Laboratorio

Rectificador de media onda: de CA a CC con capacitor de filtro

Objetivo
Ver cómo un diodo convierte la CA en CC pulsante, medir el pico y el valor medio de la salida, y comprobar cómo un capacitor de filtro suaviza la salida y qué efecto tiene en el rizado y en el diodo.
Nivel
Bachillerato y primeros cursos universitarios
Tiempo
50 minutos
Temas
Rectificación, rectificador de media onda, diodos, capacitor de filtro, voltaje de rizado, voltaje inverso de pico
Vista previa de Half-Wave Rectifier with Oscilloscope
Abrir en el laboratorio Insertar La simulación se ejecuta en modo demo y se pausa a los dos minutos; ábrela en el laboratorio para continuar.

Pasos

  1. Observa el circuito: una columna a la izquierda del tablero con un diodo arriba, luego una resistencia de carga de 1 Ω y abajo una fuente de CA de 12 V de pico y 60 Hz. El osciloscopio está a la derecha: el canal 1 mide la carga (3 V/div) y el canal 2 el diodo (10 V/div, positivo cuando conduce), con 5 ms/div.
  2. Pulsa «Abrir en el laboratorio»; el osciloscopio ya está ajustado. Dibuja lo que ves y lee el pico: unos 11 V en la carga de 1 Ω, así que la corriente llega a unos 11 A.
  3. Haz clic en la resistencia de carga y ponla en 1 kΩ. Lee el nuevo pico de voltaje y calcula la caída en el diodo (12 V menos el pico).
  4. Estima el valor de CC (medio) de la salida con V_med ≈ V_pico ÷ π y anótalo.
  5. Desde la barra de herramientas, añade un capacitor normal (no el polarizado) en paralelo con la resistencia de carga y ponlo en 1000 µF. Lee el voltaje más alto y el más bajo de la salida y calcula el rizado (el más alto menos el más bajo).
  6. Cambia el capacitor a 100 µF y observa el rizado. Luego vuelve a ponerlo en 1000 µF.
  7. El canal 2 ya muestra el voltaje del diodo: lee su valor más negativo, con capacitor y sin él.

Tabla de datos

Carga (Ω) Capacitor de filtro (µF) Voltaje de pico (V) Voltaje mínimo (V) Rizado (V) Pico inverso en el diodo (V)
           
           
           
           
           
           

Preguntas

  1. Sin el capacitor, ¿cómo es la salida y por qué faltan los semiciclos negativos?
  2. Con la carga de 1 kΩ, ¿cuál es el voltaje de pico de la salida y la caída en el diodo? ¿Por qué el pico era menor con la carga de 1 Ω?
  3. ¿Cuál es el valor de CC (medio) de la salida de media onda con la carga de 1 kΩ y sin capacitor?
  4. Con el capacitor de 1000 µF, ¿qué rizado mediste? Compáralo con la estimación ΔV ≈ V_pico ÷ (f × R × C).
  5. ¿Qué pasó con el rizado con 100 µF? Menciona dos formas de reducir el rizado.
  6. ¿Por qué aumenta el voltaje inverso del diodo al añadir el capacitor, y por qué importa al elegir un diodo?
Para docentes

Clave de respuestas

  1. Solo aparecen los semiciclos positivos de la onda senoidal, como jorobas separadas por tramos planos de 0 V: CC pulsante. En el semiciclo negativo el diodo queda en polarización inversa y bloquea, así que no llega corriente a la carga.
  2. Unos 11.4 V, así que en el diodo caen unos 0.6 V (12 V − 11.4 V; el simulador da unos 0.57 V). Con la carga de 1 Ω la corriente llega a unos 11 A y en el diodo cae más voltaje con esa corriente (unos 0.93 V), por eso el pico era solo de unos 11 V.
  3. V_med ≈ V_pico ÷ π = 11.4 V ÷ 3.14 ≈ 3.6 V.
  4. La salida se mantiene entre unos 11.13 V y 11.30 V: un rizado de unos 0.17 V. La estimación da 11.4 V ÷ (60 Hz × 1000 Ω × 0.001 F) = 0.19 V. La fórmula supone que el capacitor se descarga durante un ciclo completo, así que sobrestima un poco.
  5. Crece unas diez veces: la fórmula da cerca de 1.9 V (el simulador puede marcar algo menos, como pasó con 1000 µF). Un capacitor más grande o una resistencia de carga mayor (menos corriente de carga) reducen el rizado; un rectificador de onda completa, que duplica la frecuencia del rizado, también ayuda.
  6. El capacitor mantiene la salida cerca de +11.3 V mientras la fuente baja hasta −12 V, así que el diodo soporta ambos: unos −23.2 V, casi el doble del pico. Sin el capacitor soporta solo unos −12 V. El voltaje inverso de pico que admite el diodo debe ser mayor que este valor.

Preguntas frecuentes

¿Pueden hacer la práctica desde casa?

Sí. El laboratorio funciona en el navegador, y cualquiera puede abrir este circuito público, ejecutarlo y modificarlo sin iniciar sesión. La copia de esta página se pausa a los dos minutos; con «Abrir en el laboratorio» sigue funcionando.

¿Necesitan cuenta mis alumnos?

No para ejecutar el circuito y leer el osciloscopio. Necesitan una cuenta gratuita para guardar su propia copia y, para entregar el trabajo como tarea, se unen a tu clase con el enlace de la clase.

¿Qué deben saber los alumnos antes de esta práctica?

Que un diodo conduce en un solo sentido y cómo leer en un osciloscopio el voltaje de pico y el tiempo. La práctica del diodo en polarización directa e inversa cubre la primera parte.

¿Enseñas con circuitos?

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