Circuite de redresare

Circuite de redresare

Utilizate pentru conversia energiei din regim de curent alternativ in regim de curent continuu, circuitele de redresare (sau pe scurt redresoarele) reprezinta una dintre cele mai importante aplicatii ale diodelor semiconductoare. Acesta este motivul pentru care a fost dedicat acest capitol acestui subiect. In principiu, un redresor este un circuit neliniar care primeste la intrare un semnal sinusoidal si livreaza la iesire un semnal deformat, semnal care in mod obligatoriu trebuie sa contina o componenta continua. Aceasta are trei implicatii majore:

la iesirea unui redresor se gaseste atat o componenta continua cat si o componenta alternativa;

in structura unui redresor este necesar sa existe cel putin un element neliniar;

dispozitivul nelinar trebuie sa lucreze in semnal mare (la semnal mic se comporta liniar).

Intrucat o analiza exacta a redresoarelor este in principiu dificila datorita neliniaritatilor amintite, in cursul expunerii se vor face urmatoarele aproximatii:

diodele (care vor avea rolul de elemente neliniare) se vor modela folosind modelul de ordin zero;

transformatoarele (utilizare la alimentarea redresoarelor) se vor considera surse ideale de tensiune (neglijandu-se rezistenta lor interna).

In masura in care se vor face si alte aproximari, acestea vor fi mentionate in mod expres. Structura capitolului este:

Subcapitolul 1 prezinta redresorul monoalternanta cu sarcina rezistiva

Subcapitolul 2 prezinta redresoarul dubla alternanta cu priza mediana

Subcapitolul 3 prezinta redresoarul dubla alternanta in punte

Subcapitolul 4 prezinta redresorul monoalternanta cu filtru capacitiv

1. Redresor monoalternanta cu sarcina rezistiva

a) Schema este prezentatǎ in figura 3.15.

b) Rolul elementelor; notatii folosite:

R_L - rezistenta de sarcina;

D - element neliniar, asigura efectul de redresare;

Tr - transformator de alimentare;

V_p - amplitudinea tensiunii alternative din primar;

V_s - amplitudinea tensiunii alternative din secundar;

v_L - valoarea instantanee a tensiunii de pe sarcina;

i_L - valoarea instantanee a curentului prin sarcina.

c) Functionarea

Pe alternanta pozitivǎ dioda D conduce. Curentul va circula pe traseul: borna superioarǎ a secundarului transformatorului, dioda D, rezistenta de sarcinǎ, borna inferioarǎ a secundarului transformatorului.

Pe alternanta negativǎ dioda D este blocatǎ. Prin sarcinǎ nu va circula curent. Tensiunea pe sarcinǎ va fi nulǎ.

Figura 3.16 prezintǎ formele de undǎ asociate acestei prezentǎri. Se poate observa cǎ alternanta pozitivǎ se regǎseste, practic, pe sarcinǎ, in timp ce alternanta negativǎ este, practic, eliminatǎ.

Meritǎ interes estimarea componentei continue existentǎ in sarcinǎ. In figura 3.16 aceasta este notatǎ "V_L". Este relativ comod de arǎtat ca aceastǎ componentǎ are valoarea:

(3.21)

2. Redresor dubla alternanta cu priza mediana si sarcina rezistiva

a) Schema este prezentatǎ in figura 3.17.

b ) Rolul elementelor; notatii folosite

R_L - rezistenta de sarcina

D₁, D₂ - elemente neliniare, asigura efectul de redresare.

Tr - transformator de alimentare

V_p - amplitudinea tensiunii alternative din primar

V_s - amplitudinea tensiunii alternative din secundar

v_L - valoarea instantanee a tensiunii de pe sarcina

i_L - valoarea instantanee a curentului prin sarcina

c) Functionarea

Pe alternanta pozitivǎ dioda D₁ conduce, iar dioda D₂ este blocatǎ. Curentul va circula pe traseul: borna superioarǎ a secundarului transformatorului (notatie"+"), dioda D₁, rezistenta de sarcinǎ, borna medianǎ a secundarului transformatorului (sǎgetile pline).

Pe alternanta negativǎ dioda D₂ conduce, iar dioda D₁ este blocatǎ. Curentul va circula pe traseul: borna inferioarǎ a secundarului transformatorului (notatie"(+)"), dioda D₂, rezistenta de sarcinǎ, borna medianǎ a secundarului transformatorului (sǎgetile punctate).

Figura 3.18 prezintǎ formele de undǎ asociate acestei prezentǎri. Se poate observa cǎ, de aceastǎ datǎ , pe sarcinǎ se regǎsesc atat alternanta pozitivǎ cat si alternanta negativǎ.

De aceastǎ datǎ componenta continuǎ are valoarea:

(3.22)

3. Redresor dubla alternanta in punte cu sarcina rezistiva

a) Schema este prezentatǎ in figura 3.19.

b) Rolul elementelor; notatii folosite:

R_L -rezistenta de sarcina

D₁, D₂ D₃, D₄    -elemente neliniare, formeazǎ puntea

Tr -transformator de alimentare

V_p -amplitudinea tensiunii alternative din primar

V_s -amplitudinea tensiunii alternative din secundar

c) Functionarea

Pe alternanta pozitivǎ conduc diodele D₁ si D₃, iar diodele D₂ si D₄ sunt blocate. Curentul va circula pe traseul: borna superioarǎ a secundarului transformatorului (notatie"+"), dioda D₁, rezistenta de sarcinǎ, dioda D₃, borna inferioarǎ a secundarului transformatorului (sǎgetile pline).

Pe alternanta negativǎ conduc diodele D₂ si D₄, iar diodele D₁ si D₃ sunt blocate. Curentul va circula pe traseul: borna inferioarǎ a secundarului transformatorului (notatie"(+)"), dioda D₂, rezistenta de sarcinǎ, dioda D₄, borna superioarǎ a secundarului transformatorului (sǎgetile punctate).

Figura 3.18 prezintǎ formele de undǎ asociate acestei prezentǎri, intrucat ele sunt practic identice cu cele ale redresorului dublǎ alternantǎ cu prizǎ medianǎ.

Si de aceastǎ datǎ componenta continuǎ are valoarea:

(3.23)

4. Redresor monoalternanta cu filtru capacitiv

a) Schema este prezentatǎ in figura 3.20.

b ) Rolul elementelor; notatii folosite

R_L - rezistenta de sarcina

D - element neliniar, asigura efectul de redresare.

Tr - transformator de alimentare

C -condendator de filtraj; in timpul alternantei pozitive pentru o scurtǎ perioadǎ de timp (notatǎ τ_a in figura 3.21) se incarcǎ, iar in restul intevalului de timp se descarcǎ prin rezistenta de sarcinǎ, asigurand astfel permanent curent prin sarcinǎ.

V_p - amplitudinea tensiunii alternative din primar

V_s - amplitudinea tensiunii alternative din secundar

v_L - valoarea instantanee a tensiunii de pe sarcina

i_L - valoarea instantanee a curentului prin sarcina

c) Functionarea

Analiza functionǎrii trebuie sǎ inceapǎ cu observatia cǎ dioda D conduce un interval relativ mic de timp (notat τ_a in figura 3.21), interval cuprins in alternanta pozitivǎ, pentru restul perioadei dioda fiind blocatǎ.

Pe intervalul de timp τ_a, cand dioda conduce curentul va circula pe traseul: borna superioarǎ a secundarului transformatorului, dioda D, iar in continuare o componentǎ incarcǎ condesatorul C iar cealaltǎ trece prin rezistenta de sarcinǎ, in final circuitul inchizandu-se prin borna inferioarǎ a secundarului transformatorului (sǎgetile pline).

Pe intervalul de timp T- τ_a, cand dioda D este blocatǎ condensatorul C se va descǎrca prin rezistenta de sarcinǎ. (sǎgetile punctate).

Figura 3.21 prezintǎ formele de undǎ asociate acestei prezentǎri. Se poate observa cǎ, prezenta condensatorului duce la "nivelarea" (filtrarea) tensiunii de pe rezistenta de sarcinǎ.

In figura 3.21 s-au folosit notatiile:

V_s -amplitudinea tensiunii alternative din secundar;

V_l -amplitudinea componentei alternative a tensiunii de pe sarcinǎ;

V_L -valoarea componentei continue a tensiunii de pe sarcina;

τ_a -intervalul de timp de conductie al diodei;

T -perioada.

Observatii:

valoarea componentei continue a tensiunii de pe sarcina (V_L) scade o data cu cresterea curentului din sarcina;

valoarea componentei alternative a tensiunii de pe sarcina (V_l) creste o data cu cresterea curentului din sarcina.