Práctica 1 Características de conmutación de los diodos

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Informe práctica N ◦1: Caracterı́sticas de
conmutación de los diodos, y rectificadores
monofásicos con carga resistiva
Angie Barajas Cantor1, Katherine Rodriguez Medina2, Randolf Arciniegas3, Jeisson Abello4
Departamento de Ingenierı́a Eléctrica y Electrónica
Universidad Nacional de Colombia
{avbarajasc1, kyrodriguezm2, rarciniegasb3, jaabellog4}@unal.edu.co
Resumen—Este documento muestra el desarrollo de la práctica
que estuvo dividida en dos secciones: en la sección A se trabajó
con diodos de PG y diodos de potencia FR, con objetivo de
analizar sus caracterı́sticas de conmutación. En la sección B, el
foco estuvo dirigido a rectificadores monofásicos con carga R
para evidenciar rectificación de media onda o de onda completa.
En los resultados se encontró que el diodo FR tiene mejor
comportamiento que el PG en altas frecuencias; también se
observó que el mejor desempeño en cuanto a rectificación lo
tiene el puente de diodos, y el peor desempeño el de media onda.
Index Terms—diodo, conmutación, rectificación, DC, AC
Abstract—This document shows the development of the prac-
tice that was divided into two sections: in section A it was worked
with PG diodes and FR power diodes, in order to analyze their
switching characteristics. In section B, the focus was directed
to single-phase rectifiers with R load to show half-wave or full-
wave rectification. In the results it was found that the FR diode
has better behavior than the PG in high frequencies; it was also
observed that the best performance in terms of rectification is
the diode bridge, and the worst performance is that of half wave.
Index Terms—diode, switching, rectification, DC, AC
I. INTRODUCCIÓN
Actualmente el diodo está presente en una gran cantidad
de sistemas eléctricos como interruptor, para conmutaciones
lógicas, para circuitos de corte etc, sin embargo, la aplicación
mas usual y quizás la más importante es la rectificación, los
diodos son ideales para esta tarea debido a sus caracterı́sticas
de funcionamiento; la red eléctrica que provee energı́a a
hogares e industrias entrega tensiones AC, pero existe una
gran cantidad de dispositivos eléctricos y electrónicos que
funcionan a partir de tensiones DC, por tanto la rectificación
ha sido fundamental para llevar el nivel de vida tecnológico
actual. En esta práctica se estudiaran dos tipos de diodos y
distintas topologı́as de rectificación estudiando sus parámetros
eléctricos más importantes.
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II. MARCO TEÓRICO
Figure 1: Diodos PG, FR y esquemático
A. Diodos PG
Los diodos de Propósito General (PG) están conformados
por un semiconductor cristalino que se encuentra dopado con
impurezas tipo P y tipo N, éstas impurezas se encargan de
dopar el material puro generando una unión PN donde a la
zona positiva se le denomina ánodo y a la negativa cátodo. En
medio de la unión se forma una región de agotamiento que
es donde la zona P tiene átomos cargados negativamente y la
zona N átomos cargados positivamente debido al intercambio
de electrones y huecos que se da en la unión. [1]
1) Materiales y Fabricación: El Silicio es el material más
común usado para su fabricación, aunque también se usan
el Germanio o el Selenio. Para los diodos elaborados con
silicio, primero se derrite el material y se elaboran lingotes
que permiten un dopado homogéneo. Para realizar el dopado
de estos diodos se usan las siguientes técnicas:
• Difusión de impurezas: Se miden las partı́culas del semi-
conductor con herramientas computacionales, se aplica
una cobertura liquida de material dopante (ej. Boro) y
luego se somete a altas temperaturas para realizar la
difusión.
• Implantación de iones: Se dirigen haces de iones acel-
erados, que adquieren altas energı́as cinéticas, hacia el
material semiconductor. Con esta técnica se evita la
formación de las zonas cilı́ndricas y esféricas en la unión
PN y ası́ disminuir efectos indeseados sobre la tensión
de ruptura
2) Caracterı́sticas y Recuperación inversa : Los diodos
PG tienen una tensión umbral 0.7 ≤ VF ≤ 2.5, también
pueden tener especificaciones de tensión que van desde 50V
hasta 5kV, y especificaciones de corriente menores de 1A y
hasta miles de Amperes. Suelen usarse en aplicaciones de baja
velocidad y frecuencias de entrada baja (1kHz) donde no sea
crı́tico el tiempo de recuperación Trr como en rectificación y
convertidores de diodo, ya que este valor tiende a estar entre
los 25µs, el cual se considera grande. [2]
B. Diodos FR
Al igual que los diodos PG, los diodos de Recuperación
Rápida (FR) están compuestos por una unión PN, y también
tienen ánodo y cátodo. Sin embargo, en los diodos FR se han
realizado modificaciones con el fin de disminuir la corriente
de recuperación inversa Irr, y como consecuencia, disminuir
Trr; para lograrlo se insertan unas ”trampas” en la zona N
del dispositivo para que atrapen los huecos que se mueven
hacia allı́ impidiendo que se alejen mucho de la juntura, de
esta forma, cuando el dispositivo se apaga, el tiempo que
les toma a los huecos volver a la zona P se verá disminuido. [3]
1) Materiales y Fabricación: Para fabricar estos diodos
también se usan materiales semiconductores como el silicio
y el germanio, sin embargo, para generar las trampas de los
huecos se utilizan metales como el platino y el oro, y para
insertarlos se usan las siguientes técnicas de fabricación:
• Difusión de impurezas: Para voltajes nominales mayores
que 400V es común utilizar esta técnica para introducir
los metales.
• Epitaxia: Para voltajes nominales menores que 400V es
común utilizar esta técnica, consiste en el crecimiento
controlado de capas del material deseado sobre un semi-
conductor, para que al calentarse y enfriarse se cristalicen
juntos y de esta forma tener más precisión respecto al
nivel de impurezas agregado. Gracias a esto, la epi-
taxia brinda mayores velocidades de conmutación que la
técnica por difusión.
2) Caracterı́sticas y Recuperación Inversa: Los diodos
FR tienen una tensión umbral 1.3 ≤ VF ≤ 3.6 [3], también
pueden tener especificaciones de tensión que van desde 50V
hasta 3kV, y especificaciones de corriente menores de 1A
y hasta cientos de Amperes. Suelen usarse en aplicaciones
donde la velocidad de conmutación es crı́tica como en circuitos
convertidores cd-cd y cd-a. Su Trr tiende a estar en los 5µs,
aunque los diodos epitaxiales pueden alcanzar los 50ns [2].
C. Corrientes Irr
En la figura 2 se tiene una comparación ideal entre las
corrientes de recuperación inversa de los diodos PG y FR,
donde se observa que el tiempo de recuperación del FR es
mucho menor que el del PG.
Figure 2: Irr de diodos PG y FR
D. Multı́metro True RMS
Figure 3: Multı́metro OWON OW16B
1) Caracterı́sticas: Las caracterı́sticas reales de un
multı́metro True RMS en este caso especı́ficamente del OWON
OW16B se muestran en la siguiente tabla.[4]
Figure 4: Caracterı́sticas multı́metro True RMS Owon OW16B
2) Funcionamiento: El funcionamiento en un multı́metro
True RMS es mas complejo a comparación de otro tipo de
multimetros debido a que estos calculan los valores RMS con
formulas mas complejas mediante las cuales se obtiene un
valor mas aproximado al real.
Estos dispositivos suelen ser de gran utilidad al querer
obtener la potencia activa de un circuito, basta con medir la
tensión RMS y la corriente RMS para obtener dicho valor.
Una limitación que se tiene con este tipo de multimetros
que puede afectar los resultados de medición pueden deberse
a la velocidad de las alteraciones en las señales.
E. Multı́metro no True RMS
La diferencia de los multimetros True RMS y RMS es la
forma en la que determinan estos valores de tensión para CA
de modo que los True RMS miden un valor mas cercano al real
que los RMS de este modo, si se quiere obtener una medida
mas aproximada a la real estos serán los dispositivos que
permitan ello. De la misma manera los demás parámetros RMSmedidos con estos dispositivos se calculan con una mayor
aproximación a los valores reales. En cuanto a las demás
mediciones los multimetros tienen un funcionamiento muy
similar, sin embargo la resolución y rangos de medición de
estos dependerán del modelo usado.
F. Sondas atenuadas
Las sondas atenuadas son las que hacen posible la conexión
fı́sica y eléctrica entre una señal y el osciloscopio, esta sonda
suele tener un gancho accionado por un muelle mediante el
cual se conecta al punto de prueba y una conexión a tierra
mediante un cable de punta caimán comúnmente. El atenuador
de este tipo de sondas suele ser de 1 a 10.
La forma de conectar la sonda al circuito es de vital
importancia ya que si se conecta de manera incorrecta eso
puede llevar a afectar el circuito y obtener una medida errónea.
En algunos casos es importante tener en cuenta el modelo del
circuito que describe la sonda, generalmente suele ser de gran
importancia en aplicaciones de alta frecuencia.
Figure 5: Modelo de sonda atenuada
G. Osciloscopio
El osciloscopio OWON VDS1022L es un dispositivo ali-
mentado mediante USB, siendo esta la manera en que funciona
y el método por el cual se obtienen todas las medidas real-
izadas. Inicialmente debe realizarse la instalación de un soft-
ware que se encuentra en el CD de instalación que viene con
el osciloscopio, por medio de este se pueden observar todas las
mediciones realizadas, formas de onda, tensiones DC, RMS,
valores máximos, valores pico y todo lo que comúnmente se
observa en un osciloscopio común. Este dispositivo también
permite realizar calculo matemático de las señal además de
poder obtener la transformada de Fourier de la señal medida.
Para realizar un análisis mas a profundidad de las señales
medidas es posible exportarlas del documento donde serán
almacenadas en un archivo de texto ”.txt” para su posterior
tratamiento.
Figure 6: Osciloscopio OWON VDS1022L
1) Caracterı́sticas: Se describen las caracterı́sticas princi-
pales del osciloscopio OWON VDS1022L
• Ancho de banda 25MHz, limite de muestreo de Max 1
GS/S, frase Longitud de 10 m.
• Pantalla: FFT, de XY o de forma de onda mostrar, 2 vistas
en un pantalla
• Multi de opcion de disparo: Borde, video, inclinacion,
pulso y por turnos.
H. Rectificadores carga R
1) Rectificador de Media Onda: El montaje de un recti-
ficador de media onda tiene como propósito, según la guı́a,
utilizar pantalla: FFT, de XY o de forma de onda mostrar, 2
vistas en un pantalla la tensión de la fase doméstica a través
de un transformador. Esta señal alterna se hará pasar por un
diodo de propósito general y se medirá en una resistencia la
tensión.
Figure 7: Rectificador de media onda
El diodo al estar en esa topologı́a rectificará únicamente un
ciclo de la señal alterna por lo que solo se observará como
salida media señal.
Los valores DC, AC y las eficiencias de esta topologı́a se
calculan con las siguientes fórmulas:
• Vodc
=
1
2π
∫ π
0
Vp sinωt dωt = −
Vp
2π
cosωt|π0
= −Vp
2π
(cosπ − cos 0) = −Vp
2π
(−2)
=
Vp
π
(1)
• Iodc
=
Vodc
Ro
=
Vp
πRo
(2)
• Podc
= VodcIodc =
V 2p
π2Ro
(3)
• Vrms
=
√
1
2π
∫ π
0
V 2p sin
2 ωt dωt =
√
V 2p
2π
∫ π
0
1− cos 2ωt
2
dωt
=
√√√√√V 2p
4π
∫ π
0
(ωt) dωt−
��
�
��
�*0∫ π
0
cos 2ωt dωt
 =√V 2p
4π
ωt|π0
=
√
V 2p
4π
(π − 0)
=
Vp
2
(4)
• Ifrms
=
Vrms
Ro
=
Vp
2Ro
(5)
• Prms
= VrmsIrms =
V 2p
4Ro
(6)
• Sent
= Vfrms ∗ Ifrms =
Vp√
2
∗ Vp
2Ro
=
V 2p
2
√
2Ro
(7)
• ηcarga
=
Podc
Prms
=
V 2p /π
2Ro
V 2p /4Ro
=
4
π2
(8)
• ηent−sal(TUF )
=
Podc
Sent
=
V 2p /π
2Ro
V 2p /2
√
2Ro
=
2
√
2
π2
(9)
2) Rectificador de Onda Completa con tap Central: Es un
arreglo en el que se aprovecha un punto de referencia del
transformador para poder tener control de los ciclos de una
señal alterna. En un Ciclo positivo un diodo permite el paso
de la corriente eléctrica mientras que el otro diodo no permite
el paso de la corriente. En alternancia, cuando se cambia la
polaridad de la señal, el primer diodo no permite el paso de la
corriente dada la polaridad con la que se encuentra mientras
que el segundo diodo permite el paso de la señal a la carga.
En la carga entonces podemos evidenciar ambos ciclos de
Figure 8: Rectificador de Onda Completa con tap Central
una señal alterna, tanto el negativo como el positivo, es una
señal con un nivel de corriente arriba del punto de referencia.
Los valores DC, AC y las eficiencias de esta topologı́a se
calculan con las siguientes fórmulas:
• Vodc
=
2
π
∫ π
2
0
Vp sinωt dωt = −
2Vp
π
cosωt|
π
2
0
= −2Vp
π
(cos
π
2
− cos 0
)
= −2Vp
π
(−1)
=
2Vp
π
(10)
• Iodc
=
Vodc
Ro
=
2Vp
πRo
(11)
• Podc
= VodcIodc =
4V 2p
π2Ro
(12)
• Voac
=
√
2
π
∫ π
2
0
V 2p sin
2 ωt dωt =
√
2V 2p
π
∫ π
2
0
1− cos 2ωt
2
dωt
=
√√√√√√V 2pπ
∫ π2
0
(ωt) dωt−
��
��
��*
0∫ π
2
0
cos 2ωt dωt
 =√V 2p
π
ωt|
π
2
0
=
√
V 2p
π
(
π
2
− 0)
=
Vp√
2
(13)
• Ioac
=
Vrms
Ro
=
Vp√
2Ro
(14)
• Poac
= VoacIoac =
V 2p
2Ro
(15)
• Sent
= Vfrms ∗ Ifrms =
Vp√
2
∗ Vp
2Ro
=
V 2p
2
√
2Ro
(16)
• ηcarga
=
Podc
Poac
=
4V 2p /π
2Ro
V 2p /2Ro
=
8
π2
(17)
• ηent−sal(TUF )
=
Podc
2Sent
=
4V 2p /π
2Ro
2V 2p /2
√
2Ro
=
4
√
2
π2
(18)
3) Rectificador de Media Onda: Es una topologı́a de ar-
reglo de 4 diodos y funcionan en pares, cuando se conduce
el ciclo positivo un diodo obliga a la señal a ir en una única
dirección a través del circuito, cuando cambia la polarización
de la señal otro par de diodos hacen el mismo proceso que los
de polaridad positiva siendo estos, los de la polaridad positiva,
un bloqueo por la polarización cátodo ánodo, en este caso
inversa.Es un ciclo recı́proco entre los pares de diodos.
Figure 9: Rectificador de Onda Completa con Puente de
Diodos
Como resultado se tiene una señal alterna con ambos ciclos
positivos, en el que la señal negativa se ve reflejada por el eje
equis quedando igual al ciclo positivo.
Los valores DC, AC y las eficiencias de esta topologı́a se
calculan con las mismas fórmulas usadas para la topologı́a
con tap central,pero cambiando los siguientes parámetros:
• Sent
= Vfrms ∗ Ifrms =
Vp√
2
∗ Vp√
2Ro
=
V 2p
2Ro
(19)
• ηent−sal(TUF )
=
Podc
Sent
=
4V 2p /π
2Ro
V 2p /2Ro
=
8
π2
(20)
I. Información Provista por los Datasheets de los Diodos
CARACTERÍSTICA 1N4004 1N4148
Tensión Repetitiva Inversa [V] 400 100
Corriente Inversa [µA] 5 50
Tiempo de recuperación trr [µS] 1 0.004
Forward Voltage [mA] 1.1 1
Table I: Caracterı́sticas de los Diodos
III. CÁLCULOS TEÓRICOS
A. Rectificadores monofásicos con carga R
1) Rectificador de media onda: Usando las fórmulas (1)-
(9), se calculan las magnitudes del circuito teniendo en cuenta
que Vp =
√
2Vfrms = 16.97V y Ro = 1k:
Variable Cálculo
Vodc 5.40 V
Iodc 5.40 mA
Podc 29.18 mW
Voac 8.48 Vrms
Ifrms 8.48 mArms
Poac 72 mVA
Sent 101.82 mVA
ηcarga 40.5%
ηent−sal(TUF ) 28.6%
Table II: Cálculos teóricos- Rectificador media onda
2) Rectificador de onda completa con tap central: Usando
las fórmulas (10)-(18), se calculan las magnitudes del circuito
teniendo en cuenta que Vp =
√
2Vfrms = 16.97V y Ro = 1k:
Variable Cálculo
Vodc 10.36 V
Iodc 10.36 mA
Podc 107.31 mW
Voac 11.5 Vrms
Ioac 11.5 mArms
Poac 132.25 mVA
Ifrms 8.48 mArms
Sent 101.76 mVA
ηcarga 81.1%
ηent−sal(TUF ) 52.72%
Table III: Cálculos teóricos- Rectificador onda completa con
tap central
3) Rectificador de onda completa con puente de diodos:
Usando las fórmulas (1)-(??) y (19)-(20), se calculan las mag-
nitudes del circuito, teniendo en cuenta que Vp =
√
2Vfrms−
1.4 = 15.57V y Ro = 1k se obtienen los siguientes valores:
Variable Cálculo
Vodc 9.91 V
Iodc 9.91 mA
Podc 98.23 mW
Voac 11.01 V
Irms 11.01 mA
Poac 121.22 mW
Ifrms 12 mA
Sent 144 mVA
ηcarga 81.05%
ηent−sal(TUF ) 81.05%
Table IV: Cálculos teóricos- Rectificador onda completa con
puente de diodos
IV. SIMULACIONES
A. Caracterı́sticas de Conmutación
Esta sección compara cómo es el comportamiento de los
diodos de propósitogeneral contra los de recuperación inversa.
Se espera que la diferencia sea el tiempo en que cambia en
cambiar del ciclo positivo al ciclo negativo de la señal.
1) Diodo de Propósito General: .
Figure 10: Esquemático en LTSpice- Diodo PG
2) Diodo de recuperación inversa: .
Figure 11: Esquemático en LTSpice- Diodo Fast Recovery
Estas topologı́as solo se diferencian por el tipo de diodo
implementado, con el propósito de estudiar las caracterı́sticas
de conmutación de estos.
Figure 12: Comportamiento de diodos PG y Fast Recovery
En esta gráfica se evidencia como en 60Hz ambos diodos
tienen un comportamiento similar.
Al aumentar la frecuencia a 600kHz, se evidencia consid-
erablemente cómo el diodo de propósito general no logra
rectificar la señal en ciclo negativo, aproximadamente rectifica
solo un 25% del ciclo negativo.El diodo de recuperación
inversa muestra un pequeño pico negativo que rápidamente
es rectificado.
La frecuencia 3MHz es lo suficientemente alta para que
el diodo de propósito general permita pasar la señal
prácticamente en su totalidad, tanto el ciclo positivo como
el ciclo negativo. En el caso del diodo de Fast Recovery es
evidente como el pico del ciclo negativo crece con respecto
a las simulaciones anteriores, pero aún ası́ logra rectificar la
señal prontamente.
Irr Trr
Frec.[kHz] PG 1N4148 PG 1N4148
0.06 0 [A] 0 [A] 0 [S] —
0.6 2.63 [mA] 0 [A] 5.48 [uS] —
6 30.28 [mA] 0 [A] 88.3 [uS] —
60 155.05 [mA] 0 [A] 11.49 [nS] —
600 169.99[mA] 11.29[mA] 641.326[nS] 39.06[nS]
1000 169.9 [mA] 11.31 [mA] 922.26 [nS] 29.44 [nS]
3000 169.99[mA] 57.73[mA] — 22.6[nS]
Table V: Caracterı́sticas diferenciales Irr y Trr.
Vrr
f [KHz] PG 1N4148
0.06 0 [V ] 0 [V ]
0.6 2.63 [V ] 0 [V ]
6 30.28 [V ] 0 [V ]
60 155.05 [V ] 0 [V ]
600 169.99[V ] 11.29[V ]
1000 169.9 [V ] 11.31 [V ]
3000 169.99[V ] 57.73[V ]
Table VI: Caracterı́sticas diferenciales Vrr.
B. Rectificadores monofásicos con carga R
1) Rectificador de media onda: .
Figure 13: Esquemático en LTSpice -R. media onda
Variable Simulación
Vodc 5.39 V
Iodc 5.39 mA
Podc 29.13 mW
Voac 8.34 Vrms
Ifrms 8.34 mArms
Poac 69.64 mVA
Sent 99.55 mVA
ηcarga 41.84%
ηent−sal(TUF ) 29.27%
Table VII: Resultados de simulación- R. media onda
Figure 14: Entrada y Salida de tensión -R. media onda
En la figura 14 se observa que la señal de salida ahora tiene
un valor de cero donde antes existı́an semi ciclos negativos de
la señal de entrada, es decir, solo se mantiene medio ciclo. Por
su parte, los semi ciclos positivos corresponden bastante bien
a la señal de entrada, pero tiene una pequeña cada de tensión
que podrı́a deberse al diodo.
2) Rectificador de onda completa con tap central: .
Figure 15: Rectificador de onda completa con tap central
LTSpice
En la simulación del rectificador de onda con tap central se
escogen las inductancias de las bobinas con el fin de mantener
la relación de 10:1 en el transformador y obtener la tensión
especificada para el circuito, el en caso de la bobina L3 se
determinó que fuera de igual valor a L2 y de esta manera
tener un mejor manejo de la corriente.
Variable Simulación
Vodc 10.41 V
Iodc 10.41 mA
Podc 108.46 mW
Voac 11.62 V
Irms 11.62 mA
Poac 135.21 mW
Ifrms 8.34 mA
Sent 100.1 mVA
ηcarga 80.22%
ηent−sal(TUF ) 54.17%
Table VIII: Resultados de simulación- R. Tap central
Figure 16: Entrada y Salida de tensión -R. Tap central
En la figura 16 se puede observar la entrada y salida del
rectificador de onda con tap central obtenido en simulación
donde de puede apreciar que se obtuvo una salida con un pico
mas pequeño que el de entrada, este resultado se esperaba
debido a la caı́da de tensión de los diodos y la forma de onda
corresponde a la descrita en la teorı́a.
3) Rectificador de onda completa con puente de diodos: .
Figure 17: Esquemático en LTSpice -R. puente de diodos
Variable Simulación
Vodc 10.10 V
Iodc 10.10 mA
Podc 102.04 mW
Voac 11.33 V
Irms 11.33 mA
Poac 128.35 mW
Ifrms 11.34 mA
Sent 135.27 mVA
ηcarga 79.50%
ηent−sal(TUF ) 75.43%
Table IX: Resultados de simulación- R. puente de diodos
Figure 18: Entrada y Salida de tensión -R. puente de diodos
En la figura 18 se observa que la señal de salida tiene
solo semi ciclos positivos, es decir, se rectificó la onda
completamente. A diferencia de la figura 14, en este caso la
señal de salida tiene una caı́da de tensión respecto a la entrada
más grande, esto se debe a que hay mas diodos y sus caı́das
de tensión se suman.
V. RESULTADOS
A. Caracterı́sticas de Conmutación
Figure 19: Comparación diodos PG y FR
Para las frecuencias analizadas se observa que el diodo FR
tiene una recuperación tan rápida que el tiempo que tarda en
hacerlo es imperceptible y por tanto no puede medirse . Por
otra parte, el diodo PG en altas frecuencias presenta picos
de tensión Vrr y por tanto corrientes Irr, se observa que el
tiempo de recuperación disminuye a medida que aumenta la
frecuencia, sin embargo, al seguir aumentando la frecuencia
llegará un punto en que el diodo PG no podrá recuperarse
y se comportará como un corto circuito tanto en semi-ciclos
positivos como en semi-ciclos negativos.
Irr Trr
f [kHz] PG 1N4148 PG 1N4148
50 4.8 [mA] — [A] 4.68 [us] — [s]
426 5.04 [mA] — [A] 0.89 [us] — [s]
Table X: Caracterı́sticas diferenciales Irr y Trr.
Vrr
f [KHz] PG 1N4148
50 4.8 [V ] — [V ]
426 5.04[V ] — [V ]
Table XI: Caracterı́sticas diferenciales Vrr.
B. Rectificadores monofásicos con carga R
1) Rectificador de media onda: .
Variable Medida
Vodc 5.8 V
Iodc 5.8 mA
Podc 33.64 mW
Voac 8.9 Vrms
Ioac 8.9 mArms
Poac 79.21 mVA
Ifrms 8.9 mArms
Sent 106.8 mVA
ηcarga 42.46%
ηent−sal(TUF ) 31.52%
Table XII: Resultados prácticos - R. media onda
Figure 20: Entrada y Salida de tensión -R. media onda
En la figura 20 se observa una entrada sinusoidal con
Vp ≈ 18v, y una salida rectificada con media onda la cual
un valor pico Vp ≈ 17.5, esto indica que el diodo representa
una caı́da de 0.5v. Se presenta un desfase no deseado entre
las señales, y puede deberse a efectos relacionados con los
devanados del transformador ya que no se tienen condiciones
ideales, no obstante, la frecuencia de la salida sigue siendo la
misma que la de la entrada (60Hz).
2) Rectificador de onda completa con tap central: .
Variable Medida
Vodc 10.88 V
Iodc 10.88 mA
Podc 118.37 mW
Voac 12.25 Vrms
Ioac 12.25 mArms
Poac 150.06 mVA
Ifrms 11 mArms
Sent 132 mVA
ηcarga 78.88%
ηent−sal(TUF ) 44.84%
Table XIII: Resultados prácticos - R. tap central
Figure 21: Entrada y Salida de tensión -R. tap central
La figura 21 muestra una entrada sinusoidal y una salida rec-
tificada completamente. Tal como ocurrió en el caso anterior,
se observa una caı́da de tensión de 0.5v debido al diodo y un
desfase causado por las inductancias del transformador, pero
la frecuencia de salida esta vez es el doble de la frecuencia
de entrada (120Hz).
3) Rectificador de onda completa con tap central: .
Variable Osciloscopio
Vodc 10.116 V
Iodc 10.116 mA
Podc 102.33 mW
Voac 10.39 Vrms
Ioac 10.39 mArms
Poac 107.95mVA
Ifrms 11.89 mArms
Sent 142.68 mVA
ηcarga 94.79 %
ηent−sal(TUF ) 72.72%
Table XIV: Resultados prácticos - R. puente de diodos
Figure 22: Entrada y Salida de tensión -R. puente de diodos
En la figura 22 se observa una entrada sinusoidal con Vp ≈
18v, y la salida con rectificación completa la cual tiene un
valor pico Vp ≈ 17, esto indica que hay una caı́da de 1v, es
mayor que en los dos casos anteriores ya que en cada ciclo de
conducción hay dos diodos activos. En este caso también se
presenta un desfase, aunque menor, y la frecuencia de salida
es el doble de la de entrada (120Hz).
VI. ANÁLISIS
A. Caracterı́sticas de conmutación
El barrido de frecuencia para los datos teóricos se realizo
hasta los 3MHz, mientras que para los datos prácticos se
hizo hasta los 426kHz ya que esta es la frecuencia máxima
obtenida con el generador, por lo tanto, no se puede realizar
una comparación cuantitativa entre teorı́a y práctica. Sin em-
bargo,los resultados experimentales mostrados en la figura 19
confirman que el diodo 1N4148 (FR) se recupera rápidamente
permitiendo una rectificación apropiada incluso en frecuencias
del orden de los miles de Hz,y aunque en la práctica no se pudo
determinar cual es el lı́mite del diodo,la simulación indica que
esta entre 500kHz y 600kHz. Por su parte, el diodo 1N4004
(PG) ya presenta un comportamiento irregular a los 50kHz,
por lo que recomendable su uso en aplicaciones que usen la
red eléctrica a frecuencias bajas como 60Hz.
B. Rectificadores monofásicos con carga R
Para realizar un análisis cuantitativo de los datos, se calculan
los errores experimentales respecto a los datos teóricos y de
simulación usando la ecuación de error relativo:
erel =
∣∣∣∣fm − frfr
∣∣∣∣ ∗ 100
Donde fm representa el valor real (teórico o simulación), y
fr representa el valor medido en la práctica
Error (%)
Variable Teorı́a-Práctica Simulación-Practica
Vodc 6.89 7.07
Iodc 6.89 7.07
Podc 13.26 13.41
Voac 4.72 6.29
Ioac 4.72 6.29
Poac 9.10 12.08
Ifrms 4.72 6.29
Sent 4.66 6.78
ηcarga 4.61 1.46
ηent−sal(TUF ) 9.26 7.14
Table XV: Errores relativos - R. media onda
Error (%)
Variable Teorı́a-Práctica Simulación-Practica
Vodc 4.78 4.32
Iodc 4.78 4.32
Podc 9.34 8.37
Voac 6.12 5.14
Ioac 6.12 5.14
Poac 9.87 9.89
Ifrms 22.9 24.18
Sent 22.9 24.16
ηcarga 1.02 1.69
ηent−sal(TUF ) 17.57 21.43
Table XVI: Errores relativos - R. con tap central
Error (%)
Variable Teorı́a-Práctica Simulación-Practica
Vodc 2.04 0.16
Iodc 2.04 0.16
Podc 4.01 0.28
Voac 5.96 9.05
Ioac 5.96 9.05
Poac 12.29 18.89
Ifrms 0.92 4.62
Sent 0.92 5.19
ηcarga 14.49 16.13
ηent−sal(TUF ) 11.45 3.72
Table XVII: Errores relativos - R. con puente de diodos
Las medidas de las tablas anteriores fueron tomadas con
el osciloscopio ya que el multı́metro, a pesar de ser True
RMS, mostraba resultados erróneos en los valores AC de las
señales que no eran completamente sinusoidales. En ocasiones
fue necesario usar el factor de atenuación x10 de las sondas
para disminuir la carga eléctrica que representa el sistema de
medida en el circuito, lo cual permitió obtener medidas más
cercana a las reales.
En términos generales, los errores relativos de las medidas ex-
perimentales no superan el 25% aproximadamente; los errores
más grandes se obtuvieron para las potencias dc, ac y sent, esto
se debe a que la potencia no se mide directamente sino que
se calcula por medio de una expresión matemática, por tanto
se propaga el error tanto de la tensión como de la corriente,
y lo mismo ocurre con las eficiencias ηcarga y TUF .
Se observa que las medidas tomadas en la práctica suelen ser
mayores a las de teorı́a y la simulación, esto ocurre ya que
para los dos últimos casos se tomó una tensión de entrada
de exactamente 12Vrms, sin embargo, el transformador real
solı́a entregar tensiones ligeramente más grandes que oscilaban
entre 12.2Vrms y 12.9Vrms, lo cual inevitablemente hace
que los valores dc y ac también sean más grandes. Para el
circuito de tap central, se observa que la corriente Ifrms es
la que presenta el porcentaje de error más alto respecto a
las demás medidas y demás circuitos, el motivo de esto es
que dicha medida fue tomada en un tiempo diferente por un
error humano, y debido a las fluctuaciones en la tensión del
transformador ya nombradas, esta corriente es un dato casi
atı́pico.
Por otra parte, las gráficas de las figuras 20, 21 y 22 muestran
un comportamiento similar a las figuras 14, 16 y 18, los
resultados en cuanto a rectificación fueron los esperados a
pesar de los desfases causados por el transformador y la
frecuencia también se mantiene prácticamente sin cambios,
por tanto, se confirma el buen comportamiento del diodo PG
para aplicaciones de baja frecuencia.
VII. CONCLUSIONES
La caracterización de los diodos en frecuencia es importante
para determinar en qué aplicaciones es conveniente utilizarlos,
pero además de analizar su comportamiento en frecuencia,
en la práctica deben tenerse en cuenta sus especificaciones
en cuanto corrientes y tensiones máximas, temperatura, si
son de alta o baja potencia, entre otros aspectos que no se
tienen en cuenta tanto en la teorı́a como en la simulación.
Por otra parte, se recomienda tomar en consideración también
las especificaciones técnicas de los equipos de medida para
realizar simulaciones que permitan hacer una comparación
numérica con los resultados experimentales.
En cuanto a rectificación, se encontró que la práctica se adapta
bien a la teorı́a: los rectificadores con puente de diodos son
los más eficientes, les siguen los rectificadores con tap central,
y por último está el de media onda. El alto rendimiento
generalmente se obtiene a cambio de mayores costos por la
mayor cantidad de dispositivos, que a pequeña escala pueden
ser insignificantes pero a gran escala se hacen evidentes.
Aunque el comportamiento de estos circuitos con carga R es
bueno, están conformados únicamente con elementos pasivos,
pero haciendo uso de elementos activos podrı́an mejorarse aún
más implicando también una mayor inversión monetaria.
REFERENCES
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[2] Rashid, M., n.d. POWER ELECTRONICS HANDBOOK, 3rd Edition.
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[3] SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD. 2021. What
are Fast Recovery Diodes (FRD)? — Semiconductor —
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[4] OWON OW16B datasheet. Available
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[5] Diodos de Potencia. Available at: https://www.uv.es/ marinjl/electro/-
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