Che cos’è il raddrizzatore? Tipi di raddrizzatori e loro funzionamento

Diversi tipi di raddrizzatori – funzionamento e applicazioni

In elettronica, il circuito raddrizzatore è il circuito più usato perché quasi tutti gli apparecchi elettronici funzionano in DC (corrente continua) ma la disponibilità delle fonti DC sono limitate come le prese elettriche nelle nostre case forniscono AC (corrente alternata). Il raddrizzatore è il candidato perfetto per questo lavoro nelle industrie &domestiche per convertire la CA in CC. Anche i nostri caricabatterie per cellulari usano raddrizzatori per convertire la corrente alternata dalle nostre prese di casa in corrente continua. Diversi tipi di raddrizzatori sono utilizzati per applicazioni specifiche.

Abbiamo principalmente due tipi di tipi di tensione presenti che sono ampiamente utilizzati in questi giorni. Sono i tipi di tensione alternata e diretta. Questi tipi di tensione possono essere convertiti da un tipo all’altro usando circuiti speciali progettati per quella particolare conversione. Queste conversioni avvengono ovunque.

La nostra alimentazione principale che otteniamo dalle reti elettriche è di natura alternata e gli apparecchi che usiamo nelle nostre case richiedono generalmente una piccola tensione continua. Questo processo di conversione della corrente alternata in corrente continua prende il nome di raddrizzamento. La conversione da AC a DC è preceduta da un ulteriore processo che può coinvolgere il filtraggio, la conversione DC-DC e così via. Una delle parti più comuni di un alimentatore elettronico è un raddrizzatore a ponte.

Molti circuiti elettronici richiedono un’alimentazione DC rettificata per alimentare vari componenti elettronici di base dalla rete AC disponibile. Il semplice raddrizzatore a ponte è usato in una varietà di dispositivi elettronici di alimentazione basati sulla corrente alternata.

Un altro modo di guardare al circuito raddrizzatore è che, si può dire che converte le correnti invece delle tensioni. Questo ha un senso più intuitivo, perché siamo più abituati a usare la corrente per definire la natura di un componente. Concisamente, un raddrizzatore prende una corrente che ha componenti sia negative che positive e la raddrizza in modo che rimanga solo la componente positiva della corrente.

I raddrizzatori a ponte sono ampiamente utilizzati negli alimentatori che forniscono la tensione continua necessaria per i componenti o i dispositivi elettronici. I dispositivi di commutazione più efficienti, le cui caratteristiche sono pienamente note, sono i diodi. In teoria qualsiasi interruttore a stato solido che può essere controllato o non può essere controllato può essere usato al posto dei diodi.

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Di solito, i tipi di raddrizzatori sono classificati in base alla loro uscita. In questo articolo, discuteremo molti tipi di raddrizzatori come:

• Rettificatori monofase
• Rettificatori trifase
• Rettificatori non controllati
• Rettificatori a mezza onda
• Rettificatori a onda piena
• Rettificatori a ponte
• Rettificatori con punta centraleRaddrizzatori tappati

Cos’è il raddrizzatore?

Un raddrizzatore è un dispositivo elettrico composto da uno o più diodi che converte la corrente alternata (AC) in corrente continua (DC). È usato per la rettificazione dove il processo qui sotto mostra come converte la corrente alternata in continua..

Che cos’è la rettifica?

La rettificazione è il processo di conversione della corrente alternata (che cambia periodicamente direzione) in corrente continua (flusso in una sola direzione).

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Tipi di raddrizzatori

Ci sono principalmente due tipi di raddrizzatori:

1. Rettificatore non controllato
2. Rettificatore controllato

I raddrizzatori a ponte sono di molti tipi e le basi per la classificazione possono essere molte, per nominarne alcune, tipo di alimentazione, configurazioni del circuito a ponte, capacità di controllo ecc. I raddrizzatori a ponte possono essere ampiamente classificati in raddrizzatori monofase e trifase in base al tipo di ingresso su cui lavorano. Entrambi questi tipi includono queste ulteriori classificazioni che possono essere fatte in raddrizzatori monofase e trifase.

L’ulteriore classificazione si basa sui dispositivi di commutazione che il raddrizzatore utilizza e i tipi sono raddrizzatori non controllati, a metà controllati e completamente controllati. Alcuni dei tipi di raddrizzatori sono discussi di seguito.

In base al tipo di circuito di raddrizzamento, i raddrizzatori sono classificati in due categorie.

• Rettificatore a mezza onda
• Rettificatore a onda intera

Il raddrizzatore a mezza onda converte solo metà dell’onda AC in segnale DC, mentre il raddrizzatore a onda intera converte il segnale AC completo in DC.

Il raddrizzatore a ponte è il raddrizzatore più comunemente usato in elettronica e questa relazione tratterà il funzionamento e la realizzazione di uno. Il semplice circuito raddrizzatore a ponte è il metodo più popolare per il raddrizzamento a onda intera.

Discuteremo sia i raddrizzatori controllati che quelli non controllati (a mezze onde e a onda intera a ponte) in dettaglio con schemi di circuito e funzionamento come segue.

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Raddrizzatore non controllato:

Il tipo di raddrizzatore la cui tensione di uscita non può essere controllata è chiamato raddrizzatore non controllato.

Un raddrizzatore usa interruttori per funzionare. Gli interruttori possono essere di vari tipi, in generale, interruttori controllabili e interruttori incontrollabili. Un diodo è un dispositivo unidirezionale che permette il flusso di corrente in una sola direzione. Il funzionamento di un diodo non è controllato in quanto condurrà finché è polarizzato in avanti.

Con una configurazione di diodi in un qualsiasi raddrizzatore, il raddrizzatore non è completamente sotto il controllo dell’operatore, quindi questi tipi di raddrizzatori sono chiamati raddrizzatori incontrollati. Non permette di variare la potenza a seconda della necessità del carico. Quindi questo tipo di raddrizzatore è comunemente usato in alimentazioni costanti o fisse.

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Il raddrizzatore non controllato usa solo diodi e dà una tensione di uscita fissa che dipende solo dall’ingresso AC.

Tipi di raddrizzatori non controllati:

I raddrizzatori non controllati sono ulteriormente divisi in due tipi:

1. raddrizzatore a mezza onda
2. raddrizzatore a onda intera

raddrizzatore a mezza onda:

Un tipo di raddrizzatore che converte solo il mezzo ciclo della corrente alternata (AC) in corrente continua (DC) è conosciuto come raddrizzatore a mezza onda.

• Rettificatore a mezza onda positiva:

Un raddrizzatore a mezza onda che converte solo il mezzo ciclo positivo e blocca il mezzo ciclo negativo.

• Rettificatore a semionda negativo:

Un raddrizzatore a semionda negativo converte solo il semiciclo negativo della corrente alternata in corrente continua.

In tutti i tipi di raddrizzatori, un raddrizzatore a semionda è il più semplice di tutti in quanto è composto da un solo diodo.

Un diodo permette il flusso di corrente in una sola direzione conosciuta come forward bias. Una resistenza di carico RL è collegata in serie con il diodo.

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Mezzo ciclo positivo:

Durante il mezzo ciclo positivo, l’anodo terminale del diodo diventerà positivo e il catodo diventerà negativo, noto come forward bias. E permetterà al ciclo positivo di fluire attraverso.

Mezzo ciclo negativo:

Durante il mezzo ciclo negativo, l’anodo diventerà negativo e il catodo diventerà positivo, che è noto come polarizzazione inversa. Quindi il diodo bloccherà il ciclo negativo.

Quindi quando una sorgente AC è collegata al raddrizzatore a semionda, solo mezzo ciclo scorrerà attraverso di esso come mostrato nella figura sottostante.

L’uscita di questo raddrizzatore è presa attraverso la resistenza di carico RL. Se guardiamo il grafico ingresso-uscita, mostra un semiciclo positivo pulsante dell’ingresso.

L’uscita del raddrizzatore a mezza onda ha troppe ondulazioni &non è molto pratico usare questa uscita come sorgente DC. Per smussare questa uscita pulsante, si introduce un condensatore attraverso la resistenza. Il condensatore si carica durante il ciclo positivo e si scarica durante il ciclo negativo per dare un segnale di uscita regolare.

Questi tipi di raddrizzatori sprecano la potenza del mezzo ciclo dell’ingresso AC.

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Raddrizzatore ad onda piena:

Un raddrizzatore ad onda piena converte entrambi i mezzi cicli positivi e negativi della corrente alternata (AC) in corrente continua (DC). Fornisce una tensione di uscita doppia rispetto al raddrizzatore a semionda

Un raddrizzatore a onda piena è composto da più di un diodo.

Ci sono due tipi di raddrizzatore a onda piena.

1. Rettificatore a ponte
2. Rettificatore Center-Tap

Raddrizzatore a ponte

Un raddrizzatore a ponte usa quattro diodi per convertire entrambi i mezzi cicli dell’ingresso AC in uscita DC.

In questo tipo di raddrizzatore, i diodi sono collegati in una forma specifica come indicato di seguito.

Mezzo ciclo positivo:

Durante il mezzo ciclo positivo di ingresso, il diodo D1 & D2 diventa forward bias mentre D3 & D4 diventa reverse bias. Il diodo D1 & D2 forma un circuito chiuso che fornisce una tensione di uscita positiva attraverso la resistenza di carico RL.

Mezzo ciclo negativo:

Durante il mezzo ciclo negativo, il diodo D3 & D4 diventa forward bias mentre D1 & D2 diventa reverse bias. Ma la polarità attraverso la resistenza di carico RL rimane la stessa e fornisce un’uscita positiva attraverso il carico.

L’uscita del raddrizzatore a onda intera ha basse ondulazioni rispetto al raddrizzatore a mezza onda, ma non è ancora liscia e costante.

Al fine di rendere la tensione di uscita liscia &stabile, un condensatore è posto all’uscita come mostrato nella figura qui sotto.

Il condensatore si carica &scarica che rende regolari le transizioni tra i mezzi cicli.

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Funzionamento del circuito raddrizzatore a ponte

Dallo schema del circuito è evidente che i diodi sono collegati in un modo particolare. Questa particolare disposizione dà al convertitore il suo nome. Nel raddrizzatore a ponte, la tensione che viene data in ingresso può provenire da qualsiasi fonte. Può provenire da un trasformatore che viene utilizzato per aumentare o diminuire la tensione o può provenire dalla rete della nostra alimentazione domestica. In questo articolo, stiamo usando un trasformatore 6-0-6 con spillamento centrale per fornire la tensione CA.

Nella prima fase di lavoro del raddrizzatore, durante il mezzo ciclo positivo, i diodi D3-D2 vengono polarizzati in avanti e conducono. I diodi D1-D4 vengono invertiti e non conducono in questo mezzo ciclo, agendo come interruttori aperti. Così, otteniamo un mezzo ciclo positivo all’uscita. Al contrario, nel mezzo ciclo negativo, i diodi D1-D4 vengono polarizzati in avanti e iniziano a condurre mentre i diodi D3-D2 vengono polarizzati in modo inverso e non conducono in questo mezzo ciclo.

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Ancora una volta, otteniamo un mezzo ciclo positivo in uscita. Alla fine del processo di raddrizzamento, la parte negativa della corrente alternata è convertita in un ciclo positivo. L’uscita del raddrizzatore è costituita da due impulsi semipositivi con la stessa frequenza e grandezza di quelli d’ingresso.

In contrasto con il funzionamento di un raddrizzatore a mezza onda, il raddrizzatore a ponte intero ha un altro ramo che gli permette di condurre per la metà negativa della forma d’onda della tensione, cosa che il raddrizzatore a mezzo ponte non aveva modo di fare. Così la tensione media all’uscita del raddrizzatore a ponte intero è doppia rispetto a quella del raddrizzatore a mezzo ponte.

Anche se noi usiamo quattro diodi di potenza individuali per fare un raddrizzatore a ponte a onda intera, sono disponibili “off-the-shelf” componenti di raddrizzatori a ponte preconfezionati in una gamma di diverse dimensioni di tensione e corrente che possono essere usati direttamente per fare un circuito funzionante.

La forma d’onda della tensione d’uscita dopo il raddrizzamento non è una vera e propria DC, quindi possiamo provare a renderla più in una forma d’onda DC usando un condensatore per il filtraggio. I condensatori di livellamento o di riserva che sono collegati in parallelo con il carico attraverso l’uscita del circuito raddrizzatore a ponte a onda intera aumentano il livello medio di uscita DC alla tensione DC media richiesta in uscita perché il condensatore non solo agisce come componente di filtraggio, ma si carica e scarica periodicamente aumentando efficacemente la tensione di uscita.

Il condensatore si carica finché la forma d’onda va al suo picco e si scarica uniformemente nel circuito di carico quando la forma d’onda inizia ad andare bassa. Così, quando l’uscita sta andando in basso, il condensatore mantiene la corretta fornitura di tensione nel circuito di carico, creando così la DC.

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Svantaggi di un raddrizzatore a ponte:

1. Basse ondulazioni nel segnale DC in uscita
2. Alta efficienza del raddrizzatore
3. Bassa perdita di potenza

Svantaggi del raddrizzatore a ponte:

1. Il raddrizzatore a ponte è più complesso di un raddrizzatore a semionda
2. Maggiore perdita di potenza rispetto al raddrizzatore a onda piena con attacco centrale.

Raddrizzatore Center-Tap

Questo tipo di raddrizzatore a onda piena usa un trasformatore center-tap & due diodi.

Un trasformatore center-tap è un trasformatore a doppia tensione che ha due ingressi (I1 & I2) e tre terminali di uscita (T1, T2, T3). Il terminale T2 è collegato al centro della bobina di uscita che funge da massa di riferimento (o volt di riferimento). Il terminale T1 produce una tensione positiva e il terminale T3 produce una tensione negativa rispetto al T2.

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Il progetto del raddrizzatore a taglio centrale è dato di seguito:

Mezzo ciclo positivo:

Durante il mezzo ciclo positivo di ingresso, il T1 produrrà una tensione positiva e il T2 una tensione negativa. Il diodo D1 diventerà forward bias & il diodo D2 diventerà reverse bias. Questo crea un percorso stretto da T1 a T2 attraverso la resistenza di carico RL come mostrato di seguito.

Mezzo ciclo negativo:

Ora durante il semiciclo negativo dell’ingresso, T1 genererà un ciclo negativo & T2 genererà un ciclo positivo. Questo metterà il diodo D1 in polarizzazione inversa & il diodo D2 in polarizzazione in avanti. Ma la polarità attraverso la resistenza di carico RL è ancora la stessa mentre la corrente prende il percorso da T3 a T1 come mostrato nella figura qui sotto.

L’uscita DC di un raddrizzatore center-tap ha anche delle ondulazioni e non è liscia &costante. Un condensatore all’uscita rimuoverà l’ondulazione e renderà l’uscita DC stabile.

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Raddrizzatore controllato:

Un tipo di raddrizzatore la cui tensione di uscita può essere variata o cambiata è chiamato raddrizzatore controllato.

La necessità di un raddrizzatore controllato è evidente quando esaminiamo i difetti di un raddrizzatore a ponte non controllato. Per trasformare un raddrizzatore incontrollato in un raddrizzatore controllato usiamo dispositivi a stato solido controllati dalla corrente come SCR, MOSFET e IGBT. Abbiamo il pieno controllo quando gli SCR si accendono o si spengono in base agli impulsi di gate che gli applichiamo. Questi sono generalmente più preferiti delle loro controparti non controllate.

È composto da uno o più di un SCR (Silicon Controlled Rectifier).

Un SCR, noto anche come tiristore è un diodo a tre terminali. Questi terminali sono l’anodo, il catodo & e un ingresso di controllo noto come Gate.

Proprio come un semplice diodo, un SCR conduce in polarizzazione in avanti e blocca la corrente in polarizzazione inversa, ma inizia la conduzione in avanti solo quando c’è un impulso all’ingresso del gate. Così la tensione di uscita può essere controllata usando l’ingresso del gate.

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Tipi di raddrizzatore controllato

Ci sono due tipi di raddrizzatore controllato.

Raddrizzatore controllato a mezza onda

Il raddrizzatore controllato a mezza onda è composto da un singolo SCR (Silicon Controlled Rectifier).

Il raddrizzatore controllato a mezz’onda ha la stessa struttura del raddrizzatore a mezz’onda non controllato, tranne che sostituiamo il diodo con un SCR come mostrato nella figura qui sotto.

Un SCR non conduce in polarizzazione inversa, quindi bloccherà il mezzo ciclo negativo.

Durante il mezzo ciclo positivo, l’SCR condurrà corrente su una condizione quando un impulso viene applicato all’ingresso del gate. L’ingresso del gate è, naturalmente, un segnale di impulso periodico che è progettato per attivare l’SCR ad ogni mezzo ciclo positivo.

In questo modo, possiamo controllare la tensione di uscita di questo raddrizzatore.

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L’uscita dell’SCR è anche una tensione/corrente continua pulsante. Questi impulsi sono rimossi usando un condensatore parallelo alla resistenza di carico RL.

Raddrizzatore controllato ad onda intera

Un tipo di raddrizzatore che converte sia il mezzo ciclo positivo che quello negativo della corrente alternata in corrente continua e controlla l’ampiezza dell’uscita è conosciuto come raddrizzatore controllato ad onda intera.

Proprio come il raddrizzatore non controllato, il raddrizzatore a onda piena controllato ha due tipi.

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Raddrizzatore a Ponte Controllato

In questo raddrizzatore, il ponte di diodi è sostituito da un ponte SCR (tiristore) con la stessa configurazione come mostrato nella figura sottostante.

Mezzo ciclo positivo:

Durante il ciclo positivo, l’SCR (tiristore) T1 & T2 conduce quando viene applicato l’impulso di gate. T3 & T4 sarà a polarizzazione invertita, quindi bloccherà la corrente. La tensione di uscita sarà stabilita attraverso la resistenza di carico RL come mostrato sotto.

Mezzo ciclo negativo:

Durante il mezzo ciclo negativo, il tiristore T3 & T4 diventerà forward bias considerando l’impulso di ingresso gate & il T1 & T2 diventerà reverse bias. La tensione di uscita apparirà attraverso la resistenza di carico RL.

Alla fine dell’uscita, un condensatore viene utilizzato per rimuovere le ondulazioni e rende l’uscita costante & regolare.

Raddrizzatore Center-Tap controllato:

Proprio come il raddrizzatore incontrollato center-tap, questo progetto utilizza due SCR che sostituiscono i due diodi.

Entrambi questi SCR commutano in modo diverso a seconda della frequenza AC in ingresso.

Il suo funzionamento è lo stesso del raddrizzatore incontrollato &il suo disegno schematico è dato sotto.

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Raddrizzatori Monofase e Trifase

Questa classificazione è basata sul tipo di ingresso su cui lavora un raddrizzatore. La denominazione è abbastanza semplice. Quando l’ingresso è monofase, il raddrizzatore è chiamato raddrizzatore monofase e quando l’ingresso è trifase, è chiamato raddrizzatore trifase.

Il raddrizzatore a ponte monofase consiste di quattro diodi, mentre un raddrizzatore trifase usa sei diodi disposti in modo particolare per ottenere l’uscita desiderata. Questi possono essere raddrizzatori controllati o non controllati a seconda dei componenti di commutazione usati in ogni raddrizzatore come diodi, tiristori, e così via.

Confronto tra raddrizzatori

La seguente tabella mostra la compassione tra diversi tipi di raddrizzatori come il raddrizzatore a mezza onda, il raddrizzatore a onda piena e il raddrizzatore con punte centrali.

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Applicazioni dei raddrizzatori

Fondamentalmente, quasi tutti i circuiti elettronici operano su tensioni DC. Lo scopo principale dell’uso del raddrizzatore è la rettifica, che significa convertire le tensioni AC in tensioni DC. Il suo significato, i raddrizzatori sono utilizzati in quasi tutti i raddrizzatori di potenza e apparecchi elettronici.

Di seguito è riportato l’elenco delle applicazioni comuni e gli usi di diversi raddrizzatori.

• Rettifica cioè la conversione delle tensioni CC in tensioni CA.
• I raddrizzatori sono utilizzati nella saldatura elettrica per fornire la tensione polarizzata.
• Si usa anche nella trazione, nel materiale rotabile e nei motori di trazione trifase usati per far funzionare i treni.
• I raddrizzatori a mezza onda sono usati nel repellente per zanzare e nel saldatore.
• Rettificatore a mezza onda usato anche nella radio AM come rilevatore e rilevatore di picchi di segnale.
• Rettificatori usati anche nella modulazione, demodulazione e moltiplicatori di tensione.

• Tipi di filtri passa alto attivi
• Tipi di filtri passa alto passivi
• Tipi di filtri passa basso attivi
• Tipi di filtri passa basso passivi
• Tipi di DEMUX – Applicazioni di demultiplexer
• Tipi di MUX – Applicazioni di multiplexer digitali
• Tipi di sommatori binari & Sottrattore
• Tipi di encoder binario
• Tipi di decoder binario