Redresoare monofazate

Argument:

Redresorul este un cerc electric capabil sa transforme energia electrica de curent alternativ in energia de current continuu.

Alimentarea redresorului se face de obicei de la reteaua de energie electrica (care furnizeaza energia de curent alternativ)

Clasificarea redresoarelor

a)     dupa tipul tensiunii redresate:

-redresoare monofazate,

-redresoare polifazate,

b)     dupa numarul de alternante ale crtiteriilor alternante pe care le redreseaza:

-monoalternanta

-bialternanta

c)     dupa posibilitatea controlului asupra tensiunii redresate:

-redresoare necomandate,

-redresoare comandate,

d)     dupa natura sarcinii:

-cu sarcina rezistiva

rezistenta este elementul pasiv de circuit cu functie de limitare a intensitatii curentului electric.

I=u/o=>infinit   

-cu sarcina inductiva(cu bobina)

-cu sarcina capacitive ( cu condensator electric)

Tipuri de redresoare

redresoare monofazat:

redresor de putere medie(sute de w)putand functiona atat monoalternanta cat si bialternanta .

Redresor monofatzat monoalternanta:

Redresor monofazat dubla alternanta

(cu priza mediana )

Acest redresor prelucreaza tot tensiune altenanta monofazata de forma :

U(t)=Umax sin cot.

Partea de redresare consta in doua diode semiconductoare care lucreaza in contratimp(D1 conduce in timpul unei alternante a tensiunii de intrare,D2 blocata ,iar in cealanta altenanta D1 se blocheaza si D2 se deschide conducerea circuitelor electrice ).

Aceste redresor permite circularea curentului electric prin sarcina tot timpul,atat in alternanta pozitiva cat si in alternanta negative a tensiunii=>redresorul se numeste bialternanta.

In cazul redresorului monoalternanta prin sarcina circula curentul electric doar in timpul alternantei positive a tensiunii redresate,ractice alternanta negative nu este folosita de circuitul de sarcina.

Elemente componente:

Tr- transformator electric de priza mediana in circuit secundar.

(bobina secundara este impartita in doua infasurari egale)

D1,D2- doua diode semiconductoare.redresoare.

Rs- rezistenta de sarcina,

L2' , L2" -inductantele celor doua infasurari obtinute prin conectarea

unei mediane pe infasurare.

DIODE SEMICONDUCTOARE:

Cele mai des folosite diode semiconductoare sunt diode le redresoare .

Ele functioneaza datorita proprietatii de a se comporta diferit la tensiuni de polarizare directe si tensiuni de polarizare inverse.

Astfel la tensiuni de polarizare directe rezistenta directa este foarte mica iar la polarizarea inversa rezistenta inversa este foarte mare.

Datorita acestei proprietati ca la aplicarea unei tensiuni alternative ele functioneaza pe alternanta pozitiva conducand un curent mare (de ordinul mA sau A).

Pe alternanta negativa se vor bloca lasand sa treaca curenti foarte mici de ordinul mA sau mA care pot fi neglijati.

Acest proces de transformare a unui semnal alternativ intr-un semnal continuu poarta numele de REDRESARE .

Aceste diode sunt folosite la constructia redresoarelor care lucreaza cu semnale mari si frecvente mici (50Hz )

Se pot realiza atat din germaniu cat si din siliciu - cele cu siliciu au urmatoarele avantaje fata de cele cu germaniu:

1. Curentul invers este mult mai mic.
2. Tensiunea de strapungere este mult mai mare
3. Temperatura maxima de lucru de 190 grade fata de 90 grade la germaniu

Dezavantaj- se considera tensiunea de deschidere putin mai mare.

Performantele unei diode redresoare sunt caracteristice prin 2 marimi limita care nu trebuie depasite in timpul functionarii :

Intensitatea maxima a curentului direct

Tensiunea inversa maxima.

DIODA ZENER

Este o dioda stabilizatoare de tensiune. Functionarea ei se bazeaza pe proprietatea jonctiunii p-n de a avea in regiunea de strapungere o tensiune la borne constanta intr-o gama larga de variatie a curentului invers.

Dioda functioneaza intr-un regim de strapungere controlat in care atat curentul cat si puterea disipata sunt mentinute la valori pe care dioda le poate suporta in regim permanent fara sa se distruga.

Dioda zener este construita din siliciu

-cand este polarizata direct (+ pe anod si - pe catod) functioneaza ca o dioda cu jonctiune.

-cand este polarizata invers (- pe anod si + pe catod) functioneaza in regim de strapungere

Functionarea diodei zener este caracteristica urmatoarelor marimi:1 Tensiunea de stabilizare ( este tensiunea la care apare regimul de strapungere; poate avea valori intre 4-200 V)

Rezistenta dinamica (este rezistenta interna a diodei in regiunea de strapungere) Rd = DU/DI

- cu cat rezistenta dinamica este mai mica cu atat tensiunea diodei este mai mica.

Curentul invers maxim (este valoare maxima a curentului pe care o poate suporta dioda fara sa se deterioreze)

Putere maxima disipata (este produsul dintre tensiunea de strapungere si curentul invers maxim; are valori cuprinse intre 0,2-50 W)

Coeficientul de temperatura a tensiunii de stabilizare care reprezinta variatia tensiunii de stabilizare pentru o variatie a temperaturii de 1grad C

Sz = DU/DT Uz

- acest coeficient este negativ pentru tensiunea la bornele diodei adica Uz mai mic de 6V si pozitiv pentru tensiuni mai mari de 6V.

DIODA CU CONTACT PUNCTIFORM

Este folosita pentru frecvente inalte. Este alcatuita din:

- o capsula de sticla strabatuta de 2 electrozi metalici. La capatul unui electrod se gaseste un monocristal de germaniu (semiconductor de tip n). Celalalt electrod se continua cu un conductor de wolfram care vine in contact cu monocristalul.

Daca se trece un impuls de curent scurt dar puternic la contactul dintre conductori si monocristal in interiorul acestuia din urma se formeaza o regiune de tip p .

Apare astfel o jonctiune de tip p-n de suprafata foarte mica, cu o capacitate foarte mica ( < 1pF )

Datorita acestei jonctiuni dioda functioneaza la frecvente foarte inalte. Acest tip de dioda poate fi folosit ca detector, schimbator de frecventa sau ca dioda de comutatie.

DIODA VARICAP

Sunt diode cu jonctiune care functioneaza in regim de polarizare invers pana la valoarea de strapungere .

Aceste diode utilizeaza proprietatea jonctiunii p-n de a se comporta ca o capacitate ce depinde de tensiunea continua de polarizare inversa (acesta este capacitatea de bariera).

Aceasta posibilitate de a varia o capacitate intr-un circuit prin varierea unei surse de polarizare este necesara in circuitele de schimbare a frecventei. Circuitele de reglaj automat al frecventei precum si modulatia frecventei.

Diodele varicap au capacitati de ordinul pF sau zecilor de pF si se construiesc din siliciu pentru a avea o rezistenta interna mai mare in polarizarea inversa.

În acest fel ele pot fi asimilate cu un condensator cu pierderi neglijabile.

DIODA TUNEL

Are o concentratie mare de impuritati ducand la micsorarea latimi regiunii de trecere pana la (10la-2 microni).

Datorita acestei latimi mici a barierei de potential; apare un fenomen numit efectul tunel.     Datorita acestui efect electronii pot invinge bariera de potential chiar daca lipseste energia suplimentara.

Datorita acestui efect apare curentul tunel care se suprapune peste curentul normal al unei jonctiuni p-n modificand caracteristica curent-tensiune, caracteristica ce se deosebeste de cea a unei diode semiconductoare prin:- in regiunea de polarizare inversa dependenta curent-tensiune este liniara deci dioda nu prezinta conductie unilaterala

- in regiunea polarizarii directe pentru valori mici ale tensiunii caracteristica are forma de "N".

Aceasta caracteristica arata ca pe o anumita portiune la cresteri ale tensiunii corespund miscari ale curentului.

În acest domeniu dioda prezinta o rezistenta negativa care de obicei este de valoarea zecilor de ohmi

Pentru o buna functionare este de dorit ca raportul dintre curentul maxim si curentul minim sa fie cat mai mare.

Daca se foloseste material semiconductor, arseniura de galiu acest raport depaseste valoare 15.

Dioda tunel lucreaza la puteri mici de ordinul watilor.

Caracteristica diodei nu depinde de variatiile de temperatura de aceea ea poate lucra la frecvente foarte inalte de ordinul 10 la a 4 MHz.

Datorita caracteristicii in "N" si a functionarii la frecvente aceasta dioda este folosita la realizarea urmatoarelor circuite:

Amplificatoare de frecvente foarte inalte

Oscilatoare de frecvente foarte inalte

circuite basculante monostabile, bistabile si astabile

Dezavantajul diodei tunel este ca are numai doua borne si deci nu se poate face separarea intre circuitul de intrare si cel de iesire.

` Filtru de netezire

Pentru imbunatatirea formei tensiunii pulsatorii redresate in vederea adunarii cat mai aproape de a tensiunii continue se folosesc circuite electronice numite filtre de netezire.

Rolul lor este de a micsora componenta variabila numita pulsatie,care se mentine in tensiunea de iesire dupa redresare.

Filtru cu condensator:

Filtru cu condensator Filtrul condensator consta in montarea unui condensator in || cu rezistenta de sarcina (Rs).Condensatorul are functia de a se opune variatiilor de tensiune,deci tensiunea de la bornele sale care este si tensiunea de sarcina are tendinta de a se mentine constant.

Condensatorul se incarca pana la volumul de varf a tensiunii redresate si se descarca prin rezistenta de sarcina intre intervalele de conductie ale diodei.Incarcarea condensatorului se face rapid prin circuitul alcatuit din rezistenta de conductie a diodei si ceea a infasurarii transformatorului.

Filtru cu bobina:

Se bazeaza in functionare pe proprietatile bobinei de a se opune variatiei de curent.

Bobina

Bobina are proprietatea de a mentine un curent electric cat mai constant cu cat frecventa semnalului redresat este mai mare.Pentru realizarea unei filtrari cat mai eficiente,adica pentru obtinerea unui factor de ondulatie cat mai mic se utilizeaza filtre de netezire compuse continand in structura atat condensator si bobine.

Redresarea curentului alternativ

Pentru obtinerea curentului continuu necesar alimentarii circuitelor electronice, din curentul alternativ disponibil de la retea se folosesc circuite specializate - redresoare, in asociatie cu circiute auxiliare care asigura caracteristicile impuse
Redresorul propriu-zis este construit cu elemente unidirectionale, lasand deci sa treaca curentul intr-un singur sens, cum sunt diodele cu vid sau diodele semiconductoare. Cel mai simplu circuit de redresare a tensiunii de retea este prezentat in fig.5.2. acest tip de redresare se numeste redresare monoalternanta, deoarece redreseaza numai una din alternantele tensiunii alternative de retea.

Elementele din circuitului sunt : siguranta de retea S, rezistenta de protectie Rp, dioda redresoare Dr cucondensatorul paralel C, condensatorul de filtraj Cf si consumatorul Rs.

Tensiunea alternativa de retea are o valoare de varf egala cu 1,41*Uev. La prima semialternanta pozitiva condensatorul de filtraj Cf atinge valoarea de varf a tensiunii de retea, dioda Dr fiind in conductie un sfert de perioada. Tensiunea de retea incepe sa scada, dioda redresoare se blocheaza si condensatorul Cf incarcat cu o tensiune egala cu o tensiune de varf se descarca prin rezistenta de sarcina cu o constanta de timp : =Cf*Rs.

La sosirea urmatoarei semialternante pozitive a tensiunii de retea dioda redresoare se deschide, in momentul in care tensiunea de retea depaseste valoarea tensiunii de pe condensatorul de filtraj, reincarcandu-l pe acesta la tensiunea Uvarf.

Peste tensiunea continua redresata, Uo, se suprapune o tensiune alternativa cu frecventa de 50Hz, avand forma unor dinti de ferastrau, numita tensiune reziduala sau brum rezidual.

Rezistenta de protectie Rs este introdusa in circuit pentru limitarea curentului de pornire prin dioda redresoare, atunci cand cuplarea aparatului coincide cu maximul tensiunii de retea. In acest moment, tensiunea de pe Cf fiind zero, curentul prin Dr este dat de relatia: ImaxDr = Uvarf/Rp.

Acest curent maxim este indicat de producator pentru fiecare tip de dioda redresoare si in cazul diodei 1N4007 este de 30A, valoarea minima pentru rezistenta de protectie fiind de 10 .



Etajul de redresare dubla alternanta

La aparitia alternantei pozitive, condensatorul Cf este incarcat la tensiunea de varf a tensiunii de retea, de curentul ce trece prin Rp, D1, Cf si D3. Diodele D2 si D4 sunt blocate. Dupa ce tensiunea de retea incepe sa scada, diodele D1 si D3 se blocheaza si condensatorul Cf incepe sa se descarce prin consumator. In momentul in care alternanta negativa a tensiunii de retea depaseste in valoare absoluta tensiunea de pe Cf, se deschid diodele D2 si D4 si curentul va circula prin D2, Cf, D4 si Rp va incarca condensatorul in valoarea de varf a tensiunii de retea.

Avantajele redresarii dubla alternanta sunt urmatoarele:
- brumul rezidual are amplitudinea pe jumatate comparativ cu redresarea monoalternanta
- da posibilitate utilizarii unor condensatoare de filtraj de doua ori mai mici, in cazul pastrarii amplitudinii brumului rezidual ca la redresarea monoalternanta
- incarca reteau de tensiune alternativa simetric si nu numai pe alternanta pozitiva
In prezent redresoarele dubla alternanta sunt folosite in toata aparatura moderna.

Bibliografie