Tesina su raddrizzatore a ponte di diodi

De Fabritiis Alessio ingegneria dell'automazione

Raddrizzatore a ponte di diodi

Un dispositivo che sia in grado di convertire una forma d'onda di ingresso sinusoidale (a valore medio nullo) in una forma d'onda unidirezionale (anche se non costante), con valore medio diverso da zero, è chiamato raddrizzatore. In questo elaborato esamineremo il funzionamento dei raddrizzatori a diodi.

Caratteristica tensione-corrente del diodo

Il principio di funzionamento del raddrizzatore è basato sui diodi a semiconduttore di cui una generale caratteristica tensione-corrente è riportata nella seguente figura 1. Un diodo a semiconduttore è costituito da un semiconduttore con giunzione pn e la corrente è legata alla tensione mediante la relazione: I V dove dipende dal tipo di semiconduttore = − 1 η0. In condizioni di equilibrio, ai capi dei terminali del diodo isolato non esiste alcuna tensione.

Con un'approssimazione lineare a tratti, possiamo rappresentare il diodo come un circuito aperto per tensioni minori di una certa tensione di soglia (valore tipico di 0,7V), mentre lo possiamo rappresentare come un generatore ideale di tensione pari a V_ON per tensioni maggiori di tale soglia.

Un accorgimento va comunque posto riguardo alla regione di breakdown che impone un limite alla tensione inversa da applicare al diodo. Infatti, per una tensione di polarizzazione inversa pari a V_Z, il diodo presenta un brusco e accentuato scostamento dal comportamento previsto dall’equazione sopra riportata. In corrispondenza di tale valore critico della tensione si manifesta un flusso di corrente inversa molto elevata.

Raddrizzatore a una semionda con filtro capacitivo

Il circuito di base per un raddrizzatore ad una semionda, realizzato tramite un unico diodo e un condensatore di filtraggio in parallelo al carico, è indicato in figura 2. Il trasformatore è utilizzato per convertire la tensione di rete al valore desiderato, mentre il condensatore accumula energia durante la fase di conduzione e la restituisce al carico durante la fase inversa, o di non conduzione. In tal modo viene prolungato il tempo durante il quale scorre corrente nel carico, e viene ridotta notevolmente l'ondulazione.

La tensione di ondulazione è denominata tensione di ripple e è definita come la deviazione della tensione sul carico dal suo valor medio, o valore in continua. Il grafico di figura 3 mostra l'andamento della tensione di uscita nel tempo. Nel primo quarto di periodo, si osserva che l'uscita segue la tensione d'ingresso (a meno di V_ON) fino al valore di picco - V_P + V_ON. Mentre la tensione di ingresso cresce, il diodo è in conduzione (v > V_s + V_ON) e il condensatore, inizialmente scarico, si carica al valore della tensione di ingresso (meno la caduta sul diodo V_ON).

a) Quando la tensione di ingresso raggiunge il massimo e comincia a decrescere, il diodo si interdice. In questa fase, il condensatore si scarica attraverso la resistenza R. Quando il diodo è OFF l'uscita è determinata unicamente dalla tensione del condensatore che si scarica sulla resistenza R;

b) La scarica del condensatore continua fin quando la tensione di ingresso raggiunge nuovamente il valore della tensione di uscita (questo accade in prossimità del successivo picco positivo della tensione d'ingresso);

c) A questo punto, il diodo entra nuovamente in conduzione.