En electrónica, un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio (actualmente en desuso). Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que emplean, se les clasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una fase de la red eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases. Atendiendo al tipo de rectificación, pueden ser de media onda, cuando sólo se utiliza uno de los semi-ciclos de la corriente, o de onda completa, donde ambos semi-ciclos son aprovechados. El tipo más básico de rectificador es el rectificador monofásico de media onda, constituido por un único diodo entre la fuente de alimentación alterna y la carga.
Rectificación monofásica no controlada La rectificación no controlada requiere un estudio previo de las necesidades, ya que el circuito rectificador tan solo funcionará de la forma correcta si todas la condiciones de contorno con las que se ha realizado el cálculo se cumplen. Es decir, tanto la tensión de entrada como la carga RL han de ser las especificadas.
Circuitos rectificadores de media onda Es construido con un diodo ya que este puede mantener el flujo de corriente en una sola dirección, se puede utilizar para cambiar una señal de (ac) a una de (cc). En la figura I. se muestra un circuito rectificador de media onda. Cuando la tensión de entrada es positiva, el diodo se polariza en directo y se puede sustituir por un corto circuito. Si la tensión de entrada es negativa el diodo se polariza en inverso y se puede remplazar por un circuito abierto. Por tanto cuando el diodo se polariza en directo, la tensión de salida a través de la carga se puede hallar por medio de la relación de un divisor de tensión sabemos además que el diodo requiere 0.7 voltios para polarizarse así que la tensión de salida esta reducida
en esta cantidad (este voltaje depende del material de la juntura del diodo). Cuando la polarización es inversa, la corriente es cero, de manera que la tensión de salida también es cero. Este rectificador no es muy eficiente debido a que durante la mitad de cada ciclo la entrada se bloquea completamente desde la salida, perdiendo así la mitad de la tensión de alimentación. El voltaje de salida en este tipo de rectificador es aproximadamente 0.45 voltaje máximo de la señal de entrada. La forma de onda que observamos a la salida se muestra en la figura II.
Circuitos rectificadores de onda completa Un rectificador de onda completa convierte la totalidad de la forma de onda de entrada en una polaridad constante (positiva o negativa) en la salida, mediante la inversión de las porciones (semiciclos) negativas (o positivas) de la forma de onda de entrada. Las porciones positivas (o negativas) se combinan con las inversas de las negativas (positivas) para producir una forma de onda parcialmente positiva (negativa).
Rectificador de onda completa mediante dos diodos con transformador de punto medio El circuito, representado en la (Figura), funciona como sigue: El transformador convierte la tensión alterna de entrada en otra tensión alterna del valor deseado, esta tensión es rectificada durante el primer semi-ciclo por el diodo D1 y durante el segundo semi-ciclo por el diodo D2, de forma que a la carga R le llega una tensión continua pulsante muy impura ya que no está filtrada ni estabilizada. En este circuito tomamos el valor de potencial 0 en la toma intermedia del transformador.
Rectificador de onda completa tipo puente doble de Graetz Se trata de un rectificador de onda completa en el que, a diferencia del anterior, sólo es necesario utilizar transformador si la tensión de salida debe tener un valor distinto de la tensión de entrada. En la Figura 3 está representado el circuito de un rectificador de este tipo.
A fin de facilitar la explicación del funcionamiento de este circuito vamos a denominar D-1 al diodo situado más arriba y D-2, D-3 y D-4 a los siguientes en orden descendente.
Durante el semi-ciclo en que el punto superior del secundario del transformador es positivo con respecto al inferior de dicho secundario, la corriente circula a través del camino siguiente:
Punto superior del secundario --> Diodo D-1 --> (+) Resistencia de carga R (-) --> Diodo D4 --> punto inferior del secundario.
En el semi-ciclo siguiente, cuando el punto superior del secundario es negativo y el inferior positivo lo hará por:
Punto inferior del secundario --> Diodo D-2 --> (+) Resistencia de carga R (-) --> Diodo D-3 --> punto superior del secundario. En este caso, vemos como circula corriente por la carga, en el mismo sentido, en los dos semiciclos, con lo que se aprovechan ambos y se obtiene una corriente rectificada más uniforme que en el caso del rectificador de media onda, donde durante un semi-ciclo se interrumpe la circulación de corriente por la carga. En ambos tipos de rectificadores de onda completa, la forma de onda de la corriente rectificada de salida, será la de una corriente continua pulsatoria, pero con una frecuencia de pulso doble de la corriente alterna de alimentación.
Filtrado Como se puede apreciar en las Figuras 2 y 3 la corriente obtenida en la salida de los rectificadores no es propiamente continua y dista mucho de ser aceptablemente constante, lo que la inutilizaría para la mayoría de las aplicaciones electrónicas. Para evitar este inconveniente se procede a un filtrado para eliminar el rizado de la señal pulsante rectificada. Esto se realiza mediante filtros RC (resistencia-capacitancia) o LC (inductancia-capacitancia), obteniéndose finalmente a la salida una corriente continua con un rizado que depende del filtro y la carga, de modo que sin carga alguna, no existe rizado. Debe notarse que este filtro no es lineal, por la existencia de los diodos que cargan rápidamente los condensadores, los cuales a su vez, se descargan lentamente a través de la carga. La tensión de rizado (Vr) será mucho menor que V si la constante de tiempo del condensador R·C es mucho mayor que el período de la señal. Entonces consideraremos la pendiente de descarga lineal y, por tanto, Vr = Vpico·T / (R·C) Siendo R·C la cte de tiempo del condensador, T el período de la señal y Vpico la tensión de pico de la señal...
Rectificación monofásica controlada Es un tipo de regulación mucho más complicada de implementar, pero proporciona un control total de la carga. El esquema de este tipo de rectificadores seria como el de los anteriormente expuestos, añadiendo entre la carga y la salida rectificada, de forma conceptual, un interruptor. Este 'interruptor' denominados tiristores (SCR) permitiría o cortar el paso de la señal dentro de un ángulo correspondiente entre 0 y 180 grados de la onda Senoidal, permitiendo un control de potencia dentro de esos ángulos de disparo. Cabe añadir que la complejidad reside en el diseño del sistema de control, donde el 'interruptor' conceptual ha de ser sustituido por un circuito tan complicado como requiera el dispositivo.
Rectificador Síncrono (o sincrónico) Hay aplicaciones en las que la caída de tensión directa en los diodos (VF) causa que tengan una baja eficiencia, como el caso de algunos convertidores DC-DC. Un rectificador síncrono sustituye los diodos por transistores MOSFET, gobernados por un circuito de control que los corta cuando la tensión entra en su ciclo negativo. Esta técnica tiene tres ventajas frente a los diodos:
No existe VF en un MOSFET. Éste se comporta como una resistencia (RON) de modo que conduce con cualquier valor de tensión (V>0), mientras que un diodo necesita V>VF, lo que es de suma importancia en circuitos alimentados a muy baja tensión.
Usos de un diodo Rectificador Desde el inicio del empleo de las antiguas válvulas termoiónicas de tipo diodo en los circuitos electrónicos analógicos hasta los diodos de estado sólido utilizados en la actualidad, su principal función ha sido “rectificar” corrientes alternas para convertirlas en directa (C.D.) y “detectar” corrientes de alta frecuencia (A.F.) o radiofrecuencia (R.F.) para reconvertirlas en audibles.
Esquema de un diodo en función de rectificador de media onda
Ilustración del circuito eléctrico correspondiente a un diodo rectificador de media onda. El.suministro de corriente alterna (C.A.) que el diodo recibe en forma de onda sinusoidal por su.parte izquierda, pierde sus semiciclos negativos una vez que la corriente lo atraviesa. De esa.forma se obtiene una corriente directa tipo “pulsante”, tal como se puede apreciar a la derecha.de la propia figura. Esquema de cuatro diodos en función de rectificador de onda completa
Rectificador o “puente rectificador” de onda completa formado por cuatro diodos conectados.de forma apropiada. La onda sinusoidal de corriente alterna (C.A.) suministrada al circuito de.este diodo por la parte izquierda en la ilustración, sale rectificada como corriente directa (C.D.) por la parte derecha.
Esquema de un diodo en función de detector o de modulador de ondas de radiofrecuencia
1.- Onda sonora de baja frecuencia (A.F.) o audiofrecuencia. 2.- Onda de radio de alta frecuencia (A.F.) o radiofrecuencia (R.F.). 3.- Unión de la onda de alta.Frecuencia con la de bajas frecuencias moduladas en amplitud. Esa es la onda.portadora.de los sonidos que emiten las estaciones de radio cuando transmiten en.A.M. (amplitud. modulada). Dicha onda, que viaja por el éter como "onda herziana”. Después que abandona la antena transmisora, contiene los sonidos que capta el. Micrófono en el estudio de radio, así como la música y los efectos sonoros. Sin. Embargo, dichos sonidos no serán de nuevo audibles hasta tanto un radiorreceptor. Capte esa onda y un detector diodo que forma parte de su
circuito electrónico la.demodule la onda portadora de alta.Frecuencia.
separando
las frecuencias
audibles
de
4.-.Diodo del tipo “punta de. Contacto” en función de detector o.demodulador... 5.- Onda de baja frecuencia (B.F.) o audiofrecuencia después de haber. Sido separada de la onda portadora de radiofrecuencia (demodulada). A continuación. Esta señal se. Amplifica para que se pueda escuchar a mayor volumen en él. Altoparlante del. Radiorreceptor.
Gracias a los avances de la ciencia y la técnica que han tenido lugar en los últimos años, sobre todo en lo referido a electrónica digital, las funciones de los diodos que se fabrican hoy en día responden a un campo de aplicaciones mucho más amplio y variado que el que realizaban las antiguas válvulas termoiónicas. Sin embargo, el principio físico de funcionamiento para los diodos semiconductores es prácticamente el mismo para todos. En la actualidad, además del empleo de los diodos de silicio más comunes y convencionales para aplicaciones generales como ya se ha explicado en este tema, la industria electrónica produce también una amplia variedad de otros tipos destinados a su uso en aplicaciones y funciones específicas. Entre esos otros tipos de diodos se destacan los siguientes:
Diodo Zener Diodo Schottky (o de barrera) Diodo Túnel (o Esaki) Diodo Varicap o Varactor
Diodo Zener
Diodo Zener.- Tipo de diodo semiconductor diseñado para trabajar en polarización inversa y con corrientes más elevadas que las admitidas por los diodos comunes. Esa característica evita que este diodo se destruya cuando alcanza el punto denominado “tensión de ruptura”, cuestión que ocurriría si se empleara un diodo normal en determinados circuitos. El diodo Zener posee un amplio uso como regulador de tensión o voltaje, ya que permite mantener en todo momento los valores constantes de tensión en los circuitos electrónicos donde se emplea.
Diodo Schottky o de barrera.- El diodo Schottky en lugar de construirse a partir de dos cristales semiconductores de unión tipo p-n, utiliza un metal como el aluminio (Al) o el platino (Pt) en contacto con un cristal semiconductor de silicio (Si) menos dopado que el empleado en la fabricación de un diodo normal. Esta unión le proporciona características de conmutación muy rápida durante los cambios de estados que ocurren entre la polarización directa y la inversa, lo que posibilita que pueda rectificar señales de muy altas frecuencias, así como suprimir valores altos de sobre Diodo Schottky corriente en circuitos que trabajan con gran intensidad de corriente.
Los diodos Schottky se emplean ampliamente en la protección de las descargas de las celdas solares en instalaciones provistas de baterías de plomo-ácido, así como en mezcladores de frecuencias entre 10 MHz y 1000 GHz instalados en equipos de telecomunicaciones. Nota.- No se debe confundir el diodo Schottky con el Shock-ley, ya que ambos poseen características. Diferentes.
Diodo Túnel o Esaki.- El diodo túnel guarda cierto parecido con el Zener, con la diferencia que los
cristales de silicio que forman la unión p-n se fabrican más dopados. Esta característica le otorga propiedades diferentes debido a que la “zona de deplexión” que normalmente se forma alrededor de la unión o juntura p-n es más reducida, cuestión que lo hace idóneo para su uso en aplicaciones de alta velocidad de conmutación. Se emplean en osciladores de alta frecuencia, en circuitos amplificadores con bajo nivel de ruido que operan a frecuencias por debajo de los mil mega Hertz y como interruptores electrónicos.
Diodo Varicap o Varactor
Diodo Varicap o Varactor.- En general todos los diodos poseen cierta capacitancia en el mismo punto de unión p-n. En el caso de los diodos Varicap estos permiten que su capacitancia varíe a medida que la tensión que se les aplica en polarización inversa se incrementa. Esta característica se explota para utilizarlos en sustitución de los tradicionales condensadores variables del tipo mecánico (formado por chapas metálicas fijas y movibles, o por bobinas o inductancias), para sintonizar las estaciones de radio y los canales de televisión.