Puente de diodos
Un puente de diodos es un circuito rectificador de puente de cuatro diodos que se utiliza en el proceso de convertir corriente alterna (CA) de los terminales de entrada en corriente continua (CC, es decir, polaridad fija) en el terminales de salida Su función es convertir los pulsos de CA negativos en pulsos positivos, después de lo cual se puede usar un filtro de paso bajo para suavizar el resultado en CC.
Cuando se utiliza en su aplicación más común, para convertir una entrada de corriente alterna (CA) en una salida de corriente continua (CC), se conoce como puente rectificador. Un puente rectificador proporciona una rectificación de onda completa desde una entrada de CA de dos cables, lo que resulta en un menor costo y peso en comparación con un rectificador con una entrada de tres cables desde un transformador con un devanado secundario con derivación central.
La característica esencial de un puente de diodos es que la polaridad de la salida es la misma independientemente de la polaridad de la entrada. El circuito de puente de diodos fue inventado por el electrotécnico polaco Karol Pollak y patentado en diciembre de 1895 en Gran Bretaña y en enero de 1896 en Alemania. En 1897, el físico alemán Leo Graetz inventó y publicó de forma independiente un circuito similar. Hoy en día, el circuito a veces se denomina circuito Graetz o puente Graetz.
Antes de la disponibilidad de los circuitos integrados, se construía un puente rectificador a partir de "componentes discretos", es decir, diodos separados. Desde aproximadamente 1950, un solo componente de cuatro terminales que contiene los cuatro diodos conectados en una configuración de puente se convirtió en un componente comercial estándar y ahora está disponible con varias clasificaciones de voltaje y corriente.
Los diodos también se utilizan en topologías de puente junto con capacitores como multiplicadores de voltaje.
Flujo de corriente
Según el modelo convencional de flujo de corriente (originalmente establecido por Benjamin Franklin y aún seguido por la mayoría de los ingenieros en la actualidad), la corriente fluye a través de los conductores eléctricos desde el positivo al negativo polo (definido como "flujo positivo"). En realidad, los electrones libres en un conductor casi siempre fluyen desde el polo negativo al positivo. Sin embargo, en la gran mayoría de las aplicaciones, la dirección real del flujo de corriente es irrelevante. Por lo tanto, en la discusión a continuación se retiene el modelo convencional.
La característica fundamental de un diodo es que la corriente puede fluir a través de él en una sola dirección, que se define como la dirección directa. Un puente de diodos utiliza diodos como componentes en serie para permitir que la corriente pase en dirección directa durante la parte positiva del ciclo de CA y como componentes de derivación para redirigir la corriente que fluye en dirección inversa durante la parte negativa del ciclo de CA hacia los rieles opuestos.
Rectificador
En los diagramas a continuación, cuando la entrada conectada a la esquina izquierda del diamante es positiva, y la entrada conectada a la esquina derecha es negativa, la corriente fluye desde el terminal de suministro superior a la derecha a lo largo del camino rojo (positivo) a la salida y regresa al terminal de suministro inferior a través del azul (negativo).) camino.
Cuando la entrada conectada a la esquina izquierda es negativa y la entrada conectada a la esquina derecha es positiva, la corriente fluye desde la inferior terminal de suministro a la derecha a lo largo del camino rojo (positivo) a la salida y regresa al terminal de suministro superior a través del camino azul (negativo).
En cada caso, la salida superior derecha sigue siendo positiva y la salida inferior derecha negativa. Dado que esto es cierto ya sea que la entrada sea CA o CC, este circuito no solo produce una salida de CC a partir de una entrada de CA, sino que también puede proporcionar lo que a veces se denomina "protección contra polaridad inversa". Es decir, permite el funcionamiento normal de los equipos alimentados con CC cuando las baterías se han instalado al revés, o cuando los conductores (cables) de una fuente de alimentación de CC se han invertido, y protege el equipo de posibles daños causados por la polaridad inversa.
Las alternativas a los rectificadores de onda completa con puente de diodos son el transformador de derivación central y el rectificador de doble diodo, y el rectificador duplicador de voltaje que usa dos diodos y dos capacitores en una topología de puente.
Circuitos de alisado
Con la entrada de CA, la salida de un puente de diodos (llamado rectificador de onda completa para este fin; también existe la rectificación de media onda, que no utiliza un puente de diodos) es un voltaje no sinusoidal pulsante polarizado del mismo amplitud pero el doble de la frecuencia de la entrada. Puede considerarse como un voltaje de CC al que se superpone un voltaje de ondulación muy grande. Este tipo de energía eléctrica no es muy útil porque la ondulación se disipa como calor residual en los componentes del circuito de CC y puede causar ruido o distorsión durante el funcionamiento del circuito. Por lo tanto, casi todos los rectificadores van seguidos de una serie de filtros de paso de banda o de supresión de banda y/o un regulador de voltaje para convertir la mayor parte o la totalidad del voltaje de ondulación en una salida de CC más suave y posiblemente más alta. Un filtro puede ser tan simple como un solo capacitor o estrangulador suficientemente grande, pero la mayoría de los filtros de fuente de alimentación tienen múltiples componentes en serie y en derivación alternantes. Cuando aumenta el voltaje de ondulación, la energía reactiva se almacena en los componentes del filtro, lo que reduce el voltaje; cuando cae el voltaje de ondulación, la potencia reactiva se descarga de los componentes del filtro, elevando el voltaje. La etapa final de la rectificación puede consistir en un regulador de voltaje basado en un diodo zener, que elimina casi por completo cualquier ondulación residual.
Circuitos amortiguadores
Los transformadores de fuente de alimentación tienen inductancia de fuga y capacitancia parásita. Cuando los diodos en un puente rectificador se apagan, estos "no ideales" elementos forman un circuito resonante, que puede oscilar a alta frecuencia. Esta oscilación de alta frecuencia puede acoplarse al resto del circuito. Los circuitos amortiguadores se utilizan en un intento de mitigar este problema. Un circuito amortiguador consta de un capacitor muy pequeño o un capacitor y una resistencia en serie a través de un diodo.
Puentes de diodos polifásicos
El puente de diodos se puede generalizar para rectificar entradas de CA polifásicas. Por ejemplo, para una entrada de CA trifásica, un rectificador de media onda consta de tres diodos, pero un puente rectificador de onda completa consta de seis diodos.
Un rectificador de media onda se puede considerar una conexión en estrella (conexión en estrella) porque devuelve la corriente a través del cable central (neutro). Un rectificador de onda completa se parece más a una conexión delta, aunque se puede conectar a la fuente trifásica en estrella o en triángulo y no utiliza el cable central (neutro).
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Derivado de material
Ecuación de Lane-Emden