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Si definiscono raddrizzatori (rectifier circuits) quei circuiti che rendono monodirezionale una tensione alternata.

Un raddrizzatore quindi riceve in ingresso una tensione alternata con valore medio uguale a zero e produce in uscita una tensione con valore medio diverso da zero.

Esistono due categorie di raddrizzatori :

-raddrizzatore ad una semionda

-raddrizzatore a doppia semionda.

Raddrizzatore ad una semiomda

Un semplice circuito raddrizzatore ad una semionda può essere realizzato con un diodo  e una resistenza messi in serie, collegandoli in ingresso ad un generatore di funzione alternata di tipo sinusoidale ad esempio alla frequenza di 10 KHz.

Se sul carico R mettiamo in parallelo un oscilloscopio, su di esso possiamo visualizzare la sua onda raddrizzata.

Possiamo verificare quanto detto, oltre che praticamente,  anche con il software Multisim che ho utilizzato per realizzare il seguente schema elettrico.

Realizziamo il circuito seguente chiamato raddrizzatore a singola semionda utilizzando un diodo al silicio 1N4140, una resistenza da 10K Ohm e un generatore di funzione di segnale sinusoidale alla frequaenza di 1KHz. Osservando il segnale di uscita, prelevato sulla resistenza, attraverso un oscilloscopio, noteremo che quando il diodo è in conduzione, esso si comporta da corto circuito e quindi fa passare tutto il segnale sinusoidale sulla resistenza a meno della sua tensione di soglia 

VR=Vumax

Vumax=Vimax-Vs

dove Vs è la caduta di tensione sul diodo al silicio.

Raddrizzatore a singola semionda con filtro capacitivo

Adesso colleghiamo in parallelo alla resistenza un condensatore. Il circuito viene chiamato raddrizzatore a singola semionda con filtro capacitivo. Vediamo il suo funzionamento.

Supponiamo il condensatore inizialmente scarico (tensione ai suoi capi nulla). Il condensatore si carica durante la semionda positiva dell'onda di ingresso (quando il diodo è polarizzato direttamente). La sua carica (e dunque la tensione ai suoi capi) raggiunge il valore massimo in corrispondenza del massimo dell'onda (vedi figura seguente):

Quando la tensione del generatore comincia a scendere, il condensatore "vorrebbe" scaricarsi. Tuttavia non può scaricarsi attraverso il diodo, poiché quest'ultimo impedisce il passaggio della corrente in quella direzione. In pratica il diodo si trova a essere polarizzato con una tensione sul catodo maggiore di quella presente sull'anodo: entra dunque in polarizzazione inversa.

Ciò ha l'effetto di "isolare" il gruppo RC dal resto del circuito: durante la semionda negativa, il condensatore si scarica sulla resistenza R. Il tempo di scarica dipende dal valore della costante di tempo del gruppo RC (τ = RC) e l'andamento della scarica è il tipico esponenziale decrescente.

Il diodo ricomincia a condurre (torna in polarizzazione diretta), solo quando la tensione del generatore supera la tensione sul condensatore. A questo punto il condensatore torna nuovamente a caricarsi fino al valore massimo e il processo si ripete allo stesso modo nei periodi successivi.

L'effetto finale è quello di produrre una tensione che, pur non essendo ancora "continua", ha oscillazioni molto minori dell'onda raddrizzata di partenza. 

In generale le ondulazione residue (dette ripple) sono tanto minori quanto maggiore è il valore della costante di tempo τ = RC del gruppo RC.

 

Raddrizzatore a doppia semionda

Il ponte di Graetz

  • Ponte di Graetz
  • Ponte di Graetz

Un raddrizzatore a doppia semionda può essere realizzato utilizzando la configurazione a ponte di Graetz.

Guardando lo schema esso può sembrare non conveniente perchè utilizza quattro diodo anzichè uno; ma essendo il ponte di Graetz integrato in un unico componente , questo non è un problema.

Lo schema elettrico è il seguente:

Si noti che, mentre l'onda di ingresso ha valor medio nullo, l'onda di uscita ha un valore medio positivo.

Tale valore medio si può dimostrare essere uguale a

 ESCAPE='HTML'

dove VMAX è il valore massimo dell'onda raddrizzata.

Il valore efficace dell'onda raddrizzata è

Raddrizzatore a doppia semionda: caso reale

In realtà il diodo in polarizzazione diretta non si comporta esattamente come un corto circuito, ma piuttosto come un generatore di tensione costante di valore uguale alla tensione di soglia del diodo (circa 0,67 V per i diodi al silicio).

Tenendo conto di tale fatto abbiamo che:

Il valore massimo dell'onda raddrizzata è inferiore alla massima tensione dell'onda sinusoidale di ingresso di una quantità pari al doppio della tensione di soglia del diodo: infatti le tensioni costanti dei due diodi in polarizzazione diretta si sottraggono dalla tensione del generatore.
I diodi iniziano a condurre solo quando l'onda sinusoidale di ingresso supera la loro tensione di soglia (somma delle tensioni di soglia dei due diodi in serie): di conseguenza l'onda raddrizzata presenta un "ritardo iniziale".

VR=Vumax=Vi-Vs-Vs

dove Vs è la tensione di soglia di ogni diodo con Vs=0,67 Volt.

 

Un livellamento ancora maggiore dell'onda raddrizzata si ottiene utilizzando anche un  condensatore in parallelo alla resistenza, in un raddrizzatore a doppia semionda a ponte di Graetz.

Lo schema elettrico e la relativa onda raddrizzata sono i seguenti.

 ESCAPE='HTML'