Caso práctico: Rectificación de media onda simple

Prototipo de Rectificación de media onda simple (Maker Style)

Nivel: Básico. Visualizar cómo un diodo convierte CA en CC pulsante eliminando el semiciclo negativo.

Objetivo y caso de uso

Construirá un circuito analógico fundamental que utiliza un único diodo semiconductor para bloquear la parte negativa de una señal de corriente alterna (CA), dejando pasar solo la parte positiva a una carga resistiva.

Por qué es útil:
* Conversión de potencia: Representa la primera etapa en la conversión de la alimentación de red de CA a CC para dispositivos electrónicos.
* Demodulación de señal: Utilizado en radios AM para extraer señales de audio de portadoras de radiofrecuencia (detector de envolvente).
* Protección de polaridad: Una lógica similar evita daños en circuitos de CC si las baterías se insertan al revés.

Resultado esperado:
* Señal de entrada: Una onda senoidal completa que oscila entre voltajes positivos y negativos (p. ej., +10 V a -10 V).
* Señal de salida: Una forma de onda pulsante que muestra solo las «crestas» positivas de la onda senoidal; el voltaje se mantiene en 0 V durante el ciclo negativo.
* Caída de voltaje: El voltaje pico de salida será aproximadamente 0.7 V menor que el pico de entrada debido a la caída de voltaje directa del diodo de silicio.
* Frecuencia: La frecuencia de salida permanece idéntica a la frecuencia de entrada.

Público objetivo y nivel: Estudiantes y aficionados que aprenden componentes analógicos básicos.

Materiales

  • V1: Fuente de voltaje CA de 10 V (pico), 60 Hz (onda senoidal), función: entrada de alimentación principal.
  • D1: 1N4007 (o 1N4148), función: diodo rectificador.
  • R1: Resistencia de 1 kΩ, función: carga resistiva.

Guía de conexionado

Esta guía define las conexiones entre componentes utilizando nombres de nodo específicos (VIN, VOUT, 0).

  • V1 (Fuente): Conecte el terminal positivo al nodo VIN y el terminal negativo al nodo 0 (GND).
  • D1 (Diodo): Conecte el Ánodo al nodo VIN y el Cátodo (marcado con una franja) al nodo VOUT.
  • R1 (Carga): Conecte un terminal al nodo VOUT y el otro terminal al nodo 0 (GND).

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — Half-Wave Rectification
Lectura rápida: entradas → bloque principal → salida (actuador o medida). Resume el esquemático ASCII de la siguiente sección.

Esquemático

[ SOURCE / INPUT ]             [ RECTIFICATION ]               [ LOAD / OUTPUT ]

[ V1: AC Source    ]           +----------------------+           [ R1: Resistor   ]
[ 10 V Peak, 60Hz   ] --(VIN)-->| Anode (A) -> Cathode | --(VOUT)--> [ 1 kΩ         ] --> GND
                               | D1: 1N4007           |
                               +----------------------+
Esquema Eléctrico

Mediciones y pruebas

Para validar el circuito, necesitará un osciloscopio de doble canal o una herramienta de simulación.

  1. Configuración de sondas:
    • Conecte el Canal A (Amarillo) a VIN para monitorear la fuente.
    • Conecte el Canal B (Azul) a VOUT para monitorear el voltaje a través de la resistencia.
    • Asegúrese de que los clips de tierra de ambas sondas estén conectados al nodo 0 (GND).
  2. Inspección visual:
    • Observe que VIN es una onda senoidal completa centrada en 0 V.
    • Observe que VOUT sigue a VIN durante el ciclo positivo pero se mantiene plana en 0 V durante el ciclo negativo.
  3. Medición con cursor:
    • Mida el voltaje pico de VIN (p. ej., 10.0 V).
    • Mida el voltaje pico de VOUT. Debería ser aproximadamente 9.3 V.
    • Calcule la diferencia (Vin – Vout). Esto confirma la caída de voltaje directa de aproximadamente 0.7 V del diodo de silicio.

Netlist SPICE y simulación

Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)

* Practical case: Simple half-wave rectification

* --- Circuit Description ---
* V1 (Source): 10V Peak, 60Hz Sine Wave
* D1 (Diode): 1N4007 Rectifier
* R1 (Load): 1k Ohm Resistor

* --- Components ---

* V1: Main power input
* Connected: Positive -> VIN, Negative -> 0 (GND)
* Syntax: SIN(Voffset Vamp Freq)
V1 VIN 0 SIN(0 10 60)

* D1: Rectifier diode (1N4007)
* Connected: Anode -> VIN, Cathode -> VOUT
D1 VIN VOUT 1N4007

* R1: Resistive load
* Connected: VOUT -> 0 (GND)
* ... (truncated in public view) ...

Copia este contenido en un archivo .cir y ejecútalo con ngspice.

🔒 Parte del contenido de esta sección es premium. Con el pase de 7 días o la suscripción mensual tendrás acceso al contenido completo (materiales, conexionado, compilación detallada, validación paso a paso, troubleshooting, mejoras/variantes y checklist) y podrás descargar el pack PDF listo para imprimir.

🔓 Ver planes de acceso premium 

* Practical case: Simple half-wave rectification

* --- Circuit Description ---
* V1 (Source): 10V Peak, 60Hz Sine Wave
* D1 (Diode): 1N4007 Rectifier
* R1 (Load): 1k Ohm Resistor

* --- Components ---

* V1: Main power input
* Connected: Positive -> VIN, Negative -> 0 (GND)
* Syntax: SIN(Voffset Vamp Freq)
V1 VIN 0 SIN(0 10 60)

* D1: Rectifier diode (1N4007)
* Connected: Anode -> VIN, Cathode -> VOUT
D1 VIN VOUT 1N4007

* R1: Resistive load
* Connected: VOUT -> 0 (GND)
R1 VOUT 0 1k

* --- Models ---
* Standard model for 1N4007 Diode
.model 1N4007 D (IS=7.69n RS=0.042 N=1.45 BV=1000 IBV=5u CJO=14.2p VJ=0.5 M=0.333 TT=4.32u)

* --- Analysis Commands ---
* Transient analysis
* Frequency is 60Hz (Period ~16.67ms).
* Simulate for 50ms to capture approximately 3 full cycles.
.tran 0.1ms 50ms

* Operating Point for initial check
.op

* --- Output Directives ---
* Print input voltage and rectified output voltage
.print tran V(VIN) V(VOUT)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (515 rows) 
Index   time            v(vin)          v(vout)
0	0.000000e+00	0.000000e+00	-2.01593e-21
1	1.000000e-06	3.769911e-03	5.704546e-05
2	2.000000e-06	7.539822e-03	5.927562e-05
3	4.000000e-06	1.507964e-02	6.305993e-05
4	8.000000e-06	3.015924e-02	7.111847e-05
5	1.600000e-05	6.031821e-02	1.021853e-04
6	3.200000e-05	1.206342e-01	3.070797e-04
7	5.378437e-05	2.027484e-01	2.167324e-03
8	7.424258e-05	2.798514e-01	1.250260e-02
9	9.741093e-05	3.671480e-01	4.715921e-02
10	1.262516e-04	4.757778e-01	1.182339e-01
11	1.839330e-04	6.928557e-01	2.983890e-01
12	2.467131e-04	9.287461e-01	5.130162e-01
13	3.467131e-04	1.303359e+00	8.676123e-01
14	4.467131e-04	1.676120e+00	1.226655e+00
15	5.467131e-04	2.046499e+00	1.587509e+00
16	6.467131e-04	2.413969e+00	1.947514e+00
17	7.467131e-04	2.778010e+00	2.305173e+00
18	8.467131e-04	3.138102e+00	2.659882e+00
19	9.467131e-04	3.493735e+00	3.010809e+00
20	1.046713e-03	3.844404e+00	3.357375e+00
21	1.146713e-03	4.189609e+00	3.698904e+00
22	1.246713e-03	4.528861e+00	4.034877e+00
23	1.346713e-03	4.861677e+00	4.364712e+00
... (491 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Invertir el diodo:
    • Error: El diodo está instalado con el cátodo apuntando hacia la fuente.
    • Resultado: El circuito produce pulsos de voltaje negativo en lugar de positivos.
    • Solución: Verifique que la franja (cátodo) apunte hacia la resistencia de carga.
  2. Ignorar las clasificaciones de potencia:
    • Error: Usar una resistencia muy pequeña (p. ej., 10 Ω) con una resistencia estándar de 1/4W.
    • Resultado: La resistencia se sobrecalienta y se quema.
    • Solución: Calcule la potencia (P = V^2 / R) o use un valor de resistencia como 1 kΩ o superior para fines de demostración.
  3. Tierra flotante:
    • Error: Medir VOUT sin una referencia de tierra común entre la fuente y el osciloscopio.
    • Resultado: Señales ruidosas o flotantes en la pantalla.
    • Solución: Asegúrese de que todas las tierras (Fuente, Resistencia, Osciloscopio) estén unidas al nodo 0.

Solución de problemas

  • Síntoma: Sin voltaje de salida (línea plana en 0 V).
    • Causa: El diodo está abierto (fundido) o desconectado.
    • Solución: Verifique la continuidad con un multímetro; reemplace el diodo.
  • Síntoma: La salida es idéntica a la entrada (onda senoidal completa).
    • Causa: El diodo está en cortocircuito internamente.
    • Solución: Reemplace el diodo; un diodo en corto actúa como un cable.
  • Síntoma: El pico de salida es significativamente más bajo de lo esperado (p. ej., caída de 5 V).
    • Causa: Alta resistencia interna de la fuente o un componente incorrecto (p. ej., usar un diodo Zener en ruptura inversa).
    • Solución: Verifique que el número de parte del diodo sea un rectificador estándar (serie 1N400x).

Posibles mejoras y extensiones

  1. Capacitor de filtro: Conecte un capacitor (p. ej., 10 µF) en paralelo con R1 para observar cómo el capacitor rellena los huecos entre pulsos, suavizando la salida de CC.
  2. Puente de onda completa: Reemplace el diodo único con cuatro diodos (configuración de puente) para utilizar tanto las mitades positivas como las negativas del ciclo de CA, mejorando la eficiencia.

Más Casos Prácticos en Prometeo.blog

Encuentra este producto y/o libros sobre este tema en Amazon

Ir a Amazon

Como afiliado de Amazon, gano con las compras que cumplan los requisitos. Si compras a través de este enlace, ayudas a mantener este proyecto.

Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Cuál es la función principal del diodo en este circuito rectificador de media onda?




Pregunta 2: ¿Qué tipo de señal se espera obtener a la salida del circuito?




Pregunta 3: ¿Cuál es la caída de voltaje aproximada que introduce un diodo de silicio estándar en conducción?




Pregunta 4: Si la señal de entrada oscila entre +10 V y -10 V, ¿cuál es el voltaje aproximado durante el ciclo negativo en la salida?




Pregunta 5: ¿Qué componente recibe la corriente rectificada en este circuito básico?




Pregunta 6: ¿Cómo se comporta la frecuencia de la señal de salida respecto a la de entrada en este rectificador?




Pregunta 7: ¿Qué aplicación práctica tiene este tipo de circuito en el contexto de radios AM?




Pregunta 8: ¿Por qué el voltaje pico de salida es menor que el voltaje pico de entrada?




Pregunta 9: ¿Para qué sirve una lógica similar de diodos en circuitos de baterías de CC?




Pregunta 10: ¿Qué representa la 'Conversión de potencia' mencionada como utilidad del circuito?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

Entradas relacionadas

Scroll al inicio