RADDRIZZATORE

RADDRIZZATORE

Apparecchio atto a ricavare una corrente unidirezionale da una sorgente di forza elettromotrice alternata; nell'elettrotecnica delle correnti forti è anche denominato convertitore statico di corrente alternata in corrente continua, in contrapposizione alle convertitrici rotanti.

La conversione di corrente ha luogo nel r. per la presenza in esso di uno o più conduttori anomali (detti elementi raddrizzatori o, semplicemente, raddrizzatori anch'essi), che consentono alla corrente di scorrere in una sola direzione. In pratica, come elementi r. sono usati conduttori anomali dei seguenti tipi: a) celle elettrolitiche a elettrodi disimmetrici (r. elettrolitici); b) diodi elettronici a catodo freddo a gas (r. a luminescenza); c) diodi termoelettronici (r. a vuoto spinto); d) diodi termoionici, in particolare r. a vapore di mercurio; e) diodi a semiconduttore.

Rinviando a convertitore (XI, p. 270) e a semiconduttore (in questa App.) per ciò che concerne gli elementi r., vengono qui date alcune notizie sui circuiti raddrizzatori tipici. In quel che segue si fa sempre riferimento a elementi r. ideali, che hanno cioè una caratteristica del tipo schematizzato nella fig. iA; gli elementi r. reali hanno invece una caratteristica che si avvicina a quella riportata nella fig. iB (R₀ è la resistenza equivalente dell'elemento ed è tg α = 1/R₀) ovvero a quella riportata nella fig. 1C (V₀ è la caduta di tensione ai capi dell'elemento).

Schema a semionda. - a) Con carico resistivo: l'elemento r. D (fig. 2A) si comporta come un interruttore polarizzato; se la tensione in ingresso è del tipo: V = V_M sen ωt, la corrente i che scorre nel resistore di carico R ha l'andamento illustrato dalla fig. 2B. La tensione in uscita V_R = Ri ha lo stesso andamento della corrente; il valor medio di essa è:

L'efficienza della conversione della potenza alternata applicata P_a in potenza continua P_c risulta:

dove

è il valore efficace della corrente.

Il relativamente basso valore di η è dovuto alla presenza di una forte componente alternativa. Definito come fattore di ondulazione il rapporto:

si ottiene per esso, in questo caso, il valore:

Il massimo picco inverso di tensione che l'elemento r. deve sopportare è: V_pi = V_M.

b) Con l'aggiunta di una capacità di livellamento: la capacità C (fig. 3 A) immagazzina energia dalla sorgente durante il periodo di conduzione da α a β (fig. 3 B), e fornisce energia al carico R durante la non conduzione.

Nella fig. 4 A è riportato l'andamento della quantità iR/V_M per varî valori della quantitàa ωCR: da essa appare come aumentando il valore di C aumenti la componente continua della corrente i che scorre nel carico e aumenti nel contempo il livellamento. A considerazioni analoghe conduce l'esame della fig. 4 B, nella quale è riportato, sempre in funzione del parametro ωCR, l'andamento del rapporto V_R/V_M.

Per ωCR non minore di circa 20, il fattore di ondulazione diviene:

f essendo la frequenza della tensione applicata. Il massimo picco inverso di tensione è: V_pi = 2V_M.

c) Con l'aggiunta di una induttanza di livellamento: l'induttanza L (fig. 5 A) immagazzina energia durante il tratto di periodo da 0 ad α e la restituisce nel tratto αβ (fig. 5 B). Nelle fig. 6 A e 6 B sono riportati i diagrammi, analoghi a quelli delle fig. 4 A e 4 B, che danno l'andamento delle quantità iR/V_M e V_R/V_M in funzione della quantità ωL/R: da essi si rileva che la componente continua della corrente diminuisce all'aumentare di L, cioè con l'aumentare del livellamento, contrariamente a quanto avveniva nella disposizione precedente. Il massimo picco di tensione inversa è: V_pi = V_M.

Schema a onda piena con 2 raddrizzatori in controfase. - a) Con carico resistivo: questo schema deriva dall'unione di due circuiti a semionda, identici, alimentati dalle due tensioni V₁ e V₂, sfasate di 180°, generate da un trasformatore con secondario a presa centrale (fig. 7 A):

Nella fig. 7 B è riportato l'andamento della corrente i che scorre nel carico. La tensione continua all'uscita è:

l'efficienza di conversione vale:

ed è quindi doppia di quella che si ha nello schema a semionda. Il fattore di ondulazione è:

mentre il picco di tensione inversa iale: V_pi = 2V_M.

b) Con l'aggiunta di una capacità C oppure di una induttanza L di livellamento: valgono le stesse considerazioni fatte per lo schema a semionda, a parte il fatto che, risultando la frequenza di ondulazione pari al doppio della frequenza f della tensione di alimentazione, a pari effetto di livellamento sono sufficienti valori minori per L e per C. Per es., il fattore di ondulazione per uno schema con capacità di livellamento è, per ωCR > 20:

esattamente metà di quanto si aveva, a parità di condizioni, nello schema a semionda. Per migliorare ancora il livellamento si usano generalmente schemi con induttanza e capacità, del tipo di quello della fig. 7 C.

Schema a onda piena con 4 raddrizzatori a ponte. - I 4 elementi r. sono disposti in modo che la conduzione avvenga attraverso due di essi (D₁ e D₄ nella fig. 8) per le semionde di una polarità e attraverso gli altri due (D₂ e D₃) per le altre. L'effetto è identico a quello del r. a onda intera: la corrente ha l'andamento schematizzato nella fig. 7 B. Con questa disposizione non è più necessario un trasformatore con secondario a presa centrale e, inoltre, la sorgente di tensione alternata non è percorsa da corrente continua. Il picco inverso di tensione è: V_pi = V_M. Questo schema è preferito specialmente con i diodi a seminconduttore.

Circuiti raddrizzatori moltiplicatori di tensione. - a) Duplicatore: nella semionda negativa della tensione applicata V la capacità C₁ (fig. 9 A) si carica alla tensione V_M attraverso il r. D₁; nella semionda positiva la tensione di C₁ e quella di alimentazione si trovano in serie e vanno a caricare la capacità C₂ alla tensione 2V_M.

b) Triplicatore: l'insieme costituito da D₁, D₂, C₁ e C₂ (fig. 9 B) costituisce un duplicatore; in serie è aggiunto un r. a semionda D₃ con una capacità C₃: C₂ risulta caricata alla tensione 2V_M nei semiperiodi pari; mentre nei semiperiodi dispari, C₁ e C₃ si caricano alle tensioni V_M e 2V_M, rispettivamente, attraverso D₁ e D₃.

c) quadruplicatore: è costituito da due duplicatori in serie. La capacità C₁ (fig. 9 C) si carica alla tensione V_M attraverso D₁; C₂ si carica alla tensione 2V_M attraverso C₁ e D₂; C₃ si carica alla tensione 2V_M attraverso C₂, D₃ e C₁; infine C₄ si carica alla tensione 2V_M attraverso C₁, C₃, D₄ e C₂.

Con opportune combinazioni di duplicatori e triplicatori, si possono realizzare, almeno in linea di principio, circuiti r. con un fattore di moltiplicazione alto quanto si vuole.

Bibl.: T. S. Gray, Applied electronics, New York 1957; I. D. Ryder, Electronics fundamentals and applications, New York 1959; K. R. Spangenberg, Fundamentals of electron devices, New York 1957.