa es √2 veces el de un rectificador de media onda.

Componentes Rectificadores y Aplicaciones

La mayoría de los aparatos electrónicos en su hogar usan CA, pero algunos dispositivos como las computadoras portátiles convierten esta corriente en CC antes de usarla. La mayoría de las computadoras portátiles utilizan un tipo de fuente de alimentación de modo conmutado (SMPS) que permite que la tensión de CC de salida tenga más potencia para el tamaño, el costo y el peso del adaptador.

SMPS funciona utilizando un rectificador, un oscilador y un filtro que controlan la modulación de ancho de pulso (un método para reducir la potencia de una señal eléctrica), voltaje y corriente. El oscilador es una fuente de señal de CA desde la cual puede determinar la amplitud de la corriente y la dirección en que fluye. El adaptador de CA de las computadoras portátiles luego usa esto para conectarse a la fuente de alimentación de CA y convierte el alto voltaje de CA en bajo voltaje de CC, una forma que puede usar para alimentarse durante la carga.

Algunos sistemas rectificadores también usan un circuito de suavizado o condensador que les permite emitir un voltaje constante, en lugar de uno que varía con el tiempo. El condensador electrolítico de los condensadores de suavizado puede alcanzar capacidades entre 10 y miles de microfaradios (µF). Se necesita más capacitancia para un mayor voltaje de entrada.

Otros rectificadores hacen uso de transformadores que alteran el voltaje utilizando semiconductores de cuatro capas conocidos como tiristores junto a diodos. UNA rectificador controlado por silicio, otro nombre para un tiristor, utiliza un cátodo y un ánodo separados por una puerta y sus cuatro capas para crear dos uniones p-n dispuestas una encima de la otra.

Usos de los sistemas rectificadores

Los tipos de sistemas rectificadores varían según las aplicaciones en las que necesita modificar el voltaje o la corriente. Además de las aplicaciones ya discutidas, los rectificadores encuentran uso en equipos de soldadura, soldadura eléctrica, señales de radio AM, generadores de pulso, multiplicadores de voltaje y circuitos de suministro de energía.

Los soldadores que se utilizan para conectar partes de circuitos eléctricos entre sí utilizan rectificadores de media onda para una sola dirección de la entrada de CA. Las técnicas de soldadura eléctrica que usan circuitos rectificadores de puente son candidatos ideales para proporcionar un voltaje de CC polarizado estable.

La radio AM, que modula la amplitud, puede usar rectificadores de media onda para detectar cambios en la entrada de señal eléctrica. Los circuitos generadores de pulsos, que generan pulsos rectangulares para circuitos digitales, utilizan rectificadores de media onda para cambiar la señal de entrada.

Los rectificadores en los circuitos de suministro de energía convierten CA a CC de diferentes fuentes de alimentación. Esto es útil ya que DC generalmente se envía a través de largas distancias antes de que se convierta en AC para la electricidad doméstica y los dispositivos electrónicos. Estas tecnologías hacen un gran uso del puente rectificador que puede manejar el cambio de voltaje.