Rectification and smoothing · Rectificación y suavizado
| English | Español |
|---|---|
| diodes/ˈdaɪəʊdz/ | diodos |
| capacitor/kəˈpæsɪtə/ | capacitor |
| rectification/ˌrektɪfɪˈkeɪʃn/ | rectificación |
| smoothing/ˈsmuːðɪŋ/ | suavizado |
| ripple/ˈrɪpl/ | ondulación |
| forward-biased/ˈfɔːwəd ˈbaɪəst/ | polarizado directamente |
| reverse-biased/rɪˈvɜːs ˈbaɪəst/ | polarizado inversamente |
| bridge rectifier/brɪdʒ ˈrektɪfaɪə/ | rectificador de puente |
Inside a phone charger
- A phone charger takes mains alternating voltage that reverses fifty times a second, and hands the phone a steady $5\ \text{V}$.
- Between those two things sit exactly the components of this lesson: diodes 二极管 to stop the reversing, and a capacitor 电容器 to iron out what is left.
- Rectification 整流 is the conversion of an alternating current into a direct (one-direction) current. That is the marked definition.
- Smoothing 平滑 is then using a capacitor across the load to reduce the ripple of a rectified output.
Dentro de un cargador de teléfono
- Un cargador de teléfono toma la tensión alterna de red que se invierte cincuenta veces por segundo, y entrega al teléfono una tensión continua estable de $5\ \text{V}$.
- Entre esas dos cosas se encuentran exactamente los componentes de esta lección: diodos 二极管 para detener las inversiones, y un condensador 电容器 para suavizar lo que queda.
- La rectificación 整流 es la conversión de una corriente alterna en una corriente continua (en una sola dirección). Esa es la definición marcada.
- El suavizado 平滑 es entonces el uso de un condensador en paralelo con la carga para reducir la ondulación de una salida rectificada.
What a diode does
- A diode conducts only when it is forward-biased 正向偏置: its anode, the flat end of the symbol's triangle, is more positive than its cathode, the bar.
- Otherwise it is reverse-biased 反向偏置 and behaves like an open switch.
- Treat it as ideal: zero resistance one way, infinite the other.
- Conventional current always flows through a diode in the direction the triangle points. Every "complete the circuit" question is that one rule, applied to each diode in turn.
Lo que hace un diodo
- Un diodo solo conduce cuando está polarizado directamente 正向偏置: su ánodo, el extremo plano del triángulo del símbolo, es más positivo que su cátodo, la barra.
- De lo contrario, está polarizado inversamente 反向偏置 y se comporta como un interruptor abierto.
- Trátelo como ideal: resistencia cero en un sentido, infinita en el otro.
- La corriente convencional siempre fluye a través de un diodo en la dirección en la que apunta el triángulo. Cada pregunta de "completar el circuito" se basa en esa única regla, aplicada a cada diodo por separado.
A diode conducts current: · Un diodo conduce corriente:
This one-way behaviour is what lets diodes rectify a.c. into d.c. · Este comportamiento unidireccional es lo que permite a los diodos rectificar la c.a. en c.c.
Match each term to the definition the examiner marks. · Empareje cada término con la definición que el examinador marca.
Rectified current still varies; what makes it direct is that it never reverses. · La corriente rectificada aún varía; lo que la hace continua es que nunca invierte su dirección.
Half-wave rectification
- A single diode in series with the load passes only the positive half of each cycle. In the negative half it is reverse-biased and no current flows at all.
- The output is positive half-waves separated by flat zero gaps of equal length. Mean output $= V_0/\pi \approx 0.32\,V_0$.
- Half the input is thrown away, and the output is very uneven.
Humps, then nothing, then humps
Rectificación de media onda
- Un diodo único en serie con la carga solo deja pasar la mitad positiva de cada ciclo. En la mitad negativa, está polarizado inversamente y no circula ninguna corriente.
- La salida son ondas semipositivas separadas por tramos planos de cero de igual longitud. Salida media $= V_0/\pi \approx 0.32\,V_0$.
- Se desecha la mitad de la entrada y la salida es muy desigual.
Ondulaciones, luego nada, luego ondulaciones
Half-wave rectification uses ____ diode. · La rectificación de media onda usa ____ diodo.
A single diode passes the positive half-cycles and blocks the negative ones (leaving gaps). · Un solo diodo deja pasar los semiciclos positivos y bloquea los negativos (dejando huecos).
Drawing the half-wave circuit
- Source, one diode in series, load, and $V_{\text{OUT}}$ taken across the load. The triangle points the way the output current must flow.
- If a smoothing capacitor is wanted it goes in parallel with the load, never in series. A capacitor in series would block the d.c. altogether, which is the opposite of the point.
One diode in the line, one capacitor across the load
Dibujar el circuito de media onda
- Fuente, un diodo en serie, carga, y $V_{\text{OUT}}$ tomada en paralelo con la carga. El triángulo indica la dirección en la que debe fluir la corriente de salida.
- Si se desea un condensador de suavizado, este va en paralelo con la carga, nunca en serie. Un condensador en serie bloquearía la c.c. por completo, lo cual es lo opuesto al objetivo.
Un diodo en la línea, un condensador en paralelo con la carga
Where does a smoothing capacitor go? · ¿Dónde va el capacitor de suavizado?
It must discharge THROUGH the load between peaks, which needs it in parallel. In series it would block the d.c. entirely, which is the opposite of the point. · Debe descargarse A TRAVÉS de la carga entre picos, lo cual requiere que esté en paralelo. En serie bloquearía completamente la c.c., lo cual es lo opuesto al objetivo.
Full-wave rectification
- A bridge rectifier 桥式整流器 uses four diodes so that the load current runs the same way whichever input terminal is positive.
- The output is a continuous run of positive humps with no gaps, at twice the input frequency. Mean output $= 2V_0/\pi \approx 0.64\,V_0$, double the half-wave value.
- All of the input is used, and what remains is far easier to smooth.
No gaps, and twice as often
Rectificación de onda completa
- Un rectificador de puente 桥式整流器 utiliza cuatro diodos para que la corriente de carga fluya en la misma dirección independientemente de cuál terminal de entrada sea positiva.
- La salida es una secuencia continua de crestas positivas sin espacios, a doble frecuencia de la entrada. Salida media $= 2V_0/\pi \approx 0.64\,V_0$, el doble del valor de media onda.
- Se utiliza toda la entrada y lo que queda es mucho más fácil de suavizar.
Sin espacios, y al doble de frecuencia
Rectifier and smoothing route · Rectificador y circuito de suavizado
Watch alternating input become a smoother direct output. · Observar cómo una entrada alterna se convierte en una salida continua más suave.
How many diodes are in a bridge (full-wave) rectifier? · ¿Cuántos diodos hay en un puente (rectificador de onda completa)?
Four diodes, arranged so the load current always flows the same way whichever input terminal is positive. · Cuatro diodos, dispuestos de modo que la corriente de carga siempre fluya en la misma dirección independientemente de cuál terminal de entrada sea positivo.
A full-wave rectified output repeats at twice the frequency of the a.c. input. · Una salida rectificada de onda completa se repite al doble de la frecuencia de la entrada de c.a.
Both half-cycles become positive humps, so the output ripples at double the input frequency. · Ambos semiciclos se convierten en crestas positivas, por lo que la salida tiene ondulaciones al doble de la frecuencia de entrada.
Worked example: explaining the bridge
- Explain how the four diodes produce full-wave rectification. This is the standard four-marker, and it is marked on naming the diodes.
- When terminal P is positive: current leaves P, passes through the diode pointing away from P to the top of the load, flows down through the load, and returns to Q through the diode pointing towards Q. The other two are reverse-biased and carry nothing.
- When Q is positive: the other pair conducts, but they are arranged so the current still enters the load at the top.
- So the current in the load is in the same direction in both half-cycles. Say which pair conducts in each half-cycle and which end of the load is positive.
Two diodes at a time, one direction through the load
Ejemplo resuelto: explicar el puente
- Explique cómo los cuatro diodos producen la rectificación de onda completa. Esta es la pregunta estándar de cuatro puntos, y se califica nombrando los diodos.
- Cuando el terminal P es positivo: la corriente sale de P, pasa por el diodo que apunta alejándose de P hacia la parte superior de la carga, fluye hacia abajo a través de la carga, y regresa a Q a través del diodo que apunta hacia Q. Los otros dos están polarizados inversamente y no conducen.
- Cuando Q es positivo: el otro par conduce, pero están dispuestos de tal manera que la corriente sigue entrando a la carga por la parte superior.
- Por lo tanto, la corriente en la carga tiene la misma dirección en ambos semiciclos. Diga qué par conduce en cada semiciclo y qué extremo de la carga es positivo.
Dos diodos a la vez, una dirección a través de la carga
Put the explanation of one half-cycle of a bridge rectifier in order. · ordes la explicación de un semiciclo de un puente rectificador.
The four-mark answer is marked on naming the conducting pair in each half-cycle, not on saying the current "goes the same way". · La respuesta de cuatro puntos se califica nombrando el par conductor en cada semiciclo, no sobre decir que la corriente "va en la misma dirección".
Completing a bridge
- Given a bridge with diodes missing, use one rule: both diodes joined to the positive output terminal point towards it, and both joined to the negative output terminal point away from it.
- A single diode the wrong way round either short-circuits the supply on one half-cycle or passes nothing at all.
- Check your answer by tracing one half-cycle right round the loop before you move on.
Completar un puente
- Dado un puente con diodos faltantes, use una regla: ambos diodos conectados al terminal de salida positivo apuntan hacia él, y ambos conectados al terminal de salida negativo apuntan alejándose de él.
- Un solo diodo al revés ya sea cortocircuita la fuente en un semiciclo o no pasa nada en absoluto.
- Verifique su respuesta trazando un semiciclo completo alrededor del bucle antes de continuar.
In a bridge rectifier, both diodes joined to the positive output terminal point towards it. · En un puente rectificador, ambos diodos unidos al terminal de salida positivo apuntan hacia él.
And both joined to the negative terminal point away from it. One diode reversed either short-circuits the supply on a half-cycle or passes nothing. · Y ambos unidos al terminal negativo apuntan hacia afuera de él. Invertir un diodo ya sea cortocircuitará la fuente en un semiciclo o no pasará nada.
Smoothing with a capacitor
- Put a capacitor $C$ in parallel with the load $R$. On the rising part of each pulse it charges up to near the peak.
- On the falling part, and through any gap, the diodes are reverse-biased, so the capacitor discharges through the load and keeps the current flowing. That decay has time constant $RC$.
- At the next peak it charges again. The output now sits near the peak with small dips, and the size of the dips is the ripple 纹波.
Never down to zero, never above the peak
Suavizado con un condensador
- Coloque un condensador $C$ en paralelo con la carga $R$. En la parte ascendente de cada pulso se carga hasta cerca del pico.
- En la parte descendente, y a través de cualquier espacio, los diodos están polarizados inversamente, por lo que el condensador se descarga a través de la carga y mantiene la corriente fluyendo. Ese decaimiento tiene constante de tiempo $RC$.
- En el siguiente pico, se vuelve a cargar. La salida ahora se sitúa cerca del pico con pequeñas caídas, y el tamaño de esas caídas es la ondulación 纹波.
Nunca llega a cero, nunca supera el pico
To smooth a rectified output, you connect a capacitor: · Para suavizar una salida rectificada, conecta un capacitor:
In parallel, it charges to the peak and then discharges through the load between peaks, holding the voltage up. · En paralelo, se carga hasta el pico y luego se descarga a través de la carga entre picos, manteniendo el voltaje alto.
Worked example: how big is the ripple
- A half-wave rectifier fed from a $50\ \text{Hz}$ supply has a $470\ \mu\text{F}$ capacitor across a $1.2\ \text{k}\Omega$ load. Estimate the fractional fall between peaks, and say what a bridge would change.
- Half-wave gives one peak per cycle, so the peaks are $T = 1/50 = 20\ \text{ms}$ apart.
- Time constant: $RC = (1.2\times10^3)(470\times10^{-6}) = 0.56\ \text{s}$.
- Discharge: $V = V_0 e^{-t/RC} = V_0 e^{-0.020/0.56} = 0.965\,V_0$, a fall of about $3.5\%$.
- With a bridge the peaks are only $10\ \text{ms}$ apart, so the fall halves to about $1.8\%$. Because $t \ll RC$, the ripple is roughly $V_0 t/(RC)$: proportional to the time between peaks, and inversely proportional to both $R$ and $C$.
Ejemplo resuelto: cuánto vale la ondulación
- Un rectificador de media onda alimentado desde una fuente de $50\ \text{Hz}$ tiene un condensador de $470\ \mu\text{F}$ en paralelo con una carga de $1.2\ \text{k}\Omega$. Estime la caída fraccional entre picos y diga qué cambiaría un puente.
- Media onda da un pico por ciclo, así que los picos están separados por $T = 1/50 = 20\ \text{ms}$.
- Constante de tiempo: $RC = (1.2\times10^3)(470\times10^{-6}) = 0.56\ \text{s}$.
- Descarga: $V = V_0 e^{-t/RC} = V_0 e^{-0.020/0.56} = 0.965\,V_0$, una caída de aproximadamente $3.5\%$.
- Con un puente, los picos están separados solo $10\ \text{ms}$, por lo que la caída se reduce a la mitad, a unos $1.8\%$. Dado que $t \ll RC$, la ondulación es aproximadamente $V_0 t/(RC)$: proporcional al tiempo entre picos, e inversamente proporcional tanto a $R$ como a $C$.
A full-wave rectifier from a 50 Hz supply feeds a 1.2 kilo-ohm load with a 470 microfarad capacitor. How many milliseconds pass between output peaks? · Un rectificador de onda completa alimentado por una fuente de 50 Hz alimenta una carga de 1.2 kilo-ohmios con un capacitor de 470 microfaradios. ¿Cuántos milisegundos pasan entre picos de salida?
Full-wave output runs at twice the input frequency, so 100 peaks per second and 10 ms between them. Half-wave would give 20 ms and about twice the ripple. · La salida de onda completa funciona al doble de la frecuencia de entrada, así que 100 picos por segundo y 10 ms entre ellos. La de media onda daría 20 ms y aproximadamente el doble de ondulación.
The mean output of a half-wave rectifier is $V_0$ divided by ____. · El valor medio de salida de un rectificador de media onda es $V_0$ dividido por ____.
Half-wave gives 0.32 V0; a bridge uses both halves and doubles it to 2V0/pi = 0.64 V0. The bridge also doubles the ripple frequency, which is why the same capacitor smooths it better. · La media onda da 0.32 V0; un puente usa ambas mitades y lo duplica a 2V0/pi = 0.64 V0. El puente también duplica la frecuencia de ondulación, por eso el mismo capacitor lo suaviza mejor.
What reduces the ripple, and how to sketch it
- Larger $C$: more stored charge, so a smaller dip between peaks.
- Larger $R$: a smaller load current, so a slower discharge. Note this is the load resistance, so a heavier load (smaller $R$) makes the ripple worse.
- Full-wave instead of half-wave: less time to discharge between peaks.
- To sketch it: draw the humps faintly, then a curve that touches each peak, sags gently, and turns sharply up where the next hump meets it. It never reaches zero and never rises above the peak.
Bigger $RC$ hugs the peak line
Qué reduce la ondulación y cómo dibujarla
- Mayor $C$: más carga almacenada, por lo que una caída menor entre picos.
- Mayor $R$: una menor corriente de carga, por lo que una descarga más lenta. Tenga en cuenta que esta es la resistencia de carga, por lo que una carga más pesada (menor $R$) hace que la ondulación sea peor.
- Onda completa en lugar de media onda: menos tiempo para descargar entre picos.
- Para dibujarla: dibuje las crestas débilmente, luego una curva que toque cada pico, baje suavemente y gire bruscamente hacia arriba donde se encuentra la siguiente cresta. Nunca llega a cero y nunca sube por encima del pico.
Una $RC$ mayor abraza la línea del pico
Select all · todos the changes that reduce the ripple. · Seleccione todos los cambios que reducen la ondulación.
A bigger $RC$ (or less time between peaks) makes the capacitor discharge less between peaks — smaller ripple. A smaller capacitor does the opposite. · Un mayor $RC$ (o menos tiempo entre picos) hace que el capacitor se descargue menos entre picos — menor ondulación. Un capacitor más pequeño hace lo contrario.
Marks that slip away
- The smoothing capacitor goes across the load, in parallel. In series it blocks the d.c. entirely.
- In the bridge explanation, name which pair of diodes conducts in each half-cycle. "The current goes the same way" alone is one mark of four.
- Full-wave output is at twice the input frequency, not the same frequency.
- A smaller load resistance means a larger ripple, because the capacitor discharges faster.
- Half-wave has flat zero gaps; full-wave has none. Draw the gaps the same width as the humps.
Puntos que se pierden
- El condensador de suavizado va en paralelo con la carga, no en serie. En serie bloquea la c.c. por completo.
- En la explicación del puente, nombre qué par de diodos conduce en cada semiciclo. Decir "la corriente va en la misma dirección" solo otorga uno de los cuatro puntos.
- La salida de onda completa está a doble frecuencia de entrada, no a la misma frecuencia.
- Una menor resistencia de carga significa una mayor ondulación, porque el condensador se descarga más rápido.
- Media onda tiene espacios planos de cero; onda completa no los tiene. Dibuje los espacios con el mismo ancho que las crestas.
You've got it
- rectification converts alternating current into current in one direction; a diode conducts only when forward-biased, in the direction its triangle points
- half-wave uses one diode and passes half of each cycle, mean $V_0/\pi$; a bridge of four diodes passes both halves, mean $2V_0/\pi$, at twice the frequency
- a capacitor in parallel with the load smooths by discharging through the load between peaks, with time constant $RC$
- the ripple shrinks with larger $C$, larger load resistance, and full-wave rather than half-wave rectification
Lo has logrado
- la rectificación convierte la corriente alterna en corriente en una sola dirección; un diodo solo conduce cuando está polarizado directamente, en la dirección en la que apunta su triángulo
- media onda usa un diodo y pasa la mitad de cada ciclo, media $V_0/\pi$; un puente de cuatro diodos pasa ambas mitades, media $2V_0/\pi$, a doble frecuencia
- un condensador en paralelo con la carga suaviza descargándose a través de la carga entre picos, con constante de tiempo $RC$
- la ondulación disminuye con mayor $C$, mayor resistencia de carga y rectificación de onda completa en lugar de media onda