Circuiti elettronici - Raddrizzatori a onda intera

Un circuito raddrizzatore che rettifica sia il semiciclo positivo che quello negativo può essere definito un raddrizzatore a onda intera poiché rettifica il ciclo completo. La costruzione di un raddrizzatore a onda intera può essere realizzata in due tipologie. Loro sono

• Raddrizzatore a onda intera con presa centrale
• Raddrizzatore a ponte a onda intera

Entrambi hanno i loro vantaggi e svantaggi. Esaminiamo ora sia la loro costruzione che il lavoro con le loro forme d'onda per sapere quale è migliore e perché.

Raddrizzatore a onda intera con presa centrale

Un circuito raddrizzatore il cui secondario del trasformatore viene sfruttato per ottenere la tensione di uscita desiderata, utilizzando alternativamente due diodi, per rettificare il ciclo completo è chiamato come un Center-tapped Full wave rectifier circuit. Il trasformatore è centrato qui a differenza degli altri casi.

Le caratteristiche di un trasformatore a presa centrale sono:

• La maschiatura viene eseguita tracciando un cavo nel punto medio dell'avvolgimento secondario. Questo avvolgimento viene diviso in due metà uguali in questo modo.

• La tensione nel punto medio toccato è zero. Questo forma un punto neutro.

• La presa centrale fornisce due tensioni di uscita separate che sono uguali in grandezza ma opposte in polarità l'una all'altra.

• È possibile estrarre un numero di nastri per ottenere diversi livelli di tensione.

Il trasformatore a presa centrale con due diodi raddrizzatori viene utilizzato nella costruzione di un Center-tapped full wave rectifier. Lo schema del circuito di un raddrizzatore a onda intera con presa centrale è mostrato di seguito.

Lavoro di un CT-FWR

Il funzionamento di un raddrizzatore a onda intera con presa centrale può essere compreso dalla figura sopra. Quando viene applicato il semiciclo positivo della tensione di ingresso, il punto M al secondario del trasformatore diventa positivo rispetto al punto N. Ciò rende polarizzato direttamente il diodo $ D_1 $. Quindi la corrente $ i_1 $ scorre attraverso il resistore di carico da A a B. Ora abbiamo i semicicli positivi nell'uscita

Quando viene applicato il semiciclo negativo della tensione di ingresso, il punto M al secondario del trasformatore diventa negativo rispetto al punto N. Ciò rende polarizzato direttamente il diodo $ D_2 $. Quindi la corrente $ i_2 $ fluisce attraverso il resistore di carico da A a B. Ora abbiamo i mezzi cicli positivi in ​​uscita, anche durante i mezzi cicli negativi dell'ingresso.

Forme d'onda di CT FWR

Le forme d'onda di ingresso e di uscita del raddrizzatore a onda intera con presa centrale sono le seguenti.

Dalla figura sopra è evidente che l'output è ottenuto sia per il semiciclo positivo che per quello negativo. Si osserva anche che l'uscita attraverso il resistore di carico è insame direction per entrambi i mezzi cicli.

Tensione inversa di picco

Poiché la tensione massima attraverso la metà dell'avvolgimento secondario è $ V_m $, l'intera tensione secondaria appare attraverso il diodo non conduttore. Quindi ilpeak inverse voltage è il doppio della tensione massima sull'avvolgimento semisecondario, ovvero

$$ PIV = 2V_m $$

Svantaggi

Ci sono pochi svantaggi per un raddrizzatore a onda intera con presa centrale come:

• La posizione della maschiatura centrale è difficile
• La tensione di uscita cc è piccola
• Il PIV dei diodi dovrebbe essere alto

Il prossimo tipo di circuito raddrizzatore a onda intera è il Bridge Full wave rectifier circuit.

Raddrizzatore a ponte a onda intera

Questo è un tale circuito raddrizzatore a onda intera che utilizza quattro diodi collegati a ponte in modo non solo per produrre l'uscita durante l'intero ciclo di ingresso, ma anche per eliminare gli svantaggi del circuito raddrizzatore a onda intera a presa centrale.

Non c'è bisogno di alcuna presa centrale del trasformatore in questo circuito. Quattro diodi chiamati $ D_1 $, $ D_2 $, $ D_3 $ e $ D_4 $ vengono utilizzati nella costruzione di una rete a ponte in modo che due diodi conducano per un mezzo ciclo e due conducano per l'altro mezzo ciclo dell'alimentazione di ingresso. Il circuito di un raddrizzatore a ponte a onda intera è come mostrato nella figura seguente.

Funzionamento di un raddrizzatore a ponte a onda intera

Il raddrizzatore a onda intera con quattro diodi collegati in un circuito a ponte viene utilizzato per ottenere una migliore risposta in uscita a onda intera. Quando è dato il semiciclo positivo dell'alimentazione in ingresso, il punto P diventa positivo rispetto al puntoQ. Questo fa sì che il diodo $ D_1 $ e $ D_3 $ sia polarizzato in avanti mentre $ D_2 $ e $ D_4 $ polarizzato inversamente. Questi due diodi saranno ora in serie con il resistore di carico.

La figura seguente indica questo insieme al flusso di corrente convenzionale nel circuito.

Quindi i diodi $ D_1 $ e $ D_3 $ conducono durante il semiciclo positivo dell'alimentazione di ingresso per produrre l'uscita lungo il resistore di carico. Poiché due diodi funzionano per produrre l'uscita, la tensione sarà il doppio della tensione di uscita del raddrizzatore a onda intera con presa centrale.

Quando viene fornito il semiciclo negativo dell'alimentazione in ingresso, il punto P diventa negativo rispetto al punto Q. Ciò rende i diodi $ D_1 $ e $ D_3 $ polarizzati inversamente mentre $ D_2 $ e $ D_4 $ polarizzati in avanti. Questi due diodi saranno ora in serie con il resistore di carico.

La figura seguente indica questo insieme al flusso di corrente convenzionale nel circuito.

Quindi i diodi $ D_ {2} $ e $ D_ {4} $ conducono durante il semiciclo negativo dell'alimentazione di ingresso per produrre l'uscita lungo il resistore di carico. Anche qui due diodi lavorano per produrre la tensione di uscita. La corrente scorre nella stessa direzione del semiciclo positivo dell'ingresso.

Forme d'onda di Bridge FWR

Le forme d'onda di ingresso e di uscita del raddrizzatore a onda intera con presa centrale sono le seguenti.

Dalla figura sopra, è evidente che l'output è ottenuto sia per il semiciclo positivo che per quello negativo. Si osserva anche che l'uscita attraverso il resistore di carico è insame direction per entrambi i mezzi cicli.

Tensione inversa di picco

Ogni volta che due dei diodi sono in parallelo al secondario del trasformatore, la massima tensione secondaria ai capi del trasformatore appare sui diodi non conduttori che formano il PIV del circuito raddrizzatore. Quindi ilpeak inverse voltage è la tensione massima attraverso l'avvolgimento secondario, ad es

$$ PIV = V_m $$

Vantaggi

Ci sono molti vantaggi per un raddrizzatore a ponte a onda intera, come:

• Non c'è bisogno di maschiatura centrale.
• La tensione di uscita cc è doppia rispetto a quella della presa centrale FWR.
• Il PIV dei diodi è della metà di quello del maschiatore centrale FWR.
• Il design del circuito è più semplice con una migliore uscita.

Analizziamo ora le caratteristiche di un raddrizzatore a onda intera.

Analisi del raddrizzatore a onda intera

Per analizzare un circuito raddrizzatore a onda intera, assumiamo la tensione di ingresso $ V_ {i} $ as,

$$ V_ {i} = V_m \ sin \ omega t $$

L'attuale $ i_1 $ attraverso il resistore di carico $ R_L $ è dato da

$$ i_1 = I_m \ sin \ omega t \ quad per \ quad0 \ leq \ omega t \ leq \ pi $$

$$ i_1 = \ quad0 \ quad \ quad \ quad per \ quad \ pi \ leq \ omega t \ leq 2 \ pi $$

Dove

$$ I_m = \ frac {V_m} {R_f + R_L} $$

$ R_f $ è la resistenza del diodo in condizione ON.

Allo stesso modo, la corrente $ i_2 $ che scorre attraverso il diodo $ D_2 $ e il resistore di carico RL è data da,

$$ i_2 = \ quad \: 0 \ quad \ quad \ quad per \ quad 0 \ leq \ omega t \ leq \ pi $$

$$ i_2 = I_m \ sin \ omega t \ quad for \ quad \ pi \ leq \ omega t \ leq 2 \ pi $$

La corrente totale che scorre attraverso $ R_L $ è la somma delle due correnti $ i_1 $ e $ i_2 $ ie

$$ i = i_1 + i_2 $$

Corrente continua o media

Il valore medio della corrente di uscita che un amperometro CC indicherà è dato da

$$ I_ {dc} = \ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} i_1 \: d \ left (\ omega t \ right) + \ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} i_2 \: d \ left (\ omega t \ right) $$

$$ = \ frac {1} {2 \ pi \ int_ {0} ^ {\ pi}} I_m \ sin \ omega t \: d \ left (\ omega t \ right) + 0 + 0 + $$

$$ \ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} I_m \ sin \ omega t \: d \ left (\ omega t \ right) $$

$$ = \ frac {I_m} {\ pi} + \ frac {I_m} {\ pi} = \ frac {2I_m} {\ pi} = 0.636I_m $$

Questo è il doppio del valore di un raddrizzatore a semionda.

Tensione di uscita CC

La tensione di uscita cc sul carico è data da

$$ V_ {dc} = I_ {dc} \ times R_L = \ frac {2I_mR_L} {\ pi} = 0.636I_mR_L $$

Pertanto la tensione di uscita cc è il doppio di quella di un raddrizzatore a semionda.

Corrente RMS

Il valore RMS della corrente è dato da

$$ I_ {rms} = \ left [\ frac {1} {\ pi} \ int_ {0} ^ {\ pi} t ^ 2 \: d \ left (\ omega t \ right) \ right] ^ {\ frac {1} {2}} $$

Poiché la corrente è delle due stesse forma nelle due metà

$$ = \ left [\ frac {I_ {m} ^ {2}} {\ pi} \ int_ {0} ^ {\ pi} \ sin ^ 2 \ omega t \: d \ left (\ omega t \ right ) \ right] ^ {\ frac {1} {2}} $$

$$ = \ frac {I_m} {\ sqrt {2}} $$

Efficienza del raddrizzatore

L'efficienza del raddrizzatore è definita come

$$ \ eta = \ frac {P_ {dc}} {P_ {ac}} $$

Adesso,

$$ P_ {dc} = \ left (V_ {dc} \ right) ^ 2 / R_L = \ left (2V_m / \ pi \ right) ^ 2 $$

E,

$$ P_ {ac} = \ left (V_ {rms} \ right) ^ 2 / R_L = \ left (V_m / \ sqrt {2} \ right) ^ 2 $$

Perciò,

$$ \ eta = \ frac {P_ {dc}} {P_ {ac}} = \ frac {\ left (2V_m / \ pi \ right) ^ 2} {\ left (V_m / \ sqrt {2} \ right) ^ 2} = \ frac {8} {\ pi ^ 2} $$

$$ = 0,812 = 81,2 \% $$

L'efficienza del raddrizzatore può essere calcolata come segue:

La potenza di uscita CC,

$$ P_ {dc} = I_ {dc} ^ {2} R_L = \ frac {4I_ {m} ^ {2}} {\ pi ^ 2} \ times R_L $$

La potenza di ingresso CA,

$$ P_ {ac} = I_ {rms} ^ {2} \ left (R_f + R_L \ right) = \ frac {I_ {m} ^ {2}} {2} \ left (R_f + R_L \ right) $ $

Perciò,

$$ \ eta = \ frac {4I_ {m} ^ {2} R_L / \ pi ^ 2} {I_ {m} ^ {2} \ left (R_f + R_L \ right) / 2} = \ frac {8} {\ pi ^ 2} \ frac {R_L} {\ left (R_f + R_L \ right)} $$

$$ = \ frac {0,812} {\ sinistra \ {1+ \ sinistra (R_f / R_L \ destra) \ right \}} $$

Pertanto, l'efficienza percentuale è

$$ = \ frac {0,812} {1+ \ left (R_f + R_L \ right)} $$

$$ = 81.2 \% \ quad se \: R_f = 0 $$

Pertanto, un raddrizzatore a onda intera ha un'efficienza doppia rispetto a un raddrizzatore a semionda.

Fattore di ondulazione

Il fattore di forma della tensione di uscita rettificata di un raddrizzatore a onda intera è dato da

$$ F = \ frac {I_ {rms}} {I_ {dc}} = \ frac {I_m / \ sqrt {2}} {2I_m / \ pi} = 1.11 $$

Il fattore di ripple $ \ gamma $ è definito come (usando la teoria dei circuiti ca)

$$ \ gamma = \ left [\ left (\ frac {I_ {rms}} {I_ {dc}} \ right) -1 \ right] ^ {\ frac {1} {2}} = \ left (F ^ 2 -1 \ right) ^ {\ frac {1} {2}} $$

$$ = \ sinistra [\ sinistra (1,11 \ destra) ^ 2 -1 \ destra] ^ \ frac {1} {2} = 0,48 $$

Questo è un grande miglioramento rispetto al fattore di ondulazione del raddrizzatore a semionda che era 1,21

Regolamento

La tensione di uscita cc è data da

$$ V_ {dc} = \ frac {2I_mR_L} {\ pi} = \ frac {2V_mR_L} {\ pi \ left (R_f + R_L \ right)} $$

$$ = \ frac {2V_m} {\ pi} \ left [1- \ frac {R_f} {R_f + R_L} \ right] = \ frac {2V_m} {\ pi} -I_ {dc} R_f $$

Fattore di utilizzo del trasformatore

Il TUF di un raddrizzatore a semionda è 0,287

Ci sono due avvolgimenti secondari in un raddrizzatore a presa centrale e quindi il TUF del raddrizzatore a onda intera con presa centrale è

$$ \ left (TUF \ right) _ {avg} = \ frac {P_ {dc}} {VA \: rating \: of \: a \: transformer} $$

$$ = \ frac {\ left (TUF \ right) _p + \ left (TUF \ right) _s + \ left (TUF \ right) _s} {3} $$

$$ = \ frac {0,812 + 0,287 + 0,287} {3} = 0,693 $$

Half-Wave vs Full-Wave Raddrizzatore

Dopo aver esaminato tutti i valori dei diversi parametri del raddrizzatore a onda intera, proviamo solo a confrontare e contrastare le caratteristiche dei raddrizzatori a semionda e a onda intera.

Termini	Raddrizzatore a mezza onda	FWR con maschiatura centrale	Bridge FWR
Numero di diodi	$ 1 $	$ 2 $	$ 4 $
Toccando il trasformatore	$ No $	$ Sì $	$ No $
Tensione inversa di picco	$ V_m $	$ 2V_m $	$ V_m $
Massima efficienza	$ 40,6 \% $	$ 81,2 \% $	$ 81,2 \% $
Corrente media / cc	$ I_m / \ pi $	$ 2I_m / \ pi $	$ 2I_m / \ pi $
Tensione continua	$ V_m / \ pi $	$ 2V_m / \ pi $	$ 2V_m / \ pi $
Corrente RMS	$ I_m / 2 $	$ I_m / \ sqrt {2} $	$ I_m / \ sqrt {2} $
Fattore di ondulazione	$ 1,21 $	$ 0,48 $	$ 0,48 $
Frequenza di uscita	$ f_ {in} $	$ 2f_ {in} $	$ 2f_ {in} $