Raddrizzatori monofase

I raddrizzatori monofase vengono utilizzati per convertire la tensione e la corrente di alimentazione CA in CC, come richiesto per l'alimentazione di apparecchiature e dispositivi elettronici digitali. L'alimentazione di rete standard fornita alle case e al commercio è CA. Tuttavia, la maggior parte dell'elettronica digitale è progettata per funzionare con alimentazione CC. I raddrizzatori sono dispositivi che possono essere utilizzati per trasformare l'elettricità CA in un'alimentazione CC compatibile. Un raddrizzatore fa passare la corrente in una sola direzione, trasformando così l'ingresso CA bipolare in un'uscita raddrizzata unipolare. I circuiti raddrizzatori utilizzano uno o più diodi per far passare solo l'alimentazione CA positiva o negativa, risultando in una sorgente pulsante, che viene quindi filtrata per ottenere una tensione e una corrente CC regolari e coerenti. Questo video introduce i concetti fondamentali dei circuiti raddrizzatori e diodi, dimostra diversi circuiti raddrizzatori comuni e verifica l'uscita di tensione dei circuiti raddrizzatori con variazioni nell'ingresso di tensione e nella configurazione di carico.

I raddrizzatori sono dispositivi utilizzati nei circuiti elettronici per far passare la corrente in una direzione e bloccarla nell'altra direzione. I raddrizzatori consentono il passaggio di corrente solo quando viene superata una tensione diretta di soglia. I raddrizzatori a diodi hanno due terminali, l'anodo e il catodo, con la corrente che scorre da anodo a catodo e bloccata da catodo ad anodo. I raddrizzatori a semionda monofase fanno passare la tensione attraverso un singolo diodo. In questo circuito, solo la metà positiva della tensione di ingresso CA trasmette all'uscita attraverso il resistore di carico. Se il diodo fosse invertito, solo la metà negativa della tensione di ingresso CA apparirebbe attraverso il resistore. La tensione per la metà negativa del ciclo CA è bloccata. Con una sola polarità, la tensione di uscita RMS, o radice quadrata media, è ridotta rispetto a quella della tensione di ingresso bipolare. I raddrizzatori a onda intera fanno passare entrambi i semicicli della tensione di ingresso CA attraverso un circuito a ponte a quattro diodi, come mostrato. Invertendo la polarità della metà negativa e producendo una tensione di uscita media più elevata attraverso il resistore di carico. I raddrizzatori producono una corrente unidirezionale, ma pulsante, con l'effetto più evidente nei raddrizzatori a semionda. Tuttavia, l'uscita del raddrizzatore è tipicamente filtrata dall'aggiunta di un induttore in serie con la resistenza di carico. Nel raddrizzatore a onda intera, un condensatore assemblato in parallelo al resistore di carico ha lo stesso scopo. Questo video illustra il funzionamento del raddrizzatore monofase a mezza onda e a onda intera con diversi carichi di uscita, le caratteristiche di spegnimento dei diodi e il filtraggio della tensione di uscita CC utilizzando diversi circuiti.

Per questa dimostrazione del funzionamento del raddrizzatore, vengono utilizzate due diverse sorgenti CA, ad alta frequenza, un ingresso di un kilohertz, viene prodotto utilizzando un generatore di funzioni con uscita sinusoidale di picco di 10 volt. L'ingresso a bassa frequenza a 60 hertz è fornito da un variatore. Non toccare nessuna parte del circuito mentre è alimentato. Quando si utilizza la sorgente del generatore di funzioni, i circuiti vengono messi a terra come mostrato. Non mettere a terra l'alimentazione variac. Per impostare il generatore di funzioni per l'uscita ad alta frequenza, collegare la sonda differenziale a un canale uno dell'oscilloscopio e una sonda 10x al canale due. Regolare i fattori di scala su 20x sulla sonda differenziale e 10x sulla sonda 10x. Nei menu del canale dell'oscilloscopio, impostare entrambe le sonde su 10x. Per la sonda differenziale, moltiplicare manualmente le misurazioni per due per raggiungere l'uscita desiderata di 20x. Quindi, collegare un cavo BNC a coccodrillo all'uscita da 50 ohm del generatore di funzioni e collegare le clip a coccodrillo alla sonda del cannocchiale 10x. Impostare l'uscita su un picco di 10 volt e una forma d'onda sinusoidale di 1.000 hertz con offset CC pari a zero. Una volta impostato il segnale di conseguenza, scollegare il connettore bnc e la sonda dell'oscilloscopio, ma tenere acceso il generatore di funzioni per mantenere le sue impostazioni. Per impostare il variac per l'uscita a bassa frequenza, assicurarsi che la presa di uscita sia scollegata e che sia spenta con la manopola impostata su zero. Quindi, regolare lentamente la manopola variac al cinque percento di uscita per ottenere un picco di 10 volt.

Innanzitutto, testare il raddrizzatore a semionda con una tensione di ingresso ad alta frequenza e un carico resistivo. Costruire il circuito come mostrato, utilizzando una resistenza di carico da 51 ohm e un diodo da 50 volt e due ampere. La polarità del diodo è contrassegnata con il simbolo di un trattino sull'estremità del catodo. Prima di collegare la sonda differenziale al circuito, collegare i terminali della sonda e regolare la forma d'onda a zero tensione di offset. Quindi, collegare la sonda di tensione differenziale attraverso il resistore di carico per osservare la tensione di uscita e la sonda 10x attraverso il lato CA per osservare la tensione di ingresso. Quindi, regolare la base dei tempi sull'oscilloscopio per mostrare la tensione di ingresso e di uscita per quattro cicli di tensione di ingresso. Scollegare il generatore di funzioni e rimuovere la sonda differenziale dal circuito prima di apportare qualsiasi modifica. Successivamente, testare il raddrizzatore a semionda con ingresso ad alta frequenza e un carico induttivo resistivo. Riutilizzare il circuito, aggiungendo un induttore in serie con il resistore, come mostrato. Come descritto in precedenza, collegare le sonde al circuito e visualizzare le forme d'onda della tensione di ingresso e di uscita. Spegnere il generatore di funzioni, scollegare la sonda differenziale e rimuovere l'induttore dal circuito. Infine, testare il raddrizzatore a semionda con ingresso a bassa frequenza e un carico resistivo. Collegare la sonda differenziale attraverso il variac e accenderla. Regolare il variac per ottenere un'uscita di picco di 10 volt, quindi spegnere il variac senza modificarne l'impostazione della tensione. Collegare l'uscita variac al circuito resistivo, come mostrato. Quindi, collegare la sonda di tensione differenziale attraverso il resistore di carico per osservare la tensione di uscita. Attiva il variac. Non toccare il circuito con il variac power collegato e acceso. Come descritto in precedenza, visualizza le forme d'onda della tensione di ingresso e di uscita.

Innanzitutto, testare il raddrizzatore a onda intera con un carico resistivo. Costruire il circuito come mostrato e collegare le sonde e l'uscita variac al circuito. Come descritto in precedenza, visualizzare le forme d'onda della tensione di ingresso e di uscita e misurare le tensioni da picco a picco. Mantenendo i collegamenti della sonda, spegnere il variac e collegare un condensatore elettrolitico in parallelo con il carico resistivo. Quindi osservare la tensione di ingresso e di uscita.

La prima figura mostra quattro cicli di una tensione di alimentazione CA e l'uscita da un carico resistivo accoppiato a un raddrizzatore a semionda. Solo il semiciclo positivo della tensione alternata in ingresso passa attraverso il raddrizzatore a diodi. Se la tensione di ingresso del circuito raddrizzatore a semionda è sinusoidale, la tensione media di uscita per un singolo diodo con un carico resistivo è la tensione di picco di ingresso divisa per pi greco. Quando un induttore viene aggiunto in serie con il resistore di carico, la regione di spegnimento del diodo viene ritardata. Questa combinazione di induttore e resistore è un filtro passa-basso. Quando il valore dell'induttore è sufficientemente grande, la componente oscillatoria dell'uscita viene bloccata, lasciando solo la componente CC costante. Per un raddrizzatore a ponte intero, i semicicli positivi di ingresso passano attraverso il circuito e i semicicli negativi vengono rettificati in positivo. L'aggiunta di un condensatore sufficientemente grande filtra la maggior parte dell'ondulazione di tensione e fornisce al carico una tensione CC costante.

I raddrizzatori a diodi si trovano nella maggior parte degli alimentatori, dei caricabatterie, dei convertitori di frequenza e in molti circuiti di protezione. Innanzitutto, gli adattatori di alimentazione CA vengono utilizzati per convertire l'alimentazione per le macchine alimentate in CC o per ricaricare le batterie CC contenute nei dispositivi. L'adattatore può essere semplice come un circuito costituito da un trasformatore per ridurre la tensione dall'alimentazione a parete a 120 volt, un raddrizzatore a onda intera a ponte a quattro diodi e un condensatore per attenuare la tensione di uscita CC. I tiristori sono raddrizzatori controllati in silicone comunemente utilizzati nei dimmer di luce, nei regolatori di velocità dei motori e nei regolatori di tensione. In base alla progettazione, il tiristore serve per alternare strati di semiconduttori di tipo P e N utilizzati per creare un anodo all'estremità di tipo P, un catodo all'estremità di tipo N e un salto di gate collegato allo strato di tipo P accanto al catodo. Al di sopra di una soglia di blocco, un impulso di corrente nel gate commuta il tiristore da spento a acceso, consentendo il flusso di corrente diretta dall'anodo al catodo. Questo raddrizza il flusso di corrente in una direzione e regola la potenza di uscita con un meccanismo di commutazione integrato.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE ai raddrizzatori monofase. A questo punto è necessario comprendere il funzionamento dei raddrizzatori monofase, i circuiti raddrizzatori comuni e la loro uscita e alcune applicazioni comuni dei raddrizzatori. Grazie per l'attenzione.