Come utilizzare un raddrizzatore a ponte di Graetz

Tramite: O2O 10/03/2018
Difficoltà: media
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Introduzione

L'elettronica e l'elettrotecnica sono due materie fondamentali per capire il funzionamento di quelli che vengono definiti "circuiti non lineari". Tali circuiti vengono utilizzati per gli scopi più disparati. Uno di questi è quello di raddrizzare una tensione e una corrente. Il termine "raddrizzare" fa riferimento alla trasformazione alternata/continua della grandezza di interesse. A tal fine viene usato un ponte a quattro diodi detto ponte di Graetz (dal nome del fisico tedesco che per primo ne intuì il funzionamento). Tale ponte sfrutta il principio di unidirezionalità dei diodi per far si che la grandezza di ingresso (in regime sinusoidale) diventi in uscita una costante. In questa guida vedremo insieme come utilizzare un raddrizzatore a ponte di Graetz.

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Occorrente

  • Conoscenze di elettrotecnica ed elettronica
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Conoscere il tipo di raddrizzatore

Innanzitutto dobbiamo capire che tipo di raddrizzatore sia. Esistono diversi tipi di raddrizzatori e questo in particolare è un raddrizzatore a doppia semionda monofase. Il termine "doppia semionda" implica un'uscita diversa da zero sia durante l'intervallo di tempo in cui l'onda sinusoidale di ingresso è positiva, sia durante l'intervallo di tempo in cui questa è negativa, cosa che invece non avviene nei raddrizzatori a singola semionda, nei quali solo la semionda positiva attiva l'uscita.

Si parla poi di monofase. Questo temine invece sta ad indicare il tipo di alimentazione. In particolare possono essere di due tipi: monofase o trifase. La trifase non è altro che l'estensione della monofase nel caso di ingresso composto da tre onde sinusoidali di eguale frequenza ma con uno sfasamento reciproco di 120°.

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Conoscere la topologia del circuito

Passiamo quindi all'analisi del circuito. Il circuito è composto da 4 diodi che possono essere realizzati con materiali semiconduttori diversi. La topologia del circuito è alquanto semplice ed è riportata in questa foto. Come si può vedere i diodi sono collegati l'uno a l'altro in un particolare modo. Questa configurazione consente l'abilitazione dell'uscita durante le due semionde (positiva e negativa). Troviamo inoltre una resistenza nel ramo più a destra che rappresenta schematicamente il carico applicato al raddrizzatore. C'è poi un condensatore, la cui presenza è di fondamentale importanza per il corretto funzionamento dell'intero circuito. Questo infatti funge da filtro, andando ad eliminare l'eventuale componente alternata in uscita dai raddrizzatori. Questo consente di ottenere un'uscita complessiva quanto più costante possibile (si consideri che comunque in pratica l'uscita non sarà mai costante perfettamente).
Ultimo elemento trascurabile dal punto di vista teorico ma di grande valenza pratica è il trasformatore posto all'ingresso del circuito. La sua principale funzione è quella di rendere il segnale di ingresso adatto al circuito posto a valle. Tale circuito infatti viene spesso utilizzato per tensioni di rete con valore di picco di circa 220V. Tale valore se non limitato (lasciando comunque la forma d'onda inalterata) andrebbe a rompere i diodi. Inoltre il trasformatore serve ad isolare galvanicamente i morsetti di ingresso del circuito proteggendo da contatti inavvertiti.

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Conoscere il principio di funzionamento

Il raddrizzatore a ponte di Graetz, funziona in questo modo: il suo punto A possiede un potenziale positivo, al contrario di quello B. Se la loro polarizzazione avviene in modo corretto, la corrente fluisce regolarmente e attraverso uno dei diodi viene condotta in quello accanto, che chiude l'altro polo. In questo modo il polo B non possiede più un potenziale negativo comparato al punto A, e presenta una tensione che non mantiene il suo valore in modo continuativo. Per fare sì che esso divenga costante, bisogna apporre in parallelo un condensatore elettrolitico che immagazzini la corrente. Per realizzare un circuito di alimentazione bisogna attendere che l'onda arrivi a 0 Volt in modo da eliminare il ronzio provocato dalla corrente alternata senza avere la necessità di utilizzare un trasformatore con doppio avvolgimento.

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Analizzare la frequenza di uscita

Anche se il segnale di uscita dovrà essere un segnale costante, questo è reso costante dal condensatore e non dal ponte di diodi in sé per sé. Ciò vuol dire che all'uscita dal ponte di diodi avremo un segnale positivo che presenta semionde positive. La particolarità che possiamo vedere con un'analisi dell frequenza è che la frequenza di sucita risulta essere doppia rispetto quella di ingresso. Ciò è dovuto al fatto che si sfrutta anche la semionda negativa per creare una semionda positiva. Tutto ciò è un effetto benevolo per l'uscita, in quanto riduce il tempo di scarica del condensatore andando quindi a ridurre quella che viene definita "variazione di ondulazione residua" (in inglese RIPPLE).

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Consigli

Non dimenticare mai:
  • Durante le fasi di realizzazione fisica del circuito è sempre bene farsi seguire da una persona esperta per evitare scosse
  • Durante la realizzazione usare scarpe isolanti
Alcuni link che potrebbero esserti utili:

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