Caso práctico: Rectificación de media onda con 1N4007

Topología (resumen)

• Fuente senoidal de baja tensión → Diodo 1N4007 en serie → Resistencia de carga a GND.
• Salida: tensión rectificada de media onda sobre la carga.

Objetivo

• Entender cómo un diodo permite el paso de una sola polaridad de la señal.
• Medir forma de onda, caída de diodo y valor medio de la salida.
• Verificar la relación Vout_pico ≈ Vin_pico − V_D y V_DC ≈ Vp/π en media onda.

Materiales

• 1 × D1: Diodo 1N4007
• 1 × RL: Resistencia 1 kΩ, 1/4 W (carga)
• 1 × Generador de funciones (seno, 50 Hz o 60 Hz; o 1 kHz si se prefiere)
• 1 × Osciloscopio de 2 canales (opcional pero recomendado)
• 1 × Multímetro digital (funciones: VDC, VAC, prueba de diodos)
• Cables de conexión y protoboard

Guía de conexionado

• Abreviaturas de medida usadas en el esquema:
• CH1: punta activa del canal 1 del osciloscopio (masa del CH1 a GND).
• CH2: punta activa del canal 2 del osciloscopio (masa del CH2 a GND).
• VM+: punta positiva del voltímetro (punta negativa del voltímetro a GND).
• REF: punto de referencia común de masa para todos los instrumentos (conectar aquí las pinzas de tierra).
• Ajusta el generador: seno, 10 Vpp, 50 Hz (0 V offset). Puedes usar 1 kHz si tu generador no baja a 50/60 Hz.
• Conecta la salida del generador (Vin) al ánodo de D1 (extremo del diodo que irá hacia la fuente). La tierra del generador a GND.
• Conecta el cátodo de D1 (extremo marcado con banda en el cuerpo) al nodo superior de RL.
• Conecta el extremo inferior de RL a GND (misma referencia que la tierra del generador).
• Conecta mediciones:
• CH1 al nodo Vin (●CH1 en el esquema). Pinza de masa del CH1 a ●REF (GND).
• CH2 al nodo de salida (parte superior de RL; ●CH2 en el esquema). Pinza de masa del CH2 a ●REF.
• Voltímetro VDC: VM+ al nodo de salida (●VM+) y la punta negativa a ●REF.
• Para la prueba de diodo con el multímetro (modo “diodo”), apaga el generador y mide directamente entre ánodo y cátodo de D1.

Esquemático

      Generador de señales (seno, 10 Vpp, 50 Hz, 0 V offset)
      +V
      Vin ──────────●CH1───────────────┐
                                      │
                                      │
                                     ┌┴┐
                                     │ │
                                     │ │
                                     └┬┘   D1: 1N4007
                                      │
                                      ├──────────●CH2 ●VM+
                                      │
                                     ┌┴┐
                                     │ │
                                     │ │
      Tierra del generador ──────────┴┬┘   RL: 1 kΩ (carga)
                                       │
                                      ●REF
                                       │
                                      GND

Mediciones y pruebas

• Prueba del diodo (equipo apagado):

  • Pon el multímetro en modo “diodo”. Coloca la punta roja en el ánodo y la negra en el cátodo.
  • Espera leer Vf ≈ 0,55–0,75 V (típico silicio). Invirtiendo puntas debe indicar circuito abierto.

• Señal de entrada (CH1):

  • Observa la senoide en CH1: verifica 10 Vpp y frecuencia (50/60 Hz o la elegida).
  • Anota Vin_pico = Vpp/2 (debería ser ≈ 5 V para 10 Vpp).

• Forma de onda rectificada (CH2):

  • Observa en CH2 la media onda positiva sobre RL (debería “aplanarse” en los semiciclos negativos).
  • Mide Vout_pico. Espera Vout_pico ≈ Vin_pico − V_D(pico). Para 1N4007, V_D en baja frecuencia suele estar entre 0,6–1,0 V según corriente.

• Valor medio en carga (V_DC):

  • Con el multímetro en VDC, mide entre ●VM+ y ●REF.
  • Para media onda: V_DC ≈ Vp/π ≈ 0,318·Vp, donde Vp ≡ Vout_pico (tras el diodo). Ajusta por la caída de diodo.

• Estimación de la caída de diodo en pico (V_D):

  • Congela o compara simultáneamente CH1 y CH2 en el máximo de la media onda.
  • Calcula V_D(pico) ≈ Vin_pico − Vout_pico (en el intervalo de conducción).

• Corriente en la carga (I_L):

  • Define Vout como la tensión en ●CH2 respecto a ●REF.
  • Calcula I_L(pico) ≈ Vout_pico / RL; I_L(promedio) ≈ V_DC / RL.

• Potencia en la carga (P_L):

  • Aproxima P_L ≈ V_DC^2 / RL (sin filtrado, sólo componente continua).

Interpretación rápida

• El diodo 1N4007 conduce en los semiciclos positivos y bloquea en los negativos.
• La salida presenta “media onda” con valor pico Vout_pico ≈ Vin_pico − V_D.
• El valor medio de la salida sin filtro es ≈ 0,318·Vp (tras el diodo).

Errores comunes

• Invertir el diodo (cátodo hacia la fuente): no verás salida positiva.
• No compartir referencia: si osciloscopio y generador no comparten GND (●REF), las medidas serán erráticas.
• Medir V_DC con el DMM en VAC: la lectura no representará el valor medio.
• Usar frecuencias muy altas: 1N4007 es para 50/60 Hz y baja kHz; a altas frecuencias la forma de onda se distorsiona.

Seguridad

• Trabaja con tensiones bajas (≤12 Vrms). No conectes a red eléctrica directa.
• Apaga el generador antes de cambiar conexiones o medir en modo “diodo”.
• Evita cortocircuitos entre sonda y masa del osciloscopio.

Mejoras y extensiones

• Añade un condensador de filtrado (por ejemplo, 100 µF/25 V en paralelo con RL) para observar la rectificación con rizado y medir V_rizado y V_DC filtrada.
• Sustituye 1N4007 por un diodo Schottky (p. ej., 1N5819) y compara la menor V_D y el aumento de Vout_pico.
• Varía RL (470 Ω a 4,7 kΩ) y observa cómo cambian V_DC e I_L.

Cierre

Con este montaje confirmas experimentalmente la función básica del diodo como elemento rectificador y relacionas las mediciones de pico y valor medio con la teoría de media onda.

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

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