4. Circuite redresoare cu diode

Acasă » Electronică analogică » 03 - Dioda şi redresorul

Definiţia redresării

Cea mai populară aplicaţia e diodelor este redresarea. Pe scurt, redresarea reprezintă transformarea curentului alternativ în curent continuu. Acest lucru implică folosirea unui dispozitiv ce permite trecerea electronilor doar într-o singură direcţie, iar dioda realizează tocmai acest lucru.

Redresorul mono-alternanţă

Cel mai simplu circuit de redresare îl reprezintă redresorul mono-alternanţă. Acesta permite trecerea doar a unei jumătăţi a formei de undă de curent alternativ dinspre sursă înspre sarcină.

Neajunsuri

Pentru majoritatea aplicaţiilor de putere însă, redresarea mono-alternanţă nu este suficientă. Conţinutul armonic al undei de ieşire este foarte mare şi prin urmare dificil de filtrat. Mai mult, sursa de tensiune alternativă este „văzută” de sarcină doar odată la fiecare jumătate de perioadă, ceea ce înseamnă că mare parte din capacitatea sursei nu este folosită.

Utilizare

Redresarea mono-alternanţă este totuşi o modalitatea foarte uşoară de reducere a puterii generate pe o sarcină rezistivă. Unele comutatoare cu rezistenţă reglabilă folosite la lămpi, aplică întreaga tensiune de curent continuu pe filamentul „lămpii” în poziţia „maxim”, şi doar o jumătate (folosind un redresor mono-alternanţă) din tensiunea maximă disponibilă pe cealaltă poziţie, pentru o intensitate luminoasă mai scăzută.

Când întrerupătorul este în poziţie mediu, lampa incandescentă primeşte aproximativ jumătate din puterea disponibilă la sursa de curent alternativ. Datorită faptului că forma de undă mono-alternanţa pulsează mult mai rapid decât timpul necesar pentru încălzirea şi răcirea filamentului, lampa nu „clipeşte”, ci, filamentul ei pur şi simplu operează la o temperatură mai mică decât temperatura normală de funcţionare.

Redresor dublă-alternanţă cu punct median

Pentru redresarea şi folosirea ambelor alternanţe a undelor sinusoidale, avem nevoie de o altă configuraţie a circuitului redresor, şi anume, un redresor dublă-alternanţă.

Una dintre posibilităţi este realizarea redresorului cu punct median, folosind un transformator cu priză mediană pe înfăşurarea secundară şi două diode.

Putem înţelege mult mai bine funcţionarea acestui redresor dacă luăm pe rând fiecare jumătate de perioadă (semi-perioadă).

Prima semi-perioadă

Să considerăm de exemplu prima jumătate a perioadei, când polaritatea tensiunii de alimentare este pozitivă (+) sus şi negativă (-) jos. În această situaţie, doar dioda de sus va conduce, iar dioda de jos este blocată. Sarcina „vede” prima jumătate a formei de undă sinusoidale, pozitiv sus şi negativ jos. Doar partea de sus a înfăşurării secundare a transformatorului conduce curent în acest caz.

A doua semi-perioadă

În a doua parte a perioadei, polaritatea tensiunii alternative se inversează. În acest caz, cealaltă diodă, cea de jos, şi cealaltă jumătate a secundarului transformatorului, vor conduce curent, iar celelalte porţiuni ale circuitului ce au fost active la pasul precedent, nu vor conduce curent. Sarcina „vede” şi în acest caz o jumătate de formă de undă sinusoidală, de aceeaşi polaritate ca şi în cazul precedent: pozitiv în partea de sus şi negativ în partea de jos.

Redresor dublă-alternanţă cu polaritate dublă

Polaritatea sarcinii poate fi inversată prin inversarea direcţiilor diodelor. Mai mult, diodele inversate pot fi conectate în paralel cu configuraţia pozitivă deja existentă. Rezultatul este un redresor dublă-alternanţă cu polaritate dublă. Modul de conectare al diodelor este acelaşi ca şi la redresorul în punte.

Dezavantaje

Un mare dezavantaj al acestei configuraţii este necesitatea folosirii unui transformator cu priză mediană pe înfăşurarea secundară. Dacă circuitul în cauză este un circuit de putere mare, mărimea şi costul unui astfel de transformator pot fi suficient de mari. Prin urmare, redresorul dublu alternanţa cu punct median este folosit doar în aplicaţiile de putere mică.

Redresor dublă-alternanţă în punte (punte redresoare)

Probabil că cel mai popular redresor este cel dublă-alternanţă în punte. Aceste utilizează patru diode conectate în punte.

Semi-perioadele pozitive

Direcţia curentului pentru semi-perioadele pozitive este prezentată în figura alăturată.

Semi-perioadele negative

Direcţia curentului pentru semi-perioadele negative este prezentată în figura alăturată.

Avantaje şi dezavantaje

Indiferent de polaritatea intrării, curentul prin sarcină are aceeaşi direcţie de curgere. Cu alte cuvinte, o semi-perioadă negativă la sursă este o semi-perioadă pozitivă pe sarcină. Curgerea curentului are loc prin două diode serie, pentru ambele polarităţi. Astfel, căderea de tensiune pierdută dinspre sursă spre sarcină datorită diodelor este dublă (0,7 · 2 = 1,4 V pentru Si) faţa de redresorul dubă alternanţă cu punct median. Acest dezavantaj reprezintă însă o problemă doar pentru sursele cu o tensiune de alimentarea foarte scăzută.

Reprezentarea echivalentă

Modul corect de aşezare în punte al diodelor poate prezenta pentru începători unele dificultăţi. O reprezentare alternativa, dar echivalentă, a acestui circuit este mult mai uşor de ţinut minte şi de înţeles. Este exact acelaşi circuit, doar că toate diodele sunt poziţionate orizontal, şi toate indică în aceeaşi direcţie.

Configuraţie trifazată

Un avantaj al acestei notaţii este că poate fi uşor aplicată unei versiuni trifazate a redresorului.

Configuraţie polifazată

...sau oricărei configuraţii polifazate.

Forma de undă a tensiunii redresate

În cazul redresării unui circuit de curent alternativ polifazat, suprapunerea pulsurilor defazate produce o tensiune de curent continuu mult mai „netedă” (cu un conţinut mai mic de curent alternativ) decât cea produsă prin redresarea unei singure faze de curent alternativ. Acesta este un avantaj important în circuitele redresoare de putere, unde doar mărimea fizică a componentelor necesare pentru realizarea filtrării ar impune unele limite.

Tensiunea de pulsaţie

Indiferent de tipul redresării - monofazată sau polifazată - cantitatea de tensiune alternativă suprapusă peste tensiunea de curent continuu la ieşirea redresorului, poartă numele de tensiune de pulsaţie, sau simplu pulsaţie. În majoritatea cazurilor, din moment ce la ieşire dorim o tensiune de curent continuu pură, pulsaţia reprezintă o tensiune nedorită. Dacă puterile implicate nu sunt foarte mari, se pot folosi reţele de filtrare pentru reducerea cu succes a acestui efect.

Numărul pulsurilor semnalului redresat

Câteodată, metoda rectificării (redresării) este descrisă numărând „pulsurile” tensiunii de curent continuu pentru fiecare 360^o electrice. Un redresor monofazat, mono-alternanţă, este prin urmare un redresor cu un puls, deoarece produce un singur puls într-o perioadă completă (360^o) a formei de undă alternative. Un redresor monofazat, dublă-alternanţă (indiferent dacă este cu punct median sau în punte), poate fi numit redresor cu două pulsuri, deoarece produce două pulsuri de tensiune continuă într-o perioadă a tensiunii de curent alternativ. Un redresor trifazat, dublă-alternanţă poate fi denumit redresor cu şase pulsuri.

Dublarea numărului de pulsuri

Este posibilă obţinerea unui număru dublu de pulsuri faţă de numărul fazelor cu ajutorului unui redresor. Folosind transformatoare, putem conecta în paralel un set de redresoare dublă-alternanţă în punte astfel încât să rezulte mai mult de 6 pulsuri de tensiune continuă pentru cele trei faze ale curentului alternativ. Dacă se introduce un defazaj de 30^o între primarul şi secundarul transformatorului trifazat atunci înfăşurările nu sunt de acelaşi tip. Cu alte cuvinte, un transformator în configuraţie Y-Δ (stea-triunghi) sau Δ-Y (triunghi-stea), va prezenta acest defazaj de 30^o, dar nu şi un transformator în configuraţie Y-Y sau Δ-Δ. Acest fenomen poate fi exploatat prin utilizarea unui transformator în configuraţie Y-Y conectat la un redresor în punte, iar un alt transformator în configuraţie Y-Δ conectat la un al doilea redresor în punte; cele două punţi redresoare le conectăm apoi în paralel. Din moment de tensiunea de pulsaţie dintre cele două redresoare este defazată cu 30^o, tensiunea de pulsaţie rezultată prin superpoziţia lor va fi mai mică decât tensiunea de pulsaţie luată individual pentru cele două redresoare: 12 pulsuri pentru o perioadă (360^o) în loc de 6.