Il circuito raddrizzatore viene utilizzato per convertire la corrente alternata (corrente alternata) in corrente continua (corrente continua). I raddrizzatori sono principalmente classificati in tre tipi: semionda, onda intera e raddrizzatore a ponte. La funzione principale di tutti questi raddrizzatori è la stessa della conversione di corrente ma non convertono in modo efficiente la corrente da CA a CC. Il raddrizzatore a onda intera con presa centrale e il raddrizzatore a ponte si convertono in modo efficiente. Un circuito raddrizzatore a ponte è una parte comune degli alimentatori elettronici. Molti circuiti elettronici richiedono una CC rettificata Alimentazione elettrica per alimentare i vari componenti elettronici di base dall'alimentazione di rete CA disponibile. Possiamo trovare questo raddrizzatore in un'ampia varietà di elettronica Dispositivi di alimentazione CA come elettrodomestici , controllori motore, processo di modulazione, applicazioni di saldatura, ecc. Questo articolo discute una panoramica di un raddrizzatore a ponte e del suo funzionamento.

Cos'è un raddrizzatore a ponte?

Un raddrizzatore a ponte è un convertitore da corrente alternata (CA) a corrente continua (CC) che raddrizza l'ingresso CA di rete con l'uscita CC. I raddrizzatori a ponte sono ampiamente utilizzati negli alimentatori che forniscono la tensione CC necessaria per i componenti o dispositivi elettronici. Possono essere costruiti con quattro o più diodi o qualsiasi altro interruttore a stato solido controllato.

Raddrizzatore a ponte

A seconda dei requisiti di corrente di carico, viene selezionato un raddrizzatore a ponte appropriato. I valori nominali e le specifiche dei componenti, la tensione di rottura, gli intervalli di temperatura, la corrente nominale transitoria, la corrente nominale diretta, i requisiti di montaggio e altre considerazioni vengono presi in considerazione durante la scelta di un alimentatore del raddrizzatore per l'applicazione di un circuito elettronico appropriato.

Costruzione

La costruzione del raddrizzatore a ponte è mostrata di seguito. Questo circuito può essere progettato con quattro diodi, ovvero D1, D2, D3 e D4 insieme a un resistore di carico (RL). Il collegamento di questi diodi può essere effettuato in un modello a circuito chiuso per convertire la CA (corrente alternata) in CC (corrente continua) in modo efficiente. Il vantaggio principale di questo design è la mancanza di un esclusivo trasformatore a presa centrale. Quindi, le dimensioni, così come il costo, saranno ridotte.

Una volta che il segnale di ingresso viene applicato ai due terminali come A e B, il segnale CC o / p può essere ottenuto attraverso RL. Qui il resistore di carico è collegato tra due terminali come C e D. La disposizione di due diodi può essere eseguita in modo tale che l'elettricità venga condotta da due diodi durante ogni mezzo ciclo. Le coppie di diodi come D1 e D3 condurranno corrente elettrica per tutto il semiciclo positivo. Allo stesso modo, i diodi D2 e D4 condurranno corrente elettrica durante un semiciclo negativo.

Schema del circuito del raddrizzatore a ponte

Il vantaggio principale del raddrizzatore a ponte è che produce quasi il doppio della tensione di uscita come nel caso di un raddrizzatore a onda intera che utilizza un trasformatore a presa centrale. Ma questo circuito non ha bisogno di un trasformatore con presa centrale, quindi assomiglia a un raddrizzatore a basso costo.

Lo schema del circuito del raddrizzatore a ponte è costituito da vari stadi di dispositivi come trasformatore, ponte a diodi, filtri e regolatori. Generalmente, tutte queste combinazioni di blocchi sono chiamate a alimentazione CC regolata che alimenta vari apparecchi elettronici.

Il primo stadio del circuito è un trasformatore che è di tipo step-down che cambia l'ampiezza della tensione di ingresso. La maggior parte del progetti elettronici utilizzare un trasformatore 230 / 12V per abbassare l'alimentazione da 230V AC a 12V AC.

Schema del circuito del raddrizzatore a ponte

“differenza tra dc e ac ”

La fase successiva è un raddrizzatore a ponte a diodi che utilizza quattro o più diodi a seconda del tipo di raddrizzatore a ponte. La scelta di un particolare diodo o qualsiasi altro dispositivo di commutazione per un raddrizzatore corrispondente richiede alcune considerazioni sul dispositivo come la tensione inversa di picco (PIV), la corrente diretta If, i valori di tensione, ecc. È responsabile della produzione di corrente unidirezionale o CC al carico conducendo una serie di diodi per ogni mezzo ciclo del segnale di ingresso.

Poiché l'uscita dopo i raddrizzatori a ponte a diodi è di natura pulsante e per produrla come pura CC, è necessario il filtraggio. Il filtraggio viene normalmente eseguito con uno o più file condensatori collegati attraverso il carico, come si può osservare nella figura sotto in cui viene eseguito lo smoothing dell'onda. Questo valore del condensatore dipende anche dalla tensione di uscita.

L'ultimo stadio di questa alimentazione CC regolata è un regolatore di tensione che mantiene la tensione di uscita a un livello costante. Supponiamo che il file il microcontrollore funziona a 5 V CC, ma l'uscita dopo il raddrizzatore a ponte è di circa 16 V, quindi per ridurre questa tensione e mantenere un livello costante, indipendentemente dalle variazioni di tensione sul lato di ingresso, è necessario un regolatore di tensione.

Funzionamento del raddrizzatore a ponte

Come abbiamo discusso in precedenza, un raddrizzatore a ponte monofase è costituito da quattro diodi e questa configurazione è collegata attraverso il carico. Per comprendere il principio di funzionamento del raddrizzatore a ponte, dobbiamo considerare il circuito seguente a scopo dimostrativo.

Durante il semiciclo positivo dei diodi a forma d'onda CA in ingresso, D1 e D2 sono polarizzati in avanti e D3 e D4 sono polarizzati inversamente. Quando la tensione, più del livello di soglia dei diodi D1 e D2 iniziano a condurre - la corrente di carico inizia a fluire attraverso di esso, come mostrato nel percorso della linea rossa nel diagramma sottostante.

Funzionamento del circuito

Durante il semiciclo negativo della forma d'onda CA in ingresso, i diodi D3 e D4 sono polarizzati in avanti e D1 e D2 sono polarizzati inversamente. La corrente di carico inizia a fluire attraverso i diodi D3 e D4 quando questi diodi iniziano a condurre come mostrato nella figura.

Possiamo osservare che in entrambi i casi, la direzione della corrente di carico è la stessa, cioè dall'alto verso il basso come mostrato nella figura - quindi unidirezionale, che significa corrente continua. Pertanto, utilizzando un raddrizzatore a ponte, la corrente CA in ingresso viene convertita in corrente CC. L'uscita al carico con questo raddrizzatore a onde a ponte è di natura pulsante, ma la produzione di una CC pura richiede un filtro aggiuntivo come un condensatore. La stessa operazione è applicabile per diversi raddrizzatori a ponte, ma nel caso di raddrizzatori controllati innesco dei tiristori è necessario per guidare la corrente da caricare.

Tipi di raddrizzatori a ponte

I raddrizzatori sposa sono classificati in diversi tipi in base a questi fattori: tipo di alimentazione, capacità di controllo, configurazioni del circuito sposa, ecc. I raddrizzatori a ponte sono principalmente classificati in raddrizzatori monofase e trifase. Entrambi questi tipi sono ulteriormente classificati in raddrizzatori non controllati, semicontrollati e totalmente controllati. Alcuni di questi tipi di raddrizzatori sono descritti di seguito.

Raddrizzatori monofase e trifase

La natura dell'alimentazione, cioè un'alimentazione monofase o trifase decide questi raddrizzatori. Il raddrizzatore a ponte monofase è costituito da quattro diodi per convertire CA in CC, mentre a il raddrizzatore trifase utilizza sei diodi , come mostrato in figura. Questi possono essere di nuovo raddrizzatori non controllati o controllati a seconda dei componenti del circuito come diodi, tiristori e così via.

Raddrizzatori monofase e trifase

Raddrizzatori a ponte incontrollati

Questo raddrizzatore a ponte utilizza diodi per rettificare l'ingresso come mostrato in figura. Poiché il diodo è un dispositivo unidirezionale che consente il flusso di corrente in una sola direzione. Con questa configurazione di diodi nel raddrizzatore, non consente alla potenza di variare a seconda dei requisiti di carico. Quindi questo tipo di raddrizzatore viene utilizzato in alimentatori costanti o fissi .

Raddrizzatori a ponte incontrollati

Raddrizzatore a ponte controllato

In questo tipo di raddrizzatore, Convertitore o raddrizzatore AC / DC - invece di diodi non controllati, vengono utilizzati dispositivi a stato solido controllati come SCR, MOSFET, IGBT, ecc. Per variare la potenza di uscita a tensioni diverse. Attivando questi dispositivi in vari istanti, la potenza di uscita al carico viene opportunamente modificata.

Raddrizzatore a ponte controllato

Raddrizzatore a ponte IC

Il raddrizzatore a ponte come la configurazione dei pin IC RB-156 è discusso di seguito.

“come costruire un'unità di desalinizzazione ”

Pin-1 (fase / linea): Questo è un pin di ingresso AC, dove il collegamento del filo di fase può essere effettuato dall'alimentazione AC verso questo pin di fase.

Pin-2 (Neutro): Questo è il pin di ingresso CA in cui è possibile effettuare il collegamento del filo neutro dall'alimentazione CA a questo pin neutro.

Pin-3 (positivo): Questo è il pin di uscita CC dove si ottiene la tensione CC positiva del raddrizzatore da questo pin positivo

Pin-4 (negativo / massa): Questo è il pin di uscita CC in cui la tensione di terra del raddrizzatore è ottenuta da questo pin negativo

Specifiche

Le sottocategorie di questo raddrizzatore a ponte RB-15 vanno da RB15 a RB158. Di questi raddrizzatori, l'RB156 è quello più utilizzato. Le specifiche del raddrizzatore a ponte RB-156 includono quanto segue.

La corrente CC O / p è 1,5 A.
La tensione inversa di picco massima è 800 V.
Tensione di uscita: (√2 × VRMS) - 2 Volt
La tensione di ingresso massima è 560 V.
La caduta di tensione per ogni ponte è di 1 V a 1 A.
La corrente di picco è 50A

Questo RB-156 è il raddrizzatore a ponte compatto, a basso costo e monofase più normalmente utilizzato. Questo circuito integrato ha la più alta tensione CA i / p come 560 V, quindi può essere utilizzato per l'alimentazione di rete monofase in tutti i paesi. La corrente CC più alta di questo raddrizzatore è 1,5 A. Questo IC è la scelta migliore nei progetti per la conversione AC-DC e fornisce fino a 1,5 A.

Caratteristiche del raddrizzatore a ponte

Le caratteristiche del raddrizzatore a ponte includono quanto segue

Fattore di ondulazione
Tensione inversa di picco (PIV)
Efficienza

Fattore di ondulazione

La misurazione della fluidità del segnale CC in uscita utilizzando un fattore è chiamata fattore di ondulazione. Qui, un segnale CC regolare può essere considerato come il segnale CC o / p che include poche ondulazioni mentre un segnale CC ad alta pulsazione può essere considerato come il segnale o / p che include ondulazioni elevate. Matematicamente, può essere definita come la frazione della tensione di ondulazione e la tensione CC pura.

Per un raddrizzatore a ponte, il fattore di ondulazione può essere fornito come

Γ = √ (Vrms2 / VDC) −1

Il valore del fattore di ondulazione del raddrizzatore a ponte è 0,48

PIV (tensione inversa di picco)

La tensione inversa di picco o PIV può essere definita come il valore di tensione più alto che proviene dal diodo quando è collegato in condizione di polarizzazione inversa per tutto il semiciclo negativo. Il circuito a ponte include quattro diodi come D1, D2, D3 e D4.

Nel semiciclo positivo, i due diodi come D1 e D3 sono in posizione di conduzione mentre entrambi i diodi D2 e D4 sono in posizione non conduttiva. Allo stesso modo, nel semiciclo negativo, i diodi come D2 e D4 sono in posizione di conduzione, mentre i diodi come D1 e D3 sono in posizione non conduttiva.

Efficienza

L'efficienza del raddrizzatore decide principalmente con quale capacità il raddrizzatore cambia CA (corrente alternata) in CC (corrente continua). L'efficienza del raddrizzatore può essere definita come il rapporto tra la potenza DC o / p e la potenza AC i / p. L'efficienza massima del raddrizzatore a ponte è dell'81,2%.

η = Alimentazione CC o / p / Alimentazione CA i / p

Forma d'onda del raddrizzatore a ponte

Dallo schema del circuito del raddrizzatore a ponte, possiamo concludere che il flusso di corrente attraverso il resistore di carico è uguale durante i semicicli positivi e negativi. La polarità del segnale CC o / p può essere totalmente positiva altrimenti negativa. In questo caso, è totalmente positivo. Quando la direzione del diodo viene invertita, è possibile ottenere una tensione CC negativa completa.

Pertanto, questo raddrizzatore consente il flusso di corrente durante entrambi i cicli di segnale CA positivo e negativo. Le forme d'onda di uscita del raddrizzatore a ponte sono illustrate di seguito.

Perché si chiama Bridge Rectifier?

Rispetto ad altri raddrizzatori, questo è il tipo di circuito raddrizzatore più efficiente. Questo è un tipo di raddrizzatore a onda intera, poiché il nome suggerisce che questo raddrizzatore utilizza quattro diodi collegati a forma di ponte. Quindi questo tipo di raddrizzatore è chiamato raddrizzatore a ponte.

Perché utilizziamo 4 diodi nel raddrizzatore a ponte?

Nel raddrizzatore a ponte, quattro diodi vengono utilizzati per progettare il circuito che consentirà la rettifica a onda intera senza utilizzare un trasformatore a presa centrale. Questo raddrizzatore viene utilizzato principalmente per fornire la rettifica a onda intera nella maggior parte delle applicazioni.

La disposizione di quattro diodi può essere eseguita all'interno di una disposizione a circuito chiuso per cambiare in modo efficiente CA in CC. Il vantaggio principale di questa disposizione è l'inesistenza del trasformatore a presa centrale in modo che le dimensioni e il costo vengano ridotti.

Vantaggi

I vantaggi del raddrizzatore a ponte includono quanto segue.

“Visualizzazione a 7 segmenti della tabella della verità k map ”

L'efficienza di rettifica di un raddrizzatore a onda intera è doppia rispetto a quella di un raddrizzatore a semionda.
La tensione di uscita più elevata, la potenza di uscita più elevata e il fattore di utilizzo del trasformatore più elevato in caso di raddrizzatore a onda intera.
La tensione di ondulazione è bassa e di frequenza più alta, in caso di raddrizzatore a onda intera è necessario un semplice circuito di filtraggio
Non è richiesta alcuna presa centrale nel secondario del trasformatore, quindi nel caso di un raddrizzatore a ponte, il trasformatore richiesto è più semplice. Se non è necessario aumentare o diminuire la tensione, il trasformatore può essere eliminato.
Per una data potenza di uscita, nel caso del ponte raddrizzatore può essere utilizzato un trasformatore di potenza di taglia inferiore perché la corrente negli avvolgimenti sia primario che secondario del trasformatore di alimentazione scorre per l'intero ciclo ac.
L'efficienza di rettifica è doppia rispetto a un raddrizzatore a semionda
Utilizza semplici circuiti di filtraggio per alta frequenza e bassa tensione di ondulazione
Il TUF è più alto rispetto a un raddrizzatore a maschiatura centrale
Il trasformatore di presa centrale non è necessario

Svantaggi

Gli svantaggi del raddrizzatore a ponte includono quanto segue.

Richiede quattro diodi.
L'uso di due diodi aggiuntivi provoca una caduta di tensione aggiuntiva riducendo così la tensione di uscita.
Questo raddrizzatore necessita di quattro diodi, quindi il costo del raddrizzatore sarà elevato.
Il circuito non è appropriato quando è necessario rettificare una piccola tensione, perché il collegamento dei due diodi può essere effettuato in serie e fornisce una doppia caduta di tensione a causa della loro resistenza interna.
Questi circuiti sono molto complessi
Rispetto al raddrizzatore a presa centrale, il raddrizzatore a ponte ha una maggiore perdita di potenza.

Un'applicazione: conversione dell'alimentazione CA in CC utilizzando un raddrizzatore a ponte

L'alimentazione CC regolata è spesso richiesta per molte applicazioni elettroniche. Uno dei modi più affidabili e convenienti è convertire l'alimentazione di rete CA disponibile in alimentazione CC. Questa conversione del segnale CA in segnale CC viene eseguita utilizzando un raddrizzatore, che è un sistema di diodi. Può essere un raddrizzatore a semionda che rettifica solo la metà del segnale CA o un raddrizzatore a onda intera che rettifica entrambi i cicli del segnale CA. Il raddrizzatore a onda intera può essere un raddrizzatore a presa centrale costituito da due diodi o un raddrizzatore a ponte costituito da 4 diodi.

Qui viene mostrato il raddrizzatore a ponte. La disposizione è costituita da 4 diodi disposti in modo tale che gli anodi di due diodi adiacenti siano collegati per fornire l'alimentazione positiva all'uscita e i catodi degli altri due diodi adiacenti siano collegati per fornire l'alimentazione negativa all'uscita. L'anodo e il catodo degli altri due diodi adiacenti sono collegati al positivo dell'alimentazione CA mentre l'anodo e il catodo di altri due diodi adiacenti sono collegati al negativo dell'alimentazione CA. Pertanto, 4 diodi sono disposti in una configurazione a ponte in modo tale che in ciascun semiciclo due diodi alternati conducano producendo una tensione continua con repulsori.

Il circuito dato è costituito da una disposizione di raddrizzatore a ponte la cui uscita CC non regolata viene fornita a un condensatore elettrolitico attraverso un resistore limitatore di corrente. La tensione ai capi del condensatore viene monitorata utilizzando un voltmetro e continua ad aumentare man mano che il condensatore si carica fino a raggiungere il limite di tensione. Quando un carico è collegato attraverso il condensatore, il condensatore si scarica per fornire la corrente di ingresso necessaria al carico. In questo caso, una lampada è collegata come carico.

Un alimentatore CC regolato

Un alimentatore CC regolato è costituito dai seguenti componenti:

Un trasformatore step-down per convertire AC ad alta tensione in AC a bassa tensione.
Un raddrizzatore a ponte per convertire la corrente alternata in corrente continua pulsante.
Un circuito filtro costituito da un condensatore per rimuovere le ondulazioni CA.
Un regolatore IC 7805 per ottenere una tensione CC regolata di 5 V.

Il trasformatore step-down converte l'alimentazione di rete AC da 230V a 12V AC. Questa 12V AC viene applicata alla disposizione del raddrizzatore a ponte in modo tale che i diodi alternati conducano per ogni semiciclo producendo una tensione DC pulsante costituita da ondulazioni AC. Un condensatore collegato all'uscita consente al segnale CA di attraversarlo e blocca il segnale CC, agendo così come un filtro passa alto. L'uscita attraverso il condensatore è quindi un segnale CC filtrato non regolato. Questa uscita può essere utilizzata per guidare componenti elettrici come relè, motori, ecc. Un regolatore IC 7805 è collegato all'uscita del filtro. Fornisce un'uscita regolata costante di 5V che può essere utilizzata per fornire input a molti circuiti elettronici e dispositivi come transistor, microcontrollori, ecc. Qui il 5V viene utilizzato per polarizzare un LED attraverso un resistore.

Si tratta di teoria del raddrizzatore a ponte i suoi tipi, circuiti e principi di funzionamento. Ci auguriamo che questa sana questione su questo argomento sia utile per la costruzione elettronica o progetti elettrici degli studenti così come nell'osservare vari dispositivi o apparecchi elettronici. Apprezziamo la tua viva attenzione e ci concentriamo su questo articolo. Pertanto, scriveteci per aver scelto i valori nominali dei componenti richiesti in questo raddrizzatore a ponte per la vostra applicazione e per qualsiasi altra guida tecnica.

Ora speriamo che abbiate un'idea del concetto di ponte raddrizzatore e delle sue applicazioni se ulteriori domande su questo argomento o sul concetto dei progetti elettrici ed elettronici lasciano i commenti nella sezione sottostante.

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