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Elettronica generale - Santolo Daliento, Andrea Irace Copyright © 2011 - The McGraw-Hill srl 1 1. Per il circuito raddrizzatore a doppia semionda di Fig. 3.21 si valuti la massima tensione inversa che può esser presente su ogni diodo e si disegni l’uscita del raddrizzatore nel caso in cui il valore di picco della sinusoide di ingresso superi il valore della tensione di breakdown dei diodi stessi. Consideriamo il circuito raddrizzatore a doppia semionda ridisegnato in figura Durante la semionda positiva i diodi D2 e D4 sono in conduzione. Utilizzando per essi il modello del diodo ideale il circuito si riduce a quello seguente Elettronica generale - Santolo Daliento, Andrea Irace Copyright © 2011 - The McGraw-Hill srl 2 Capitolo 0 Da questo circuito è evidente come ai diodi non in conduzione (D1 e D3) sia applicata l’intera tensione di ingresso, che li polarizza inversamente. È, quindi, necessario scegliere dei diodi che siano in grado di sopportare una tensione inversa pari alla tensione di picco della sinusoide di ingresso. In caso contrario la forma d’onda del raddrizzatore appare come in figura Elettronica generale - Santolo Daliento, Andrea Irace Copyright © 2011 - The McGraw-Hill srl 3 La figura si riferisce ad una tensione di ingresso (in rosso) con valore di picco pari a 50V e diodi con tensione di BV pari a 20 V. Appena la tensione di ingresso supera 20 V i diodi D1 e D3 entrano in conduzione (durante la semionda positiva) e limitano la tensione di uscita, riportata in verde (Confronta con il funzionamento del diodo Zener). Analogamente durante la semionda negativa con riferimento ai diodi D2 e D4. 2. Per il circuito raddrizzatore ad una semionda di Fig. 3.13 si disegni l’uscita corrispondente ad un ingresso sinusoidale con valore di picco Vp = 5V utilizzando per il diodo il modello a caduta di tensione costante. Il modello a caduta di tensione costante prevede che il diodo non conduca fino a che la tensione di polarizzazione diretta ai suoi capi non supera 0.7V. Questo significa che la tensione di uscita del raddrizzatore differisce sempre di 0.7 V dalla tensione di ingresso. In particolare la tensione di uscita è nulla fino a che la tensione di ingresso non raggiunge 0.7 V. Questo comportamento è illustrato nella figura seguente. La figura è stata ottenuta con una simulazione spice del circuito raddrizzatore, la frequenza del segnale sinusoidale di ingresso è stata impostata pari a 100 Hz, ma tale frequenza è irrilevante rispetto al risultato che si voleva evidenziare. Elettronica generale - Santolo Daliento, Andrea Irace Copyright © 2011 - The McGraw-Hill srl 4 Capitolo 0 3. Si ripeta l’esercizio precedente assumendo Vp = 1V . Quando la tensione di picco è prossima alla caduta di tensione sul diodo si è in una condizione in cui l’approssimazione a caduta di tensione costante può comportare errori considerevoli. Ovviamente le considerazioni sulla forma relativa delle tensioni di ingresso e di uscita sono le stesse dell’esercizio precedente, nel senso che tali tensioni differiscono sempre di 0.7 V, per cui gli andamenti sono quelli mostrati nella figura. Elettronica generale - Santolo Daliento, Andrea Irace Copyright © 2011 - The McGraw-Hill srl 5 È chiaro come in questo caso si perda gran parte del contenuto energetico della tensionedi ingresso. 4. Per il circuito raddrizzatore ad una semionda di Fig. 3.13 si determini l’uscita corrispondente ad un ingresso sinusoidale con valore di picco Vp = 5V utilizzando per il diodo il modello a caduta di tensione costante con resistenza serie. Il valore della resistenza serie lo si assegni con riferimento alla figura contenuta nell’esempio del Paragrafo 4. Mentre il valore della resistenza R sia pari, rispettivamente, a 10Ω, 1Ω, 1kΩ. Dalla figura contenuta nell’esempio osserviamo che il salto di corrente corrispondente ad un salto di tensione di 0.1 V è pari a 0.4 A. Il valore della resistenza che descrive la pendenza della caratteristica in quella regione è quindi pari a 0.1/0.4=0.25 Ω; questo valore di resistenza va confrontato con la resistenza R perchè il segnale di ingresso (meno la caduta sul diodo) si ripartisce su di esse secondo la regola del partitore di tensione. la figura seguente mostra l’uscita del raddrizztore quando R = 1Ω Elettronica generale - Santolo Daliento, Andrea Irace Copyright © 2011 - The McGraw-Hill srl 6 Capitolo 0 Rispetto al modello con caduta di tensione costante si nota come la differenza tra la tensione di uscita e quella di ingresso cresca al crescere della tensione (perchè aumenta la corrente erogata dal generatore). La prossima figura si riferisce ad R = 10Ω Elettronica generale - Santolo Daliento, Andrea Irace Copyright © 2011 - The McGraw-Hill srl 7 In questo caso la differenza percentuale tra le due forme d’onda è minore che nel caso precedente perchè la resistenza serie del diodo è quasi del tutto trascurabile. Si nota ancora, però, in corrispondenza del massimo, una differenza tra le tensioni di ingresso e uscita superiore a 0.7 V Infine nella figura seguente sono mostrati i risultati relativi a R = 1kΩ Elettronica generale - Santolo Daliento, Andrea Irace Copyright © 2011 - The McGraw-Hill srl 8 Capitolo 0 Questa volta l’andamento è identico a quello che si avrebbe trascurando del tutto la resistenza serie. 5. Si ripetano gli esercizi precedenti con riferimento ad un raddrizzatore a doppia semionda. Con riferimento ala figura del circuito a doppia semionda mostrata di seguito con riferimento alla semionda positiva, durante la quale i diodi D1 e D3 sono interdetti e pertanto non presenti nel circuito Elettronica generale - Santolo Daliento, Andrea Irace Copyright © 2011 - The McGraw-Hill srl 9 osserviamo che la caduta sulla resistenza R differisce dalla tensione di ingresso per la caaduta sui due diodi in conduzione, per cui, rispetto ai risultati precedenti, si avrà, per esempio nel caso in cui si utilizzi il modello a caduta di tensione costante, che la tensione di ingresso differisce da quella di uscita di 1.4 V. La conseguenza è che una tensione di ingresso con valore di picco pari ad 1 V non riesce a portare in conduzione i diodi e l’uscita risulta sempre nulla. È ovvio, pertanto, che i modelli semplificati si possono usare solo quando la tensione di picco dell’ingresso è molto maggiore di 1.4 V.
