CIRCUITO BÁSICO CONCEPTO DE RECTA DE CARGA

CIRCUITO BÁSICO
CONCEPTO DE RECTA DE CARGA
+
+
VD _
+
ID
RL
Vi
Vo
_
_
ID
Recta de carga: VD = Vi - ID · RL
Vi/RL
Su intersección con la característica
del diodo da el punto de trabajo de éste.
Q
IQ
VQ
Si Vi = Vm senα ; α = ω ⋅ t ;
Vi
VD
ω = 2πf
y utilizando el modelo aproximado del diodo
A
I
Vγ
1/Rf
1/Rr
Vγ
V
A
Rf
Vγ
Rr
K
K
V ≥ Vγ
V < Vγ
1
Para Vi ≥ Vγ :
Para Vi < Vγ :
Vγ
Vγ
Rr
Rf
I
I
RL
Vi
RL
Vi
Rr >> => I ≈ 0 (orden µA o nA)
I=
Vm ⋅ sen α − Vγ
RL + R f
Vi
α =φ → I = 0⇒
Vm ⋅ sen φ − Vγ = 0
⎛ Vγ ⎞
⎟⎟
⎝ Vm ⎠
φ = arcsen ⎜⎜
Vγ
I
φ
π/2
π
2π
α
π-φ
-> ángulo de inicio de conducción
CIRCUITOS RECORTADORES
4 Circuito recortador que transmite la parte de la señal de entrada
que es más negativa que VR + Vγ
Vo
p=
p=
Rf
Vo
Rf + R
Rr
≈1
Rr + R
Vi
VR+Vγ
VR+Vγ
t
Vi
+
+
R
D
Vi
_
VR
Vo
_
t
2
4 Circuito recortador que transmite la parte de la señal de entrada
que es más positiva que VR - Vγ
p=
Rf
Rf + R
Rr
≈1
Rr + R
p=
Vo
Vi
VR-Vγ
Vo
VR-Vγ
t
Vi
+
+
R
D
Vi
Vo
VR
_
_
t
4 Circuitos recortadores
+
+
R
D
Vi
_
Vo
VR
_
+
D
Vi
+
R
Vo
VR
_
_
Vo
DIODOS
IDEALES
VR
t
3
4 Circuitos recortadores
+
+
R
D
Vi
Vo
VR
_
+
D
+
R
Vo
Vi
_
VR
_
_
Vo
DIODOS
IDEALES
VR
t
4 Circuito recortador a 2 niveles (circuito rebanador)
DIODOS IDEALES
Vo
p=1
Vo
VR2
VR1
VR1
D1 ON
D2 OFF
Vi
VR2
t
D1 OFF
D2 ON
D1 OFF
D2 OFF
Vi
+
Vi
_
R
D1
VR1
+
D2
Vo
VR2 > VR1
_
t
4
4 Circuito recortador simétrico
DIODOS IDEALES
Vo
Vo
VR
-VR
Vi
VR
t
-VR
Vi
+
Vi
_
+
R
D1
D2
VR
VR
Vo
_
t
4 Circuito recortador a 2 niveles con zeners
DIODOS NO IDEALES (Rf = Rz = 0; Rr = ∞; Vγ )
Vo
Vo
VZ1 + Vγ2
- (VZ2 + Vγ1)
Vi
VZ1 + Vγ2
t
- (VZ2 + Vγ1)
Vi
+
Vi
_
R
+
Z1
Vo
Z2
_
t
5
CIRCUITOS FIJADORES O
LIMITADORES (CLAMPERS)
Cambian el nivel de continua de la señal de entrada
C
+
_
Vm - VR
+
Vi
_
+
D
R
Vo
VR
_
Suponiendo el diodo D ideal, y cumpliéndose que R⋅C >> T y Vm > VR
Vm
Vi = Vm ⋅ sen ωt → Vidc = 0
Vi
VR
Vo es senoidal con valor medio no nulo
t
VR - Vm
Vo
Vodc = VR − Vm
Vo = Vi − Vc = Vi − (Vm − VR ) =
Vm (sen ωt − 1) + VR
VR - 2Vm
CIRCUITOS RECTIFICADORES
Circuito que convierte una onda senoidal de entrada (bipolar) en una
señal unipolar con componente media no nula
4RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA
Vi
+
+
Entrada
c.a.
Vi
VD _
I
Vm
0
RL
π
2π α = ωt
π
2π α = ωt
_
I
Im
Idc
0
6
Regulación: Representa la variación de la tensión continua de salida
en función de la corriente continua en la carga
% Re g =
I dc =
Im
=
Vdc =
Vm
− I dc R f
π
π
Vdcvacío − Vdcc arg a
Vdcc arg a
⋅ 100
Vm
V
1
⇒ m = I dc R f + I dc RL = I dc R f + Vdc ⇒
R f + RL π
π
Si RL = ∞ ó RL >> Rf entonces Vdc vacío = Vdc carga => %Reg. = 0
Si RL = 0 entonces Vdc carga = 0 => %Reg. = ∞
* Teorema de Thevenin:
Dos terminales cualesquiera de una red lineal pueden reemplazarse por
un generador de fuerza electromotriz igual a la tensión en circuito abierto
entre los terminales, en serie con la impedancia de salida vista desde
estos puntos.
Vdc =
Vm
π
− I dc R f
El equivalente Thevenin del rectificador de media onda
(comportamiento en continua) es:
Rf
+
Vm
π
Idc
Vdc
RL
_
7
4RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA (2 DIODOS)
Vi
Vm
0
I1
+
Vi
_
Entrada
c.a.
D1
π
2π α = ωt
π
2π α = ωt
π
2π α = ωt
π
2π α = ωt
I1
Im
RL
I
0
+
Vi
_
I2
Im
I2
D2
0
I
Im
Idc
0
I dc =
2Im
=
Vdc =
2Vm
− I dc R f
π
π
2Vm 1
2V
⇒ m = I dc R f + I dc RL = I dc R f + Vdc ⇒
R f + RL π
π
El equivalente Thevenin del rectificador de onda completa
(comportamiento en continua) es:
Rf
+
2Vm
π
Idc
Vdc
RL
_
8
4RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA EN PUENTE (4 DIODOS)
Vi
Vm
0
I1
D1
D2
+
2π α = ωt
π
2π α = ωt
I1
I
Vi _
π
Im
RL
0
C.A.
D3
D4
4RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA EN PUENTE (4 DIODOS)
Vi
Vm
0
I2
D1
D2
+
Vi _
2π α = ωt
π
2π α = ωt
π
2π α = ωt
π
2π α = ωt
I1
I
Im
RL
0
I2
C.A.
D4
π
D3
Im
0
I
Im
Idc
0
9
Rectificador en puente:
* Inconvenientes
- 4 diodos
* Ventajas
- Transformador sin toma intermedia
- Tensión inversa de pico VP (valor importante para elegir diodos).
Suponiendo RL >> Rf :
VP = Vm
En rectificador onda completa con 2 diodos -> VP = 2Vm
CIRCUITOS DOBLADORES DE TENSIÓN
D2
C1
_
+
Vi
_
+
+
Vm
D1
C2
Vo ≈ 2Vm
_
* En el semiperiodo negativo de Vi, D1 conduce => VC1max≈ Vm
* En el semiperiodo positivo de Vi:
- D1 en corte
- C1 prácticamente no se descarga => se puede suponer VC1 cte.
- D2 conduce => VC2 = Vi + VC1 => VC2max = Vm + Vm = 2Vm
10
+
D1
C1
Vi _
+
Vm
_
Vo = 2Vm
RL
C2
C.A.
D2
+
_ V
m
* En el semiperiodo positivo de Vi, D1 conduce => VC1max≈ Vm
* En el semiperiodo negativo de Vi:
- D1 en corte
- C1 prácticamente no se descarga => se puede suponer VC1 cte.
- D2 conduce => VC2max ≈ Vm =>Vo = VC2 + VC1 = 2Vm
FILTRADO CON CONDENSADORES
A partir de una señal rectificada es posible obtener una tensión continua
D (ideal)
Vi = Vm*sen α
Suponiendo RL = ∞
Vo
C
RL
Con RL < ∞
Vo
Sin C
Con C
Vm
Vm
π
2π
3π
Vo
Onda rectificada
Señal de salida con filtro
π
2π
3π
11
4APROXIMACIONES AL RIZADO (Rectificador onda completa)
Rizado alto
Exp. Senoidal
Rizado medio
Exp.
Sen.
Rizado bajo
Lineal
12
4EJEMPLO DE CÁLCULO
* Suponemos un rectificador de onda completa
* Se verifica RL⋅C >> T/2 => Se supone un rizado bajo y se puede
tomar la aproximación lineal
Vo
Vm
Vdc
Vr
t
tdescarga → próximo a T/2
* Rizado bajo => aproximación lineal
Vm
Vdc
Vr
T/2
Vdc = Vm −
Vr
2
Carga perdida ≡
Q = I dc
T
2
Q I dc ⋅ T
I dc
=
=
⇒
2⋅C
2⋅ f ⋅C
C
V
I dc
Vdc = Vm − r = Vm −
2
4⋅ f ⋅C
Vr =
13
El rizado se puede definir como:
Vrms: Valor eficaz de la componente alterna
(root mean square)
V
r = rms
Vdc
Vdc: Componente continua
Voac
Vr/2
0
-Vr/2
Vrms =
1
π
⋅∫
π
0
α
π
2
⎛ Vr Vr ⎞
⎜ − ⋅ α ⎟ dα =
⎝2 π
⎠
π
1 ⎛α α3 α2 ⎞
Vr
⎟⎟ =
Vr ⋅
⋅ ⎜⎜ + 2 −
π ⎝ 4 3π
2π ⎠0 2 ⋅ 3
Ahora se sustituye el valor de Vrms en la fórmula del rizado:
r=
Vrms
Vr
I dc
1
=
=
=
Vdc 2 ⋅ 3 ⋅ Vdc 4 ⋅ 3 ⋅ f ⋅ C ⋅ Vdc 4 ⋅ 3 ⋅ f ⋅ C ⋅ RL
De la fórmula se deduce que r es inversamente proporcional a f, C, y RL
4RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA
r=
1
2 ⋅ 3 ⋅ f ⋅ C ⋅ RL
14
DETECTOR DE PICOS O
DEMULADOR DE AM
El circuito rectificador de media onda con un filtro condensador se puede
utilizar para detectar los valores de pico de las ondas de entrada
D (ideal)
Vi = Vm*sen α
C
RL
Vo
Se tiene que cumplir que el periodo de la portadora tiene que ser mucho
menor que la constante de descarga del condensador, y esta mucho
menor que el periodo de la señal moduladora:
Tportadora << RC << Tmoduladora
FUENTE DE ALIMENTACIÓN
ESTABILIZADA
15