¿Qué es una calculadora de puente rectificador?
Un puente rectificador emplea cuatro diodos para transformar la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC) pulsante, conduciendo en ambos semiciclos de la onda de CA (rectificación de onda completa). Esta calculadora estima la tensión media de salida en CC y el rizado que cabe esperar tras un condensador de filtrado, partiendo de la tensión de pico de entrada, la caída directa del diodo, la corriente de carga, la frecuencia de red y el valor del condensador de filtro.
Cómo usarla
Introduce la tensión de pico (no la eficaz) de la onda de CA que llega al puente. Si solo conoces el valor eficaz (RMS), multiplícalo por 1,414. Indica la caída por diodo (normalmente 0,7 V en silicio y unos 0,3 V en Schottky), la corriente de carga prevista en amperios, la frecuencia de tu red eléctrica (50 o 60 Hz) y el condensador de filtro en microfaradios. La herramienta te devuelve la salida media en CC, la tensión de pico en CC tras las caídas de los dos diodos que conducen y el rizado pico a pico.
La fórmula explicada
El valor medio de una senoidal rectificada en onda completa es 2·Vpico/π ≈ 0,637·Vpico. Como en un puente conducen siempre dos diodos a la vez, restamos 2·Vdiodo. El rizado se obtiene con Vrizado = Icarga / (2·f·C); el factor 2 refleja que un rectificador de onda completa carga el condensador dos veces por ciclo.
Ejemplo resuelto
Con Vpico = 17 V y Vdiodo = 0,7 V: Vcc = (2 × 17)/π − 1,4 = 10,823 − 1,4 ≈ 9,42 V. Para Icarga = 1 A, f = 50 Hz y C = 1000 µF: Vrizado = 1 / (2 × 50 × 0,001) = 10 V pico a pico, una clara señal de que te convendría un condensador bastante mayor.
Constantes y Valores de Referencia
Un rectificador de puente de onda completa utiliza cuatro diodos para que ambas mitades de la onda sinusoidal de CA impulsen la corriente a través de la carga en la misma dirección. La ruta de conducción siempre pasa a través de dos diodos en serie, por lo que se restan dos caídas de voltaje directo del pico. Los valores a continuación son las constantes y cifras de referencia utilizadas en los cálculos.
| Cantidad | Símbolo / Valor | Notas |
|---|---|---|
| Factor promedio (onda sinusoidal rectificada de onda completa) | 2/π ≈ 0,637 | Valor medio de una onda sinusoidal rectificada de onda completa relativo a su pico |
| Factor RMS a pico | √2 ≈ 1,414 | \(V_{peak} = \sqrt{2}\,V_{rms}\) |
| Caída de diodo de silicio | ~0,7 V | Voltaje directo típico de un diodo rectificador estándar (p. ej. 1N400x) |
| Caída de diodo Schottky | ~0,3 V | Caída más baja, menos calor, bueno para fuentes de baja tensión |
| Caída de diodo de germanio | ~0,3 V | Tecnología antigua, voltaje directo bajo |
| Frecuencia de ondulación | 2 × frecuencia de línea | 100 Hz para red de 50 Hz, 120 Hz para red de 60 Hz |
Unidades de Variables
| Campo | Variable | Unidad |
|---|---|---|
| vpeak | Voltaje de entrada pico \(V_{peak}\) | voltios (V) |
| vdiode | Caída directa del diodo \(V_{diode}\) | voltios (V) |
| iload | Corriente de carga \(I_{load}\) | amperios (A) |
| freq | Frecuencia de línea \(f\) | hercios (Hz) |
| cap | Capacitor de filtro \(C\) | faradios (F); a menudo se ingresa en microfaradios (µF) |
La salida CC promedio (sin capacitor de filtro) es \(V_{DC} = \frac{2 V_{peak}}{\pi} - 2 V_{diode}\). Con un capacitor de filtro, la salida se eleva hacia el pico menos dos caídas de diodo, y la ondulación de pico a pico se estima mediante \(V_{r(pp)} = \frac{I_{load}}{2 f C}\), donde \(2f\) es la frecuencia de ondulación.
Interpretando Su Resultado
CC promedio vs CC pico. Sin un capacitor de filtro, la salida es una serie de joroba de media onda sinusoidal cuyo valor promedio es \(\frac{2 V_{peak}}{\pi} - 2 V_{diode} \approx 0,637\,V_{peak}\) menos las dos caídas de diodo. Una vez que se añade un capacitor de filtro, el capacitor mantiene la salida cerca del valor de pico, \(V_{peak} - 2 V_{diode}\), y la cifra significativa se convierte en ese nivel de pico con una ondulación encima.
Qué significa ondulación p-p. La ondulación de pico a pico es cuánto se reduce el voltaje entre pulsos de carga antes de que el siguiente pulso lo devuelva a la normalidad. Expresado como porcentaje, ondulación % = \(\frac{V_{r(pp)}}{V_{DC}} \times 100\). Por ejemplo, 1,0 V de ondulación en una salida de 15,6 V es aproximadamente 6,4 %. Los reguladores lineales aguas abajo pueden tolerar ondulación moderada siempre que el valle se mantenga por encima del voltaje de dropout del regulador, pero los circuitos analógicos sensibles quieren ondulación muy por debajo del 1 %.
Menor ondulación requiere más C o más f. Debido a que \(V_{r(pp)} = \frac{I_{load}}{2 f C}\), reduce la ondulación aumentando la capacitancia de filtro o trabajando a una frecuencia de ondulación más alta (una fuente de 60 Hz tiene ondulación a 120 Hz y por lo tanto ondula aproximadamente 17 % menos que una fuente de 50 Hz para el mismo capacitor). No puede reducir la ondulación bajando la corriente de carga a menos que su carga realmente consuma menos.
Una señal de advertencia. Si la calculadora reporta una ondulación de varios voltios, el capacitor es insuficiente para la corriente que se extrae; el valle de salida puede caer demasiado bajo para que un regulador mantenga su objetivo, causando zumbido o inestabilidad. Aumente C hasta que la ondulación sea una pequeña fracción de la salida CC.
Nota de aproximación. Estos resultados asumen diodos ideales con una caída directa fija, una carga de ligera a moderada en relación con la capacidad del transformador, y el modelo de ondulación de descarga lineal simple. Las fuentes reales tienen resistencia de devanados del transformador, resistencia dinámica del diodo y ESR del capacitor, todos los cuales aumentan la caída de voltaje y alteran la forma de la ondulación, por lo que trate las cifras como estimaciones de diseño en lugar de valores exactos.
Preguntas frecuentes
¿Por qué se usa 2f en el rizado? Un puente rectificador produce dos pulsos por cada ciclo de CA, así que el condensador se recarga el doble de veces que en un circuito de media onda, lo que reduce el rizado a la mitad.
¿Tensión de pico o eficaz? Usa la de pico. El puente «ve» el pico instantáneo. Para una onda senoidal, RMS × 1,414 = pico.
¿Por qué restar dos caídas de diodo? En un puente de onda completa la corriente circula siempre por dos diodos en serie, de modo que la salida se reduce en la suma de sus tensiones directas.
