Rectificación.
Los equipos electrónicos necesitan, inevitablemente alimentación eléctrica, generalmente continua, para funcionar. Esta alimentación continua se puede obtener sin problemas de pilas y baterías, pero cuando la energía eléctrica es importante, la alimentación del equipo se hace desde la red eléctrica de casa. Sabes que la corriente eléctrica de casa es alterna, por lo que necesitarás un circuito que convierta la corriente alterna en corriente continua. Y eso se logra con una fuente de alimentación. Repasemos un poco:
La corriente continua, de intensidad constante, recorre el circuito siempre en el mismo sentido, tal como muestra la figura (A). La corriente cuya intensidad puede ser variable, pero no cambia de polaridad es la representada en (B), ya que varía la intensidad, pero no cambia de sentido, como se indica en la gráfica positiva. La corriente alterna recorre el circuito tanto en un sentido como en otro. El efecto térmico que produce se compara con el efecto térmico que produce una corriente continua, lo que se llama como corriente eficaz. La forma de la onda de la figura (C), puede cambiar periódicamente, siendo una de estas formas la sinoidal.
Cuando las variaciones se repiten en forma idéntica en tiempos iguales, a este espacio de tiempo se le denomina Periodo. A la cantidad de ciclos por segundo, se le dice frecuencia, cuya unidad es el ciclo por segundo o Hercios y tienen sus respectivos múltiplos:
Kilohercio: 1000 ciclos / segundos ó 1000 Hz.
Megahercio: 1000000 ciclos / segundos ó 1000 KHz.
Por último tenemos la corriente en continua o en alterna, de duración muy breve, que se repiten periódicamente en espacios de tiempo más o menos largos de reposo. Esta corriente se suele conocer como pulsos. Los pulsos pueden tener varias formas de sus picos y valles, dependiendo de la forma de sus picos, se utilizará para distinta función.
La corriente alterna tiene varios valores: el valor medio, el valor eficaz y el valor máximo o de pico.
Como hemos dicho, el valor medio, de una corriente variable, es el valor de la corriente continua que, en un tiempo igual, desplazará un número equivalente de electrones. El valor eficaz de una corriente alterna es el valor de la corriente continua que en un mismo tiempo desarrolla la misma potencia. El valor máximo o de pico corresponde al máximo valor que alcanza la corriente alterna en un intervalo de un periodo. Si es pico a pico se refiere a la diferencia entre el máximo positivo y el máximo negativo.
Circuito rectificador de media onda.
La figura siguiente te muestra un circuito rectificador de media onda. También se muestra la forma de onda que se obtiene a la salida del diodo y que va a atravesar la carga. Cuando el terminal positivo del diodo le llega corriente positiva, este se polariza directamente, y circula la máxima corriente por él y la carga.
Esta corriente corresponde a los momentos 1 y 2 (siendo máxima en el pico y mínima en la antes de llegar a cero.Cuando cambia la polaridad, el diodo se polariza inversamente, por lo que la corriente activa es la corriente de fuga, o inversa (puntos 2 y 3). Esto se repite periódicamente. El resultado es una corriente pulsante cuyo rendimiento queda muy lejos de lo ideal para utilizar como fuente de alimentación principal. Como observas solo se aprovecha el 50 % del ciclo alterno, y teniendo en cuenta que el la corriente eléctrica tiene que vencer una fuerza de potencial (debido a la barrera de potencial), el diodo comienza a conducir cuando la tensión del diodo supera los 0,7 voltios, ó los 0,3 voltios. Se suelen utilizar diodos de cristales de Germanio para rectificar ya que el potencial que hay que vencer es de 0,3 voltios. Aún así, la tensión a consumir reduce el rendimiento del rectificador de media onda, por lo que no se suele usar, salvo para aplicaciones especiales. Para aumentar el rendimiento del rectificador se suele hacer que durante el tiempo que no conduce el diodo, la carga no está sin energía aplicada. Para ello, se suele poner en paralelo con la carga un condensador para que almacene energía en el instante de conducción del circuito, y la entregue a la carga en el instante que el diodo no conduzca.
Ahora cuando el diodo conduce, por la carga circula corriente a la vez que se carga el condensador, y cuando éste se carga, toda la corriente pasa directamente por la carga. En el instante 2, el diodo pasa al corte, por lo que el condensador se descarga a través de la carga, obteniéndose un efecto similar en la carga de circulación de corriente en el semiciclo de corte del diodo. De manera que a través de la carga, casi se puede decir que circula corriente constantemente, aunque posee un porcentaje de ondulación.
El índice de ondulación es la relación entre la diferencia de la máxima amplitud con respecto a la mínima y el valor medio:
El diodo que se utiliza debe de soportar la máxima temperatura, y la corriente máxima que se desarrollará en el circuito.
La tensión máxima es la que es capaz de soportar el diodo; pero no se refiere a la tensión alterna de la red, ni a la continua que entrega la fuente, sino que se refiere a la tensión inversa de pico que aparece entre el cátodo y el ánodo del diodo. Esta tensión inversa se desarrolla en el instante en el cual al ánodo (positivo del diodo (P)), le llega el valor pico negativo de la red; como el diodo no conduce, en su cátodo (negativo del diodo (N)), aparece el potencial positivo del condensador, cuyo valor es próximo al del pico positivo de red.
Por tanto, entre ánodo y cátodo del diodo aparece una d.d.p. que es la suma de las 2 tensiones, la continua positiva del condensador, y el pico negativo de la alterna, que polarizan la juntura del diodo inversamente. Su valor es aproximadamente 3 veces el valor de la tensión eficaz.
En el caso de la corriente alterna de 230 V de red, el diodo tiene que aguantar la tensión inversa de pico de 230 * 3 = 690 V. Otro detalle a tener en cuenta es el no superar el valor máximo de corriente que es capaz de disipar. De lo contrario, el diodo se abriría y dejaría de funcionar. Para atenuar este valor máximo se suele poner en serie con el diodo una resistencia que atenúe el valor de la intensidad, y calculando su valor por simple Ohm. En el circuito de arriba, ves que el diodo no está protegido por resistencia; esto es debido a que el circuito de alimentación se alimenta a través de un transformador, cuya resistencia interna cumple con esta función.
Rectificador de doble onda.
Con el circuito rectificador de onda media, la salida está muy lejos de ser continua exacta. Para conseguir reducir mucho mas ese rizado, se suele utilizar un segundo diodo, para que rectifique el otro ciclo que uno no conduce.
El circuito te muestra un rectificador de doble onda. Este tipo rectifica los 2 tipos de ciclos, positivos y negativos. La representación de al lado te muestra su forma de onda que entrega a la salida, de mayor rendimiento que el rectificador anterior; pero aún así es insuficiente para el uso de la fuente en circuitos complejos o delicados como los amplificadores. Si paralelo a la carga y masa, conectamos un condensador, la corriente pulsante se aplanará un poco mas; y al igual que el caso anterior, a lo mejor, es preciso conectar una resistencia en serie de protección (filtro pasa bajos: repasa lección 10).
El problema de este tipo de fuente de alimentación es que requiere de un transformador que tenga punto medio, por lo tanto entre los puntos de A y masa, B y masa existen la mitad de la alimentación que hay entre A y B.
El funcionamiento es sencillo: Cuando llega el semiciclo positivo al punto A, conduce D1, ya que B es mas negativo debido a la masa. Cuando se invierte el giro alterno, el punto B pasa a ser más positivo, con lo que el diodo D2 comienza a conducir, a la vez que el diodo D1 permanece al corto.
Rectificador en puente monofase.
Se trata de un rectificador de onda completa, pero que no necesita de punto medio en el transformador.
Cuando en el punto (A) llega el semiciclo positivo, en (B), llega el negativo. En este momento, el ciclo positivo es rectificado por el diodo D2, mientras que el ciclo negativo lo hace D4. Cuando se invierte la polaridad, (en (A), el ciclo negativo y en (B) el ciclo positivo) conducen los diodos D1 y D3. Por lo tanto se consigue un mejor aprovechamiento de la onda de red y mejor rectificación. La salida es una corriente continua con un rizado, pero apta para equipos de alimentación de pequeña potencia. Para equipos de mayor potencia se suelen usar fuentes estabilizadas y que utilizan filtros para reducir el rizado.
Como puedes ver, realmente el rizado es alto pero se rectifican todos los ciclos.
Doblador de tensión de media onda.
Los rectificadores dobladores de tensión son circuitos electrónicos que doblan el valor de la tensión del mismo y la rectifican al mismo tiempo. Este circuito tiene punto a masa ya que es media onda, aunque existen otros circuitos que no tienen punto medio y rectifican y doblan la tensión completamente.
Los condensadores no están en serie. Uno de ellos, el de mayor capacidad C1, queda en serie con la entrada y el otro, de menor capacidad C2, queda en paralelo con la salida.
Cuando llega el semiciclo positivo (figura B), su valor se suma al que posee el condensador C1, por lo tanto D1 queda sometido a doble tensión, cargándose C4 en función de esa tensión, la cual es doble. En base a este funcionamiento, se pueden realizar circuitos triplicadores y cuadruplicadotes de tensión.
Doblador de tensión de onda completa.
Este tipo de rectificador se utiliza cuando se necesita una tensión mayor que la que suministra el transformador o la que tiene la red. En el siguiente esquema se muestra un rectificador doblador de onda completa.
Durante el semiciclo positivo (terminal de arriba) conduce D1, cargándose el condensador C1. Cuando cambia el semiciclo, haciéndose negativo el mencionado, conduce D2 y se carga el condensador C2. Como C1 y C2 están en serie, la tensión de salida es la doble de la de entrada.
Los condensadores deben ser de valores altos e igual, y las resistencias son los que provocan la carga de los condensadores. El inconveniente de este circuito es que no puede tener una masa común para la entrada y la salida, por lo que hay que conectar a masa solo la entrada o la salida. Para conectar a masa la entrada y la salida se recurre al rectificador doblador de media tensión.
amplificadores
El rango de frecuencia con que trabaja un amplificador en las comunicaciones es muy amplio. Desde los 20 hercios hasta los 25MHz, son las denominadas frecuencias de audio. A partir de esta, se dividen en bandas; así desde los 25MHz hasta los 100MHz corresponden a la banda de ultrasonidos, y de ahí para arriba la famosa banda de radiofrecuencia.
La función principal del amplificador es aumentar una señal de pequeña amplitud a su entrada y sacarla más grande. Y por eso existen varios tipos de amplificadores y varias funciones. Existen amplificadores de audio; de video; de radiofrecuencia; de luz; y hasta de magnitudes eléctricas como puede ser tensión o corriente.
Clasificación de los amplificadores:
Los amplificadores se suelen clasificar de muchas maneras. Por ejemplo, del siguiente modo:
1. En base al empleo de los mismos.
2. En base al circuito.
3. En base al modo de operación del transistor.
4. En base al tipo de señal que amplifica.
En base a su empleo:
En este caso nos referimos al tipo de señal que debe entregar. Si la señal que se precisa es de tensión, de corriente o de potencia, el amplificador tiene que ser:
● Amplificador de tensión.
● Amplificador de corriente.
● Amplificador de potencia.
En base al circuito:
En este grupo se contempla que tipos de circuitos se van a utilizar, así como los acoplamientos entre las etapas. Se divide de la siguiente manera:
● Agrupamiento en cascada o serie.
● Agrupamiento en paralelo.
● Agrupamiento Push-Pull o simétrico.
● Agrupamiento en simetría complementaria.
● Agrupamiento en simetría cuasi complementaria.
Desde el punto de vista de los acoplamientos:
● Acoplamiento resistencia - capacidad.
● Acoplamiento inductancia - capacidad.
● Acoplamiento a transformador.
● Acoplamiento directo.
En base al modo de operación del transistor:
De acuerdo a como se polarice el transistor, se va a conducir durante todo la totalidad de la señal de entrada o solo durante una parte de ella.
● Amplificador clase A.
● Amplificador clase B.
● Amplificador clase C.
● Amplificador clase D.
En base al tipo de señal que se amplifica:
La señal que se aplica al amplificador puede ser de frecuencias audibles o no. Por lo tanto hay que diseñarlo de forma adecuada, de acuerdo a la señal y su frecuencia de trabajo. Para ello existen:
● Amplificadores de audio.
● Amplificadores de Radiofrecuencia.
● Amplificadores de Radiofrecuencia sintonizada.
● Amplificadores de video.
La clasificación presentada permite comprender las distintas formas de trabajar de un amplificador.