Instrumento tipo rectificador mide la alternancia voltaje y actual con la ayuda de elementos rectificadores y imán permanente bobina móvil tipo de instrumentos. Sin embargo, la función principal de los instrumentos de tipo rectificador funciona como voltímetro. Ahora debe surgir una pregunta en nuestra mente por qué usamos ampliamente el tipo de instrumentos rectificadores en el mundo industrial, aunque tenemos varios otros voltímetros AC como los instrumentos de tipo electrodinámico, instrumentos de tipo termopar etc? La respuesta a esta pregunta es muy simple y está escrita de la siguiente manera.
- El costo de electrodinamómetro es bastante alta que la de los instrumentos de tipo rectificador. Sin embargo, los instrumentos de tipo rectificador son tan precisos como los de tipo electrodinámico. Por lo tanto, se prefieren los instrumentos de tipo rectificador a los de tipo electrodinámico.
- El instrumentos de termopar son más delicados que los instrumentos de tipo rectificador. Sin embargo, los instrumentos del tipo termopar se utilizan más ampliamente a frecuencias muy altas.
Antes de que veamos el principio de construcción y funcionamiento de los instrumentos de tipo rectificadores necesario discutir en detalle sobre el voltaje actual características del elemento rectificador ideal y práctico llamado diodo.
Discutamos primero las características ideales del elemento rectificador. Ahora, ¿qué es un elemento rectificador ideal? Un elemento rectificador es aquel que ofrece cero resistencia si está sesgada hacia adelante y ofrece una resistencia infinita si está sesgada hacia atrás.
Esta propiedad se utiliza para rectificar los voltajes (rectificación significa convertir una cantidad alterna en una cantidad directa, es decir, de CA a CC). Considere el diagrama de circuito que se muestra a continuación.
En el diagrama de circuito dado el diodo ideal está conectado en serie con el fuente de tensión y la resistencia de la carga. Cuando hacemos que el diodo se desvíe hacia adelante, se conduce perfectamente ofreciendo una ruta de resistencia eléctrica cero. Así se comporta como un cortocircuito. Podemos hacer que el diodo se desvíe hacia adelante conectando el terminal positivo de la batería con el ánodo y el terminal negativo con el cátodo. La característica de avance del elemento rectificador o del diodo se muestra en la característica de corriente de voltaje.
Ahora cuando aplicamos voltaje negativo, es decir, conectando el terminal negativo de la batería con el terminal anódico del diodo y el terminal positivo del batería al terminal catódico del diodo. Debido al sesgo inverso ofrece una resistencia eléctrica infinita y por lo tanto se comporta como un circuito abierto. A continuación se muestran las características completas de la corriente de voltaje.
Consideremos de nuevo el mismo circuito pero la diferencia es que aquí estamos usando el elemento rectificador práctico en lugar del ideal. El elemento rectificador práctico es tener un voltaje de bloqueo hacia adelante finito y un alto voltaje de bloqueo hacia atrás. Aplicaremos el mismo procedimiento para obtener las características de corriente de voltaje del elemento rectificador práctico. Ahora bien, cuando hacemos que el elemento rectificador práctico se incline hacia adelante no conduce hasta que el voltaje aplicado no sea mayor que el voltaje de bloqueo hacia adelante o podemos decir que el voltaje de bloqueo hacia atrás. Cuando el voltaje aplicado es mayor que el de la rodilla entonces el diodo o el elemento rectificador entrará en modo de conducción. Así se comporta como un cortocircuito, pero debido a alguna resistencia eléctrica hay una caída de voltaje a través de este práctico diodo. Podemos hacer que el elemento rectificador se desvíe hacia adelante conectando el terminal positivo de la batería con el ánodo y el terminal negativo con el cátodo. La característica de avance del elemento o diodo rectificador práctico se muestra en la característica de corriente de voltaje. Ahora cuando aplicamos voltaje negativo, es decir, conectando el terminal negativo de la batería con el terminal del ánodo del diodo y el terminal positivo de la batería con el terminal del cátodo del elemento rectificador. Debido al sesgo inverso ofrece una resistencia finita y el voltaje negativo hasta que el voltaje aplicado sea igual al voltaje de ruptura inverso y por lo tanto se comporta como un circuito abierto. Las características completas se muestran a continuación
Ahora los instrumentos de tipo rectificador utilizan dos tipos de circuitos rectificadores:
Circuitos Rectificadores de Media Onda de Instrumentos Tipo Rectificador
Consideremos el circuito rectificador de media onda que se indica a continuación, en el que el elemento rectificador está conectado en serie con una fuente de tensión sinusoidal, instrumento de bobina móvil de imán permanente y el multiplicador resistencia.
La función de este multiplicador resistencia eléctrica es limitar la corriente atraída por el tipo de instrumento de bobina móvil de imán permanente. Es muy esencial limitar la corriente atraída por el instrumento de bobina móvil de imanes permanentes porque si la corriente excede la clasificación de corriente de PMMC entonces destruye el instrumento. Ahora aquí dividimos nuestra operación en dos partes. En la primera parte aplicamos un voltaje de CC constante al circuito anterior. En el diagrama del circuito asumimos que el elemento rectificador es el ideal.
Marquemos la resistencia del multiplicador como R, y la del instrumento de la bobina móvil de imán permanente como R1. El DC voltaje produce una desviación a escala completa de magnitud I=V/(R+R1) donde V es el valor cuadrático medio de la tensión. Ahora consideremos el segundo caso, en este caso aplicaremos voltaje de CA sinusoidal al circuito v =Vm sin(wt) y obtendremos la forma de onda de salida como se muestra. En el medio ciclo positivo el elemento rectificador conducirá y en el medio ciclo negativo no conducirá. Así que obtendremos un pulso de voltaje en el instrumento de la bobina móvil que produce una corriente pulsante, por lo que la corriente pulsante producirá un par pulsante.
La desviación producida corresponderá al valor medio del voltaje. Así que vamos a calcular el valor medio de la corriente eléctrica, para calcular el valor medio del voltaje tenemos que integrar la expresión instantánea del voltaje de 0 a 2 pi. Así que el valor medio calculado del voltaje resulta ser 0,45V. De nuevo tenemos V es el valor cuadrático medio de la corriente. Por lo tanto, concluimos que la sensibilidad de la entrada de corriente alterna es 0,45 veces la sensibilidad de la entrada de corriente continua en el caso de un rectificador de media onda.
Circuitos Rectificadores de Onda Completa de Instrumentos Tipo Rectificador
Consideremos un rectificador de onda completa circuito que se da a continuación.
Hemos usado aquí un circuito rectificador de puente como se muestra. De nuevo dividimos nuestra operación en dos partes. En la primera analizamos la salida aplicando el voltaje DC y en la otra aplicamos el voltaje AC al circuito. Un multiplicador en serie resistencia está conectado en serie con el fuente de tensión que tiene la misma función que la descrita anteriormente. Consideremos el primer caso en el que aplicamos una fuente de tensión continua al circuito. Ahora el valor de la corriente de desviación a escala completa en este caso es de nuevo V/(R+R1), donde V es el valor cuadrático medio de la raíz del voltaje aplicado, R es la resistencia del multiplicador de resistencia y R1 que es la resistencia eléctrica del instrumento. La R y la R1 están marcados en el diagrama de circuito. Ahora consideremos el segundo caso, en este caso aplicaremos voltaje sinusoidal de CA al circuito que se da v = Vmsin(wt) donde Vm es el valor pico del voltaje aplicado nuevamente si calculamos el valor de la corriente de desviación de escala completa en este caso aplicando el procedimiento similar entonces obtendremos una expresión de la corriente de escala completa como .9V/(R+R1). Recuerde que para obtener el valor medio de la tensión debemos integrar la expresión instantánea de la tensión de cero a pi. Así, comparando su salida de DC concluimos que la sensibilidad con la fuente de voltaje de entrada de AC es 0.9 veces la del caso de la fuente de voltaje de entrada de DC.
La onda de salida se muestra a continuación. Ahora vamos a discutir los factores que afectan al rendimiento de los instrumentos de tipo Rectificador:
- Los instrumentos de tipo rectificador se calibran en función de los valores cuadráticos medios de la onda sinusoidal de los voltajes y corrientes. El problema es que la forma de onda de entrada puede o no tener el mismo factor de forma en el que se calibra la escala de estos medidores.
- Puede haber algún error debido al circuito rectificador, ya que no incluimos la resistencia de los circuitos del puente rectificador en ambos casos. Las características no lineales del puente pueden distorsionar la corriente y la forma de onda del voltaje.
- Puede haber variación en la temperatura por lo que la resistencia eléctrica del puente cambia por lo tanto para compensar este tipo de errores debemos aplicar una resistencia multiplicadora con un alto coeficiente de temperatura.
- Efecto de la capacitancia del puente rectificador: El puente rectificador tiene imperfecciones capacitancia así que debido a esto evalúa las corrientes de alta frecuencia. Por lo tanto, hay un descenso en la lectura.
- La sensibilidad de los instrumentos de tipo rectificador es baja en caso de voltaje de entrada de CA.
Ventajas de los instrumentos de tipo rectificador
A continuación se presentan las ventajas del tipo de instrumentos rectificadores:
- La precisión del instrumento de tipo rectificador es de alrededor del 5 por ciento en condiciones normales de funcionamiento.
- La gama de frecuencias de funcionamiento puede extenderse a un valor alto.
- Tienen una escala uniforme en el medidor.
- Tienen un bajo valor operativo de corriente y voltaje.
El efecto de carga de un voltímetro rectificador de CA en ambos casos (es decir, rectificador de diodo de media onda y rectificador de diodos de onda completa) es alta en comparación con los efectos de carga de los voltímetros de corriente continua, ya que la sensibilidad del voltímetro que utiliza la rectificación en media onda o en onda completa es menor que la sensibilidad de los voltímetros de corriente continua.
