Il raddrizzatore a singola semionda

La maggior parte dei sistemi elettronici, come TV, sistemi audio e computer, necessitano di una tensione continua (DC) per funzionare correttamente. Poiché la tensione di linea è alternata, è necessario convertirla in una tensione di uscita DC relativamente costante. I circuiti che convertono la tensione alternata (AC) in una tensione continua (DC) sono chiamati Raddrizzatori. Il più semplice raddrizzatore è quello a singola semionda.

Come sapete, il diodo conduce corrente solo in una direzione dall’anodo al suo catodo. Questa caratteristica li rende ideali per costruire circuiti raddrizzatori.

I diodi sono collegati tra loro per formare vari tipi di circuiti raddrizzatori come raddrizzatori a “singola semionda” o “doppia semionda”.

Il più semplice di tutti i raddrizzatori è un raddrizzatore a singola semionda.

Il raddrizzatore a semionda

L’immagine seguente mostra un circuito raddrizzatore a semionda.

Quando una tensione alternata viene applicata attraverso un diodo, il semiciclo positivo della tensione della sorgente polarizzerà direttamente il ​​diodo. In questo caso, il diodo apparirà come un interruttore chiuso e il semiciclo positivo della tensione della sorgente attraverserà il carico.

Durante il semiciclo negativo, il diodo è polarizzato inversamente. In questo caso, il diodo apparirà come un interruttore aperto e non circolerà nessuna corrente nel carico.

Nel raddrizzatore a singola semionda, il diodo conduce durante i semicicli positivi e non durante quelli negativi. Tale forma d’onda è chiamata segnale a singola semionda.

Se il diodo viene invertito, diventerà polarizzato direttamente quando la tensione di ingresso è negativa. Di conseguenza, gli impulsi di uscita saranno negativi.

Questo segnale a singola semionda produce una corrente di carico che scorre in una sola direzione rendendo il circuito unidirezionale.

Valore DC di un segnale a singola semionda

Il valore DC di un segnale a semionda è uguale al valore medio.

Il valore medio del segnale su un ciclo viene calcolato con la formula seguente:

Questa equazione ci dice che il valore DC di un segnale a singola semionda è di circa il 31,8% del valore di picco. Ad esempio, se la tensione di picco del segnale a singola semionda è 10 V, la tensione DC sarà 3,18 V.

Un’approssimazione del secondo ordine

In realtà, non otteniamo una perfetta semionda di tensione attraverso il resistore di carico.

A causa del potenziale di barriera, il diodo non si accende finché la tensione della sorgente non raggiunge circa 0,7 V. Quindi, la tensione di uscita è 0,7 V inferiore alla tensione di picco della sorgente.

Ad esempio, se la tensione di picco della sorgente è di soli 10 V, la tensione di carico avrà un picco di soli 9,3 V.

Pertanto la formula più accurata per calcolare il valore CC di un segnale a semionda è:

Frequenza di uscita

La variazione della forma d’onda di uscita rettificata durante i semicicli positivi e negativi produce una forma d’onda con una grande quantità di Ripple (la parte fluttuante).

L’ondulazione risultante ha la stessa frequenza dell’alimentazione AC in ingresso.

Pertanto, possiamo scrivere:

Filtraggio dell’uscita di un raddrizzatore

L’uscita che otteniamo da un raddrizzatore a singola semionda è una tensione continua pulsante che aumenta fino a un massimo e poi diminuisce fino a zero.

Non abbiamo bisogno di questo tipo di tensione continua. Quello di cui abbiamo bisogno è una tensione continua costante, priva di qualsiasi variazione di tensione o ondulazione, come otteniamo dalla batteria.

Per ottenere una tale tensione, dobbiamo filtrare il segnale a singola semionda. Un modo per farlo è collegare un condensatore, noto come condensatore di livellamento , attraverso il resistore di carico come mostrato di seguito.

Inizialmente, il condensatore è scarico. Durante il primo quarto di ciclo, il diodo è polarizzato in avanti, quindi il condensatore inizia a caricarsi. La carica continua fino a quando l’ingresso non raggiunge il suo valore di picco. A questo punto la tensione del condensatore è uguale a Vp.

Dopo che la tensione di ingresso ha raggiunto il suo picco, inizia a diminuire. Non appena la tensione di ingresso è inferiore a Vp, la tensione ai capi del condensatore supera la tensione di ingresso che spegne il diodo.

Quando il diodo è spento, il condensatore si scarica attraverso il resistore di carico e fornisce la corrente di carico, fino al raggiungimento del picco successivo.

Quando arriva il picco successivo, il diodo conduce brevemente e ricarica il condensatore al valore di picco.

Limitazioni

Se la resistenza di carico è piccola per un dato valore del condensatore, una corrente elevata scorrerà attraverso il carico che scarica il condensatore più rapidamente (a causa della costante di tempo RC) e provoca un aumento delle ondulazioni. Finché la costante di tempo RC è molto maggiore del periodo, il condensatore rimane quasi completamente carico e otteniamo una tensione di uscita DC perfetta. Per avere una maggiore costante di tempo RC, abbiamo bisogno di un condensatore di valore maggiore . Questo non è pratico perché ci sono limiti sia al costo che alle dimensioni del condensatore.

Inoltre non c’è uscita durante il semiciclo negativo, quindi metà della potenza viene sprecata , il che si traduce in un’ampiezza di uscita inferiore.

A causa dei loro principali svantaggi, i raddrizzatori a singola semionda sono usati raramente. Sarebbe più pratico utilizzare un raddrizzatore a onda intera come discusso nel prossimo tutorial.