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.

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

dove VMAX è il valore massimo dell'onda raddrizzata misurata sulla resistenza

e Veff è la tensione efficace di una doppia semionda.

Lo schema elettrico del circuito è il seguente:

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.

Se dopo la resistenza mettiamo un condensatore in parallelo alla resistenza e colleghiamo la tensione di uscita ad un oscilloscopio vedremo che il condensatore si caricherà e si scaricherà continuamente, creando così la codiddetta tensione di Ripple-picco-picco o Vrpp, che aggiungerà al segnale finale di tipo continuo una ondulazione residua (tensione di ripple-picco-picco) di solito trascurabile. In questo modo abbiamo raddrizzato il segnale sinusoidale e lo abbiamo trasformato in un segnale quasi continuo di valore medio

Vm=VR-Vrpp/2

e Vm sarà il valore della tensione continua raddrizzata.

Prova pratica:

Nel laboratorio di Elettronica abbiamo realizzato il ponte di Graetz, collegando come da schema elettrico, 4 diodi al silicio 1N40004, una resistenza da 1 K Ohm e un condensatore elettrolitico di 47 micro Farad.

Abbimo ottenuto una tensione di ripple di circa 0,015 Volt, da una tensione di ingresso all'uscita del trasformatore di

Vipp=19 V e Vimax=9,5 V

Visualizzata dall'oscilloscopio:

ed una Vieff calcolata

Vieff=ViMAX/radice(2)= 9,5/1,4142=6,72 V

Inoltre abbiamo misurata anche  la Vimedia con un voltimetro, ed abbiamo ottenuto

Vim=6,5 Volt

collegando il multimetro in continua (o VDC).

I risultati ottenuti sono naturalmente eccellenti in quando la tensione media finale dopo il parallelo tra resistenza e condensatore è stata di circa 8 Volt con un ripple di 0,015V cioè:

VR=8V

Vrpp=0,015V.

da cui calcolando il valore medio si ha:

Vm=VR-Vrpp/2=8-0,015/2=7,975V

Utilità del ponte di Graetz

Il ponte di Graetz è molto utile in quanto il gestore della rete ci fornisce una tensione sinusoidale da 220 V e con una frequenza di 50 Hz.

Però, quasi tutti gli elettrodomestici funzionano con una tensione continua.

Ecco dunque il principale utilizzo del ponte di Graetz, cioè quelo di raddrizzare la tensione di rete in una tensione continua con valore medio utile ad accendere i nostri elettrodomestici.

Il ponte di Graetz inoltre è molto utilie perchè serve principalmente ad aumentare o diminuire il valore medio alla sua uscita, alla quale dovremmo collegare un eventuale carico ( ad esempio un piccolo elettrodomestico) .

Naturalmente per avere una tensione di uscita più lineare dovremmo anche costruirci un circuito stabilizzatore   con diodo zener o integrato da collegare dopo il raddrizzatore a ponte di graetz .