electrónica curso 2019 - departamento de física
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Electrónica
Clase 5
Fuentes de alimentación
Rectificación
1Electrónica - Christian Grunfeld
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• 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
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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.
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• 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
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•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
Electrónica - Christian Grunfeld 5
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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
Electrónica - Christian Grunfeld 6
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Rectificador de media onda
Electrónica - Christian Grunfeld 7
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
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Rectificador de media onda
Electrónica - Christian Grunfeld 8
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
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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
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Rectificador de media onda
Electrónica - Christian Grunfeld 10
vR
v(t)
El periodo (o la frecuencia) de vR es el mismo que el de v(t).
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Rectificador de media onda
Electrónica - Christian Grunfeld 11
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 ===
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Rectificador de media onda
Electrónica - Christian Grunfeld
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
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Rectificador de onda completa
Electrónica - Christian Grunfeld 13
El circuito rectificador de onda completa contransformador con punto medio.
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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
Electrónica - Christian Grunfeld 14
vi(t)
iv(t)
La tensión v en la resistencia es v(t)
Vm
Tensión en
cada bobinado
secundario del
transformador
vR
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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
Electrónica - Christian Grunfeld 15
Tensión en
cada bobinado
secundario del
transformador
vR
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Rectificador de onda completa
Electrónica - Christian Grunfeld 16
Vm
v(t)
t
v
t
En un ciclo completo tendremos:
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2
2 mef
mcc
VV
VV ==
Rectificador de onda completa
Electrónica - Christian Grunfeld 17
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=
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t
vi(t)
Rectificador de onda completa
Electrónica - Christian Grunfeld 18
+- v
D1D2
D3D4
vi(t)R
El circuito rectificador de onda completa con puentede diodos (no necesita transformador con puntomedio).
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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
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Rectificador de onda completa
Electrónica - Christian Grunfeld 20
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
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v(t)
t t
V
Rectificador de onda completa
Electrónica - Christian Grunfeld 21
El periodo de vR es la mitad que el de v(t). Lafrecuencia es el doble.
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Rectificador de onda completa
Electrónica - Christian Grunfeld 22
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 =
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D
+
Entrada Salida
+ Rectificador
Filtro
C––
vE
vo
Filtro a capacitor
Electrónica - Christian Grunfeld 23
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.
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Filtro a capacitor
Electrónica - Christian Grunfeld 24
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
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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
Electrónica - Christian Grunfeld 25
T/4 5T/4
T/4
Vs
3T/4
Vs
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Filtro a capacitor
Electrónica - Christian Grunfeld 26
tT/4 5T/4
vs
tT/4 5T/4
iD
tT/4 5T/4
iCÁreas iguales
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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.
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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
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D
+
Entrada Salida
+
Regulador
C–
RL v
o vS
–
VZ
V min t
vS
• Regulador con rectificador de media onda
Regulador a Zener
Electrónica - Christian Grunfeld 29