He construido un rectificador de media onda con una entrada sinusoidal de 5V de pico, 1kHz. En teoría, el valor eficaz de la salida debería ser de 5V/2 = 2,5V, pero el osciloscopio sólo mide 2,01 V. ¿Cuáles podrían ser las razones de esta diferencia? 0,5 V parece una diferencia bastante significativa dada la escala.
simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab
Echemos un vistazo a las formas de onda de la señal:
Tienes razón en que hay una caída de tensión del diodo, supongamos a todos los efectos que la caída de tensión hacia delante del diodo es \$0.635V\$ .
Para calcular el Tensión RMS :
$$ V_{rms} = \sqrt{\frac{1}{p} \int_0^p V(t)^2 dt} $$
donde \$p\$ es el periodo (en este caso 1ms).
¿Cuál es la tensión de salida?
Supongamos por un segundo que cuando \$V_{IN} < V_{DIODE}\$ , \$V_{OUT} = 0\$ . Esto no es del todo cierto, pero debería acercarnos a la respuesta correcta.
Así que nuestro voltaje de salida para un período es:
\begin{equation} V_{OUT} = \left\{ \begin{array}{lr} 0 & : 20\mu s < t\\ 5 \sin(1000 \cdot 2 \pi t) - 0.635 & : \text{otherwise}\\ 0 & : t > 480\mu s \end{array} \derecha. \Fin de la ecuación.
conectándose a la \$V_{rms}\$ cálculo,
\begin{equation} V_{rms} = \sqrt{\frac{1}{1 ms}\int_{20\mu s}^{480 \mu s}(5 \sin(1000 \cdot 2 \pi t) - 0.635)^2 dt} \approx 2.1V \end{equation}
La pequeña diferencia entre los valores calculados aquí y tus valores medidos se debe a las suposiciones que hice sobre el comportamiento del diodo (caída de tensión constante del diodo, \$V_{OUT}\$ comportamiento cuando el diodo no está saturado), así como que el comportamiento de los componentes no es ideal, ni tiene exactamente las mismas características que los que elegí para los cálculos.
Bien, ¿cuál fue el voltaje medio en el mismo periodo de tiempo?
\begin{equation} V_{avg} = \frac{1}{p} \int_0^p V(t) dt\\ V_{avg} = \frac{1}{1 ms}\int_{20\mu s}^{480 \mu s}(5 \sin(1000 \cdot 2 \pi t) - 0.635) dt \approx 1.287V \end{equation}
Tu diodo va a caer alrededor de 0,5 a 0,7 V cuando está conduciendo (dependiendo del tipo de diodo), así que lo que estás midiendo es más o menos correcto.
Un rectificador de "media onda" no significa que Vo(pk) = 1/2 * Vin(pk), sólo significa que se obtiene la mitad del ciclo de la onda. Siempre hay algunas pérdidas al rectificar una forma de onda.
Utilizando un modelo de diodo perfecto (sin caída de tensión), una onda sinusoidal rectificada de onda completa "calienta" una resistencia de carga lo mismo que la onda sinusoidal introducida, por lo que su valor RMS es también Vpk/cuadrado(2).
Un escenario de diodo perfecto de media onda calienta la carga la mitad de la cantidad, así que, eleva al cuadrado el valor RMS de la onda sinusoidal, divídelo por 2 y luego toma la raíz cuadrada. RMS(media onda) = Vpk/2 como dice el OP en su pregunta.
Pero, el efecto del diodo reduce Vpk a posiblemente 4,5V (carga ligera) y la forma de onda sólo se presenta durante quizás el 45% del ciclo. El calentamiento se reduce a 4,5 * 0,45 = 2,025V RMS.
Se trata de la parte del ciclo en que se presenta la forma de onda "modificada". Esto se debe al diodo y he tomado una conjetura del 45%, también he tomado una conjetura de que reduce el valor de pico en 0,5V (no es irrazonable para cargas ligeras). Digamos que el diodo bajó 0,6V y la forma de onda se presentó durante el 44% del tiempo, la respuesta sería 1,936V.
Helloworld922 lo calculó en 2,1V. El osciloscopio (presumiblemente de tipo digital con función RMS) calculó que era de 2,01V - en mi opinión, todo es más o menos lo mismo. El 1N4007 tiene un tiempo de recuperación inversa de 30us - ¿se ha tenido en cuenta? Las respuestas se acercan lo suficiente como para corroborar la teoría.
El OP y algunas de las respuestas utilizaron Pico y RMS para diferentes partes de la pregunta. Si la entrada es de 5V de pico, el valor eficaz es 5/1,414=3,536. A través de la resistencia del diodo ideal sería 2,5/1,414= 1,768.
Por lo tanto, creo que se refería a 5 V RMS no pico, y el pensamiento que debe ser 2,5 es correcto para el diodo Ideal. Ahora que cambiaría algunos números en las otras respuestas, pero son buenos. Mantenga la medida del artículo el mismo para la claridad.
Los carteles que dicen que 2,1 y 2,01 son iguales están hablando de estimaciones, no son lo suficientemente buenas para mediciones de precisión, pero están bien para comprobar la cordura.
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