Come funziona un raddrizzatore?

Contenuto

• Raddrizzatore a ponte e diodo raddrizzatore
• Diodi al silicio e germanio
• Circuito raddrizzatore a mezza onda
• Circuito raddrizzatore a onda intera
• Componenti e applicazioni del raddrizzatore
• Usi dei sistemi di raddrizzatori

Potresti chiederti come le linee elettriche attraversano lunghe distanze per scopi diversi. E ci sono diversi "tipi" di elettricità. L'elettricità che alimenta i sistemi ferroviari elettrici potrebbe non essere adatta per elettrodomestici come telefoni e televisori. I raddrizzatori aiutano convertendosi tra questi diversi tipi di elettricità.

Raddrizzatore a ponte e diodo raddrizzatore

I raddrizzatori consentono di convertire da corrente alternata (CA) a corrente continua (CC). La corrente alternata è una corrente che commuta tra il fluire indietro e avanti a intervalli regolari mentre la corrente continua scorre in una sola direzione. In genere si basano su un raddrizzatore a ponte o un diodo raddrizzatore.

Tutti i raddrizzatori utilizzano Giunzioni P-N, dispositivi a semiconduttore che consentono alla corrente elettrica di fluire in una sola direzione dalla formazione di semiconduttori di tipo p con semiconduttori di tipo n. Il lato "p" ha un eccesso di buchi (posizioni in cui non ci sono elettroni) quindi è caricato positivamente. Il lato "n" è caricato negativamente di elettroni nei loro gusci esterni.

Molti circuiti con questa tecnologia sono costruiti con a raddrizzatore a ponte. I raddrizzatori a ponte convertono la corrente alternata in corrente continua utilizzando il suo sistema di diodi costituito da un materiale semiconduttore in un metodo a semionda che rettifica una direzione del segnale CA o un metodo a onda intera che rettifica entrambe le direzioni dell'ingresso CA.

I semiconduttori sono materiali che lasciano scorrere la corrente perché sono fatti di metalli come il gallio o metalloidi come il silicio che sono contaminati da materiali come il fosforo come mezzo per controllare la corrente. È possibile utilizzare un raddrizzatore a ponte per diverse applicazioni per una vasta gamma di correnti.

I raddrizzatori a ponte hanno anche il vantaggio di fornire più tensione e potenza rispetto ad altri raddrizzatori. Nonostante questi vantaggi, i raddrizzatori a ponte soffrono di dover usare quattro diodi con i diodi extra rispetto ad altri raddrizzatori, causando una caduta di tensione che diminuisce la tensione di uscita.

Diodi al silicio e germanio

Gli scienziati e gli ingegneri usano generalmente il silicio più frequentemente del germanio nella creazione di diodi. Le giunzioni in silicone p-n funzionano in modo più efficace a temperature più elevate di quelle al germanio. I semiconduttori al silicio consentono un flusso di corrente elettrica più facile e possono essere creati con costi inferiori.

Questi diodi sfruttano la giunzione p-n per convertire AC in DC come una sorta di "interruttore" elettrico che consente al flusso di corrente di avanzare o in senso inverso in base alla direzione della giunzione p-n. I diodi polarizzati in avanti consentono alla corrente di continuare a fluire mentre i diodi polarizzati al contrario la bloccano. Questo è ciò che fa sì che i diodi al silicio abbiano una tensione diretta di circa 0,7 volt in modo da consentire il flusso di corrente solo se è superiore a volt. Per i diodi al germanio, la tensione diretta è di 0,3 volt.

Il terminale anodico di una batteria, elettrodo o altra sorgente di tensione in cui si verifica l'ossidazione in un circuito, fornisce i fori al catodo di un diodo nel formare la giunzione p-n. Al contrario, il catodo di una sorgente di tensione, in cui si verifica la riduzione, fornisce gli elettroni che vengono inviati all'anodo del diodo.

Circuito raddrizzatore a mezza onda

Puoi studiare come raddrizzatori a semionda sono collegati in circuiti per capire come funzionano. I raddrizzatori a semionda commutano tra polarizzazione diretta e polarizzazione inversa in base al semiciclo positivo o negativo dell'onda CA in ingresso. È questo segnale a un resistore di carico tale che la corrente che fluisce attraverso il resistore è proporzionale alla tensione. Ciò accade a causa della legge di Ohm, che rappresenta la tensione V come il prodotto della corrente io e resistenza R nel V = IR.

È possibile misurare la tensione attraverso la resistenza di carico come tensione di alimentazione V_S, che è uguale alla tensione CC di uscita V_su. La resistenza associata a questa tensione dipende anche dal diodo del circuito stesso. Quindi, il circuito raddrizzatore passa alla polarizzazione inversa in cui prende il semiciclo negativo del segnale CA in ingresso. In questo caso, nessuna corrente scorre attraverso il diodo o il circuito e la tensione di uscita scende a 0. La corrente di uscita è quindi unidirezionale.

Circuito raddrizzatore a onda intera

••• Syed Hussain Ather

I raddrizzatori a onda intera, al contrario, utilizzano l'intero ciclo (con semicicli positivi e negativi) del segnale CA in ingresso. I quattro diodi in un circuito raddrizzatore a onda intera sono disposti in modo tale che, quando l'ingresso del segnale CA è positivo, la corrente fluisce attraverso il diodo da D₁ alla resistenza di carico e ritorno alla sorgente CA attraverso D₂. Quando il segnale CA è negativo, la corrente prende il D₃-caricare-D₄ percorso invece. La resistenza di carico emette anche la tensione CC dal raddrizzatore a onda intera.

Il valore di tensione medio di un raddrizzatore a onda intera è il doppio di quello di un raddrizzatore a mezza onda e il radice quadrata media tensione, un metodo per misurare la tensione CA, di un raddrizzatore a onda intera è √2 volte quello di un raddrizzatore a mezza onda.

Componenti e applicazioni del raddrizzatore

La maggior parte degli apparecchi elettronici della tua famiglia usa la corrente alternata, ma alcuni dispositivi come i laptop convertono questa corrente in corrente continua prima di usarla. La maggior parte dei laptop utilizza un tipo di alimentatore switching (SMPS) che consente alla tensione di uscita CC una maggiore potenza per dimensioni, costi e peso dell'adattatore.

SMPS funziona utilizzando un raddrizzatore, un oscillatore e un filtro che controllano la modulazione della larghezza degli impulsi (un metodo per ridurre la potenza di un segnale elettrico), la tensione e la corrente. L'oscillatore è una sorgente di segnale CA da cui è possibile determinare l'ampiezza della corrente e la direzione in cui scorre. L'adattatore CA per laptop lo utilizza quindi per collegarsi alla fonte di alimentazione CA e converte l'alta tensione CA in bassa tensione CC, una forma che può utilizzare per alimentare se stessa, durante la carica.

Alcuni sistemi di raddrizzatori utilizzano anche un circuito di livellamento o un condensatore che consente loro di emettere una tensione costante, anziché una che varia nel tempo. Il condensatore elettrolitico dei condensatori di livellamento può raggiungere capacità comprese tra 10 e migliaia di microfarad (µF). È necessaria una maggiore capacità per una maggiore tensione di ingresso.

Altri raddrizzatori fanno uso di trasformatori che alterano la tensione utilizzando semiconduttori a quattro strati noti come tiristori accanto ai diodi. UN raddrizzatore controllato al silicio, un altro nome per un tiristore, utilizza un catodo e un anodo separati da un cancello e dai suoi quattro strati per creare due giunzioni p-n disposte una sopra l'altra.

Usi dei sistemi di raddrizzatori

I tipi di sistemi di raddrizzatori variano in base alle applicazioni in cui è necessario modificare la tensione o la corrente. Oltre alle applicazioni già discusse, i raddrizzatori trovano impiego nelle apparecchiature di saldatura, saldatura elettrica, segnali radio AM, generatori di impulsi, moltiplicatori di tensione e circuiti di alimentazione.

I saldatori utilizzati per collegare insieme parti di circuiti elettrici utilizzano raddrizzatori a semionda per una singola direzione dell'ingresso CA. Le tecniche di saldatura elettrica che utilizzano circuiti di raddrizzatori a ponte sono i candidati ideali per fornire una tensione CC polarizzata e stabile.

La radio AM, che modula l'ampiezza, può utilizzare i raddrizzatori a semionda per rilevare i cambiamenti nell'ingresso del segnale elettrico. I circuiti generatori di impulsi, che generano impulsi rettangolari per circuiti digitali, utilizzano raddrizzatori a semionda per modificare il segnale di ingresso.

I raddrizzatori nei circuiti di alimentazione convertono CA in CC da diversi alimentatori. Ciò è utile poiché la corrente continua viene generalmente inviata su lunghe distanze prima di essere convertita in corrente alternata per l'elettricità domestica e i dispositivi elettronici. Queste tecnologie fanno ampio uso del raddrizzatore a ponte in grado di gestire i cambiamenti di tensione.