+ – v

Electrónica
Curso 2016
Clase 5
Fuentes de alimentación
Rectificación
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
1
Fuente de alimentación
• Esquema en bloques de una fuente de alimentación
de tensión continua a partir de tensión alterna.
Regulador
50 Hz
Filtro
6V
Rectificador
220 V
50 Hz
Transformador
Fuente de alimentación
5V
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
2
Transformador
Proporciona acoplamiento y acondicionamiento de
tensiones y corrientes entre dos circuitos, idealmente
sin pérdida de potencia.
V2 N 2
=
V1 N1
Ecuaciones ideales de
un transformador.
I 1 N1 = I 2 N 2
Transformador
señal de
c.a.
+
+
vE
vS
–
–
señal de c.a.
más pequeña
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
3
Rectificación
• La rectificación de una señal de alterna consiste en
obtener una señal con un valor medio distinto de
cero.
• Los rectificadores pueden ser de media onda o de
onda completa.
• Los de media onda eliminan una parte de la señal
(positiva o negativa).
• Los de onda completa convierten el semiperiodo
negativo a positivo manteniendo el semiperiodo
positivo.
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
4
Rectificación
•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 un
elemento no lineal. A la salida del mismo hay una
componente 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)
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
5
Rectificador de media onda
Rectificador
+
+
c.a.
(positiva y
negativa)
Entrada
+
vS
–
vE
vS
–
–
D
RL
Rectificador
Tiene valor medio
vS ≥ 0
Salida
+
vR
–
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
6
Rectificador de media onda
Vamos a suponer un diodo ideal en el siguiente
circuito. Ya vimos que es un circuito recortador que
nos deja sólo un semiperiodo en la R de carga.
v(t)
t
v(t)
Como si fuera el secundario
del transformador
vR
Esta R representa a la carga
a alimentar
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
7
Rectificador de media onda
En el semiperiodo positivo de la señal v(t) el diodo es
un cortocircuito, vD = 0V .
vD = 0V
v(t)
vR
vR
v(t)
t
t
vR = v(t)
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
8
Rectificador de media onda
En el semiperiodo negativo de la señal v(t) el diodo es
un circuito abierto, iD = 0 A
v(t)
vR
vR
t v(t)
t
vR = 0 V
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
9
Rectificador de media onda
v(t)
vR
El periodo (o la frecuencia) de vR es el mismo que el
de v(t).
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
10
Rectificador de media onda
i = I m sen α
i=0
α = ωt
1
I cc =
2π
(
∫
2π
0
para 0 ≤ α ≤ π
para π ≤ α ≤ 2π
Im =
1
i dα =
2π
1 2π 2
Ief =
i dα
∫
0
2π
∫
π
0
) (
1/ 2
Vm
r d + RL
I m senα dα = I m
π
1 2π 2 2
=
Im sen α dα
∫
0
2π
)
1/ 2
= Im
2
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
11
Rectificador de media onda
El valor promedio de continua (Vcc) está
representado por el área positiva (o negativa si el
rectificador es negativo) neta en un periodo. En
este caso vale (si rd es despreciable frente a RL):
La tensión inversa de pico (VIP) es la tensión
máxima que soporta un diodo polarizado en
inversa. No debe llegar a la tensión de ruptura.
Para este rectificador vale:
VIP = Vm
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
Rectificador de onda completa
El circuito rectificador de onda
transformador con punto medio.
completa
con
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
13
Rectificador de onda completa
v(t)
En el semiperiodo positivo de la señal
conduce el diodo de arriba y está
cortado el de abajo.
Vm
t
Tensión en
cada bobinado
secundario del
transformador
vR
v
i
v(t)
vi(t)
t
La tensión v en la resistencia es v(t)
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
14
Rectificador de onda completa
En el semiperiodo negativo de la señal conduce el
diodo de abajo y está cortado el de arriba.
v(t)
vR
t
Tensión en
cada bobinado
secundario del
transformador
vi(t)
v(t)
t
i
La tensión v en la resistencia es -v(t)
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
15
Rectificador de onda completa
En un ciclo completo tendremos:
v(t)
v
t
Vm
t
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
16
Rectificador de onda completa
El cálculo del valor medio y del valor eficaz queda
en este caso:
Vcc =
2Vm
π
Vm
Vef =
2
La tensión inversa de pico que deberán soportar los
diodos ahora es:
VIP = 2Vm
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
17
Rectificador de onda completa
El circuito rectificador de onda completa con puente
de diodos (no necesita transformador con punto
medio).
vi(t)
D1
D2
R
vi(t)
-
v +
t
D3
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
D4
18
Rectificador de onda completa
En el semiperiodo positivo de la señal conducen D1 y
D3 y están cortados D2 y D4.
i
vD =0V
v(t)
t
vR
v +
vD =0V
t
La tensión v en la resistencia es v(t)
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
19
Rectificador de onda completa
En el semiperiodo negativo de la señal conducen D2 y
D4 y están cortados D1 y D3.
vD =0V
i
v(t)
t
vR
v +
vD =0V
t
La tensión v en la resistencia es -v(t)
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
20
Rectificador de onda completa
v(t)
V
t
t
El periodo de vR es la mitad que el de v(t). La
frecuencia es el doble.
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
21
Rectificador de onda completa
El valor promedio de continua y el valor eficaz son los
mismos que para el circuito de dos diodos:
Vcc =
2Vm
π
Vm
Vef =
2
La tensión inversa de pico que deben soportar ahora
los diodos del puente es:
VIP = Vm
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
22
Filtro a capacitor
Si bien la salida del rectificador ya tiene un valor
medio de continua, la salida sigue conteniendo
componentes de alterna. Agregamos un capacitor
en paralelo con la carga para reducir estas
componentes de alterna.
Entrada
+
vE
–
D
Filtro
Salida
+
Rectificador
C
vo
–
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
23
Filtro a capacitor
Mientras la tensión del generador sea mayor que la tensión del
capacitor el diodo conduce. A la salida tendremos una copia de la
tensión de entrada. La fuente provee la corriente de salida y la
corriente de carga del capacitor.
+
D
vi
–
+
iD
ic C
iL
v0
–
t
Cuando la tensión de entrada comienza a bajar y es menor que
la tensión del capacitor el diodo se abre. La corriente de salida la
provee el capacitor.
+
vi
–
D
+
ic
C
iL
v0
–
t
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
24
Filtro a capacitor
• Tensión de salida en el rectificador de media onda con filtro a
capacitor.
Vs
T/4
5T/4
t
• Tensión de salida en el rectificador de onda completa con filtro
a capacitor.
Vs
T/4
t
3T/4
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
25
Filtro a capacitor
vs
T/4
5T/4
t
T/4
5T/4
t
iD
iC
Áreas
iguales
t
T/4
5T/4
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
26
Filtro a capacitor
Vamos a definir de forma sencilla a la tensión de
rizado de salida (ripple) como la diferencia entre el
valor máximo y mínimo de tensión en la carga.
Vr = VM − Vm
Vamos a suponer que la constante de tiempo RC es lo
suficientemente grande para suponer que TC ≈ T.
vs
Vr
VM
Vm
t
TD
TC
T
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
27
Filtro a capacitor
Bajo las condiciones anteriores se cumple que:
−T
Vm = VM e RC
−T
RC
Vr = VM − Vm = VM (1 − e )
Si RC >> T entonces haciendo una aproximación lineal
de la exponencial (serie de Taylor):
e
−T
RC
≅ 1−
T
RC
VM T
RC
V
Vr ≅ M
fRC
V
Vr ≅ M
2 fRC
Vr ≅
Media onda
Onda completa
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
28
Regulador a Zener
Regulador
D
Entrada
+
Salida
R
v
L
S
C
–
+
v
o
–
• Regulador con rectificador de media onda
vS
Vmin V
Z
t
Electrónica - Christian Grunfeld 2016
29