Come funziona un raddrizzatore?

Potresti chiederti come le linee elettriche inviano correnti elettriche su lunghe distanze per scopi diversi. E ci sono diversi "tipi" di elettricità. L'elettricità che alimenta i sistemi ferroviari elettrici potrebbe non essere appropriata per elettrodomestici come telefoni e televisori. I raddrizzatori aiutano convertendo tra questi diversi tipi di elettricità.

I raddrizzatori consentono di convertire da corrente alternata (AC) a corrente continua (DC). La corrente alternata è la corrente che scorre avanti e indietro a intervalli regolari mentre la corrente continua scorre in un'unica direzione. Generalmente si basano su un raddrizzatore a ponte o su un diodo raddrizzatore.

Tutti i raddrizzatori utilizzanogiunzioni P-N, dispositivi a semiconduttore che lasciano fluire la corrente elettrica in una sola direzione dalla formazione di semiconduttori di tipo p con semiconduttori di tipo n. Il lato "p" ha un eccesso di buchi (luoghi in cui non ci sono elettroni) quindi è caricato positivamente. Il lato "n" è caricato negativamente con elettroni nei loro gusci esterni.

Molti circuiti con questa tecnologia sono costruiti con araddrizzatore a ponte. I raddrizzatori a ponte convertono la corrente alternata in corrente continua utilizzando il suo sistema di diodi costituiti da un materiale semiconduttore in una semionda metodo che raddrizza una direzione del segnale CA o un metodo a onda intera che raddrizza entrambe le direzioni dell'ingresso AC.

I semiconduttori sono materiali che lasciano fluire la corrente perché sono fatti di metalli come il gallio o metalloidi come il silicio che sono contaminati da materiali come il fosforo come mezzo di controllo attuale. È possibile utilizzare un raddrizzatore a ponte per diverse applicazioni per un'ampia gamma di correnti.

I raddrizzatori a ponte hanno anche il vantaggio di emettere più tensione e potenza rispetto ad altri raddrizzatori. Nonostante questi vantaggi, i raddrizzatori a ponte soffrono di dover utilizzare quattro diodi con i diodi in più rispetto ad altri raddrizzatori, causando una caduta di tensione che diminuisce la tensione di uscita.

Scienziati e ingegneri generalmente usano il silicio più frequentemente del germanio nella creazione di diodi. Le giunzioni p-n in silicio funzionano in modo più efficace a temperature più elevate rispetto a quelle al germanio. I semiconduttori al silicio lasciano fluire la corrente elettrica più facilmente e possono essere realizzati con costi inferiori.

Questi diodi sfruttano la giunzione p-n per convertire AC in DC come una sorta di "interruttore" elettrico che consente il flusso di corrente nella direzione avanti o indietro in base alla giunzione p-n direzione. I diodi polarizzati in avanti lasciano che la corrente continui a fluire mentre i diodi polarizzati inversamente la bloccano. Questo è ciò che fa sì che i diodi al silicio abbiano una tensione diretta di circa 0,7 volt in modo che consentano il flusso di corrente solo se è superiore a volt. Per i diodi al germanio, la tensione diretta è di 0,3 volt.

Il terminale anodico di una batteria, elettrodo o altra sorgente di tensione in cui si verifica l'ossidazione in un circuito, fornisce i fori al catodo di un diodo nel formare la giunzione p-n. Al contrario, il catodo di una sorgente di tensione, dove avviene la riduzione, fornisce gli elettroni che vengono inviati all'anodo del diodo.

Puoi studiare comeraddrizzatori a semiondasono collegati in circuiti per capire come funzionano. I raddrizzatori a semionda commutano tra la polarizzazione diretta e la polarizzazione inversa in base al semiciclo positivo o negativo dell'onda CA in ingresso. Invia questo segnale a un resistore di carico in modo tale che la corrente che scorre attraverso il resistore sia proporzionale alla tensione. Ciò accade a causa della legge di Ohm, che rappresenta la tensioneVcome prodotto della correnteioe resistenzaRnel

È possibile misurare la tensione attraverso il resistore di carico come tensione di alimentazioneV_S, che è uguale alla tensione CC in uscitaV_su. La resistenza associata a questa tensione dipende anche dal diodo del circuito stesso. Quindi, il circuito raddrizzatore passa alla polarizzazione inversa in cui prende il semiciclo negativo del segnale CA in ingresso. In questo caso, nessuna corrente scorre attraverso il diodo o il circuito e la tensione di uscita scende a 0. La corrente di uscita è quindi unidirezionale.

•••Syed Hussain Ather

I raddrizzatori ad onda intera, invece, utilizzano l'intero ciclo (con semicicli positivi e negativi) del segnale AC in ingresso. I quattro diodi in un circuito raddrizzatore a onda intera sono disposti in modo tale che, quando l'ingresso del segnale CA è positivo, la corrente scorre attraverso il diodo daD₁alla resistenza di carico e di nuovo alla sorgente CA attraversoD₂. Quando il segnale AC è negativo, la corrente prende ilD₃-caricare-D₄percorso invece. La resistenza di carico emette anche la tensione CC dal raddrizzatore a onda intera.

Il valore medio della tensione di un raddrizzatore a onda intera è il doppio di quello di un raddrizzatore a semionda etensione quadratica media radice, un metodo per misurare la tensione CA, di un raddrizzatore a onda intera è √2 volte quello di un raddrizzatore a semionda.

La maggior parte degli apparecchi elettronici della tua famiglia utilizza la corrente alternata, ma alcuni dispositivi come i laptop convertono questa corrente in corrente continua prima di utilizzarla. La maggior parte dei laptop utilizza un tipo di alimentatore a modalità commutata (SMPS) che consente alla tensione CC in uscita di più potenza per le dimensioni, il costo e il peso dell'adattatore.

Gli SMPS funzionano utilizzando un raddrizzatore, un oscillatore e un filtro che controllano la modulazione dell'ampiezza dell'impulso (un metodo per ridurre la potenza di un segnale elettrico), la tensione e la corrente. L'oscillatore è una sorgente di segnale CA da cui è possibile determinare l'ampiezza della corrente e la direzione in cui scorre. L'adattatore CA del laptop lo utilizza quindi per connettersi alla fonte di alimentazione CA e converte l'alta tensione CA in bassa tensione CC, una forma che può utilizzare per alimentarsi durante la ricarica.

Alcuni sistemi raddrizzatori utilizzano anche un circuito di livellamento o un condensatore che consente loro di emettere una tensione costante, invece di una che varia nel tempo. Il condensatore elettrolitico dei condensatori di livellamento può raggiungere capacità comprese tra 10 e migliaia di microfarad (µF). Più capacità è necessaria per una maggiore tensione di ingresso.

Altri raddrizzatori fanno uso di trasformatori che alterano la tensione utilizzando semiconduttori a quattro strati noti cometiristoriaccanto ai diodi. UNraddrizzatore controllato al silicio, altro nome per un tiristore, utilizza un catodo e un anodo separati da una porta e dai suoi quattro strati per creare due giunzioni p-n disposte l'una sull'altra.

I tipi di sistemi raddrizzatori variano a seconda delle applicazioni in cui è necessario modificare la tensione o la corrente. Oltre alle applicazioni già discusse, i raddrizzatori trovano impiego in apparecchiature di saldatura, saldatura elettrica, segnali radio AM, generatori di impulsi, moltiplicatori di tensione e circuiti di alimentazione.

I saldatori utilizzati per collegare insieme parti di circuiti elettrici utilizzano raddrizzatori a semionda per una singola direzione dell'ingresso CA. Le tecniche di saldatura elettrica che utilizzano circuiti raddrizzatori a ponte sono i candidati ideali per fornire una tensione CC polarizzata e stabile.

La radio AM, che modula l'ampiezza, può utilizzare raddrizzatori a semionda per rilevare i cambiamenti nell'ingresso del segnale elettrico. I circuiti di generazione di impulsi, che generano impulsi rettangolari per i circuiti digitali, utilizzano raddrizzatori a semionda per modificare il segnale di ingresso.

I raddrizzatori nei circuiti di alimentazione convertono la corrente alternata in corrente continua da diversi alimentatori. Ciò è utile poiché la corrente continua viene generalmente inviata su lunghe distanze prima di essere convertita in corrente alternata per l'elettricità domestica e i dispositivi elettronici. Queste tecnologie fanno grande uso del raddrizzatore a ponte in grado di gestire la variazione di tensione.