Capitolul 6 Aplicații cu diode (surse de alimentare, regulatoare de tensiune; limitatoare) Analog Devices Wiki
Cuprins
6.1 Redresor
Un redresor este un dispozitiv electric care convertește curent alternativ (AC) în curent continuu (DC), un proces cunoscut sub numele de rectificare. Redresoarele au multe utilizări, inclusiv ca componente ale surselor de alimentare și ca detectoare de modulare a amplitudinii (detectoare de plic) a semnalelor radio. Redresoarele sunt realizate cel mai frecvent folosind diode în stare solidă, dar pot fi utilizate alte tipuri de componente atunci când sunt implicate tensiuni sau curenți foarte mari. Când se folosește o singură diodă pentru a rectifica AC (prin blocarea porțiunii negative sau pozitive a formei de undă), diferența dintre termenul diodă și termenul de redresor este pur și simplu una dintre utilizări. Termenul redresor descrie o diodă care este utilizată pentru a converti AC în CC. Majoritatea circuitelor redresoare conțin un număr de diode într-un aranjament specific pentru a converti mai eficient puterea de curent alternativ în curent continuu decât este posibil cu o singură diodă.
6.1.1 Redresare pe jumătate de undă
În rectificarea pe jumătate de undă, fie jumătatea pozitivă, fie cea negativă a undei AC este trecută, în timp ce cealaltă jumătate este blocată. Deoarece doar jumătate din forma de undă de intrare ajunge la ieșire, este eficientă doar cu 50% dacă este utilizată pentru transferul de energie. Redresarea pe jumătate de undă poate fi realizată cu o singură diodă într-o singură fază de alimentare așa cum se arată în figura 6.1, sau cu trei diode într-o sursă trifazată.
Figura 6.1 Redresor cu jumătate de undă folosind o diodă
Tensiunea de ieșire DC a unui redresor cu jumătate de undă, având o intrare sinusoidală, poate fi calculată cu următoarele ecuații ideale:
6.1.2 Rectificare cu undă completă
Un redresor cu undă completă convertește atât jumătățile pozitive, cât și cele negative ale formei de undă de intrare într-o singură polaritate (pozitivă sau negativă) la ieșirea sa. Prin utilizarea ambelor jumătăți ale formei de undă de curent alternativ, rectificarea cu undă completă este mai eficientă decât jumătatea de undă.
Când se folosește un transformator simplu fără un secundar central, sunt necesare patru diode în locul celei necesare pentru rectificarea pe jumătate de undă. Patru diode dispuse în acest fel sunt numite pod de diode sau redresor de pod, așa cum se arată în figura 6.2. Redresorul de punte poate fi, de asemenea, utilizat pentru traducerea unei intrări DC de polaritate necunoscută sau arbitrară într-o ieșire de polaritate cunoscută. Acest lucru este în general necesar în telefoanele electronice sau alte dispozitive de telefonie în care polaritatea DC pe cele două fire ale telefonului este necunoscută. Există, de asemenea, aplicații pentru protecția împotriva inversării accidentale a bateriei în circuitele alimentate cu baterie.
Figura 6.2 Redresor cu punte: un redresor cu undă completă care folosește 4 diode.
Figura 6.3 Redresor cu undă completă utilizând un transformator cu filet central și 2 diode.
Dacă este inclusă o a doua pereche de diode ca în figura 6.4, pot fi generate atât tensiuni de polaritate pozitive, cât și negative, în raport cu robinetul central al transformatorului. Se poate vedea, de asemenea, acest aranjament ca același lucru cu adăugarea unei robinete centrale la înfășurarea secundară în redresorul de undă completă din figura 6.2.
Figura 6.4 Polaritate duală Redresor cu undă completă utilizând un transformator cu filet central și 4 diode.
Redresoare cu diode de activitate ALM1000
6.1.3 Netezirea ieșirii redresorului
Redresarea pe jumătate de undă sau pe undă completă nu produce o tensiune continuă DC așa cum am văzut în figurile anterioare. Pentru a produce o tensiune continuă DC de la o sursă de curent alternativ, este necesar un filtru sau un circuit de netezire. În cea mai simplă formă, acesta poate fi doar un condensator plasat pe ieșirea continuă a redresorului. Va rămâne în continuare o cantitate de tensiune alternativă în cazul în care tensiunea nu este complet netezită. Amplitudinea ondulației rămase depinde de cât de mult descarcă capacitatea condensatorului între vârfurile formei de undă.
Figura 6.5 (a) Filtru RC cu redresor pe jumătate de undă
Figura 6.5 (b) Filtru RC cu redresor cu undă completă
Dimensiunea condensatorului de filtrare, C1, reprezintă un compromis. Pentru o sarcină dată, RL, un condensator mai mare va reduce ondularea, dar va costa mai mult și va crea curenți de vârf mai mari în transformatorul secundar și în alimentarea cu acesta. În cazuri extreme în care multe redresoare sunt încărcate pe un circuit de distribuție a energiei, se poate dovedi dificil pentru rețeaua de distribuție a energiei să mențină o formă de undă de tensiune sinusoidală corect formată.
Pentru o ondulare tolerabilă dată, dimensiunea necesară a condensatorului este proporțională cu curentul de sarcină și invers proporțională cu frecvența de alimentare și cu numărul de vârfuri de ieșire ale redresorului pe ciclu de intrare. Curentul de încărcare și frecvența de alimentare sunt în general în afara controlului proiectantului sistemului de redresare, dar numărul de vârfuri pe ciclu de intrare poate fi afectat de alegerea proiectării redresorului. Tensiunea maximă de ondulare prezentă pentru un circuit redresor cu undă completă nu este determinată doar de valoarea condensatorului de netezire, ci de frecvența și curentul de sarcină și se calculează ca: