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Conversión de corriente alterna a corriente continua

Hay muchos dispositivos electrónicos en la industria y en el hogar que funcionan con tensiones y corrientes continuas, pero se deben conectar a la red de alterna que hay disponible. Por tanto, se necesita cambiar la tensión alterna a tensión continua y, en la mayoría de los casos, reducir bastante el valor de la tensión.

Los transformadores pueden cambiar fácilmente el nivel de tensión alterna, por supuesto, pero para convertir la tensión alterna en tensión continua se necesita algún dispositivo que conduzca en un solo sentido y que elimine la mitad de la tensión alterna, suavizando después los altibajos que quedan en torno a un valor constante.

El proceso completo se denomina rectificación

Rectificación de media onda

El diodo es un elemento semiconductor que conduce la corriente eléctrica mucho más fácilmente en un sentido que en el otro. La mayoría de los diodos son bastante pequeños, de 1 cm de largo aproximadamente y de 2 ó 3 mm de ancho, totalmente aislados herméticamente en cápsulas de las que salen dos contactos metálicos para poderlos conectar en los circuitos.

La curva típica de conducción tensión-corriente de un diodo muestra que éste tiene una resistencia baja en el sentido directo, pero posee una resistencia mucho más alta en el sentido inverso (ver figura). Obsérvese que hay diferentes escalas en el gráfico, que indican una resistencia directa de unos 10 Ω y una resistencia inversa de unos 100 Ω.

Figura 1.-Tipos de diodos y simbolos.

Figura 2.--Curva característica de conducción de un diodo.

Con un circuito sencillo donde se incluye un diodo se puede comprobar que éste conduce fácilmente en un sentido, pero que casi no conduce en el otro (Fig. 3).

El circuito rectificador más simple está formado por un transformador reductor, una resistencia y un diodo (Fig. 4) conectado a una carga de resistencia R, que puede ser un motor de corriente continua, por ejemplo.

Figura 3.-El diodo conduce sólo en un sentido.

En la figura 5 aparecen las tensiones de entrada y de salida tal y como se verían en la pantalla de un osciloscopio. Sólo hay una diferencia de potencial en la resistencia cuando conduce el diodo en sentido directo, suprimiéndose casi completamente la mitad negativa de la tensión alterna original. Es cierto que la tensión de salida se encuentra por encima de la línea del cero, pero desde luego no es constante; se puede decir que es una mezcla de tensión alterna y continua, o que es una tensión continua fluctuante.

Este tipo de rectificador básico se podría utilizar como cargador de baterías o para un tren o un coche de juguete, donde lo único que se necesita es que la tensión sea unidireccional. Este sistema elimina la mitad de la entrada de alterna, bloqueándola. Por eso este sistema se denomina rectificador de media onda.

Figura 4.-Circuito rectificador básico.

Figura 5 -Rectificación de media onda.

Rectificación de media onda con condensador

Si se coloca un «condensador» en paralelo con la resistencia (Figura 6) se puede obtener una tensión de salida más suave, incluso con un rectificador básico de media onda.

Cuando el diodo conduce, el condensador empieza a cargarse y después de unos ciclos alcanza una tensión cercana al valor de pico de la tensión alterna. Durante los tramos negativos, cuando el diodo no conduce, el condensador se va descargando haciendo circular una corriente a través de la resistencia y disminuyendo la tensión hasta el siguiente período positivo que empieza a cargarse de nuevo. El condensador actúa como un depósito, que se va rellenando periódicamente, pero que también se va vaciando, fluctuando el nivel en este depósito, pero muy suavemente. La diferencia de potencial en el condensador y en la resistencia es mucho más constante que en el caso de media onda únicamente. Lo que ocurre es que se vacía más lentamente de lo que se rellena.

Figura 6 -Rectificador de media onda con condensador.

Rectificación de doble onda

Para aprovechar totalmente la tensión de entrada alterna sería mejor, obviamente, si se pudiera utilizar la parte del ciclo negativo de igual forma que se utiliza la del ciclo positivo. En particular, sería deseable que la parte negativa se volviera positiva en vez de ser bloqueada, llenando los huecos que se producen con el circuito de media onda.

Hay dos formas de hacer esto (Fig. 7), una utilizando dos diodos y un transformador con toma media y la otra utilizando cuatro diodos. Las dos formas tienen como consecuencia que la corriente pase siempre en un solo sentido para la resistencia. En el último caso, que es el que más se utiliza, la corriente pasa alternativamente por PABQ y por QABP.

Figura 7.-Circuitos rectificadores de doble onda.

El circuito de los cuatro diodos se puede comprar como una única unidad, donde vienen marcados los contactos de entrada de tensión alterna y los de salida de continua (pone + y -).

Rectificación de doble onda con condensador

Si se añade un condensador al circuito rectificador de doble onda, tiene el mismo efecto que en el otro circuito de media onda, pero como ahora el efecto de rellenado ocurre dos veces en cada ciclo de la tensión alterna, la tensión rectificada (y la corriente) es más constante que en el caso de la media onda (Fig. 8).

Figura 8 .-Rectificador de doble onda con condensador.

Eliminación del rizado ( o ripple)

Incluso utilizando un condensador en la rectificación de doble onda la salida no es muy constante, hay un «rizado» en el nivel de continua (de tensión y de intensidad).

En muchas aplicaciones esto no es importante; pero, por ejemplo, en los circuitos de audio estos pequeños cambios en la tensión de alimentación rectificada pueden ser amplificados y producir un zumbido molesto de 50 Hz o de 100 Hz (media onda o doble onda).

En la figura 9 se muestra una solución para eliminar casi completamente el rizado, utilizando dos condensadores y una bobina o choke. La bobina se opone al cambio de la corriente  y ayuda a mantener el nivel de salida constante.

En aplicaciones de alta calidad se pueden utilizar filtros más elaborados que eliminan el rizado remanente hasta el punto de no ser detectados.

Obsérvese que este último circuito se ha dibujado con los componentes separados y conectados individualmente a las líneas de (+) y de (-). En la práctica, por supuesto, se pueden utilizar puntos de conexión comunes, siempre que sea posible o placas de circuito impreso donde ya hay algunas conexiones hechas y se pueden montar en ellas directamente los componentes.

En la figura 9 se muestran unos valores típicos de los componentes, dependiendo la elección de los valores exactos de la aplicación y de la corriente que se necesite obtener del rectificador. La tensión viene determinada al elegir el transformador.

Figura 9.-Rectificador de doble onda con filtro.

El osciloscopio es un buen ejemplo de aplicación de los rectificadores. El cañón de electrones funciona con unos pocos voltios de alterna necesarios para calentar el filamento, pero el cátodo, la rejilla y los ánodos requieren voltajes que varían entre - 30 V y 2.000 V. Para que funcione bien el instrumento se necesita un único transformador con varios bobinados separados, tanto elevadores como reductores, y circuitos rectificadores apropiados.

 

 

 

 


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