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| Il valore medio e quello efficace della tensione raddrizzata si calcolano così (vedi sez. C1 del libro di terza): | Il valore medio e quello efficace della tensione raddrizzata si calcolano così (vedi sez. C1 del libro di terza): |
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| $$V_(om) = V_(oP) /pi$$ | `V_(om) = V_(oP) /pi` |
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| $$V_(oeff) = V_(oP)/2$$ | `V_(oeff) = V_(oP)/2` |
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| La tensione raddrizzata, pur presentando una componente continua, varia sensibilmente nel tempo e non è adatta ad alimentare carichi che richiedono una tensione continua. Immaginando di scomporre la tensione in una componente continua sovrapposta ad una alternata si può quantificare l'ondulazione della tensione raddrizzata con il **fattore di ripple** (o di ondulazione) definito così: | La tensione raddrizzata, pur presentando una componente continua, varia sensibilmente nel tempo e non è adatta ad alimentare carichi che richiedono una tensione continua. Immaginando di scomporre la tensione in una componente continua sovrapposta ad una alternata si può quantificare l'ondulazione della tensione raddrizzata con il **fattore di ripple** (o di ondulazione) definito così: |
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| $$r=V_(oaceff)/V_(om)$$ | `r=V_(oaceff)/V_(om)` |
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| dove V<sub>oaceff</sub> è il valore efficace della sola componente alternata della tensione. Un buon raddrizzatore deve avere un basso fattore di ripple; nel caso del raddrizzatore a semionda r vale 1,21 (121% in forma percentuale). | dove V<sub>oaceff</sub> è il valore efficace della sola componente alternata della tensione. Un buon raddrizzatore deve avere un basso fattore di ripple; nel caso del raddrizzatore a semionda r vale 1,21 (121% in forma percentuale). |
| Il raddrizzatore più utilizzato è quello a onda intera, in particolare quello a **ponte di Graetz** mostrato in //figura 8a//. Il ponte, che contiene quattro diodi che conducono a coppie alternativamente, produce in uscita la tensione di //figura 8c//. Il valore medio e quello efficace della tensione raddrizzata valgono: | Il raddrizzatore più utilizzato è quello a onda intera, in particolare quello a **ponte di Graetz** mostrato in //figura 8a//. Il ponte, che contiene quattro diodi che conducono a coppie alternativamente, produce in uscita la tensione di //figura 8c//. Il valore medio e quello efficace della tensione raddrizzata valgono: |
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| $$V_(om) = (2 V_(oP)) /pi$$ | `V_(om) = (2 V_(oP)) /pi` |
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| $$V_(oeff) = V_(oP)/sqrt(2)$$ | `V_(oeff) = V_(oP)/sqrt(2)` |
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| dove la tensione di picco V<sub>oP</sub> corrisponde a quella di ingresso diminuita della //cdt// sui due diodi (2V<sub>D</sub>). E' facile constatare che il raddrizzatore a onda intera è migliore di quello a semionda, infatti: | dove la tensione di picco V<sub>oP</sub> corrisponde a quella di ingresso diminuita della //cdt// sui due diodi (2V<sub>D</sub>). E' facile constatare che il raddrizzatore a onda intera è migliore di quello a semionda, infatti: |
| In ambito industriale, quando è richiesta una potenza elevata, è presente un alimentazione trifase; in questi casi è possibile utilizzare un raddrizzatore trifase. La //figura 9a// mostra il circuito di un raddrizzatore trifase a semionda. Sono presenti tre diodi che conducono alternativamente quando la fase a cui sono collegati presenta un valore di tensione superiore alle altre due (//figura 9b//). La tensione raddrizzata, rappresentata in //figura 9c//, coincide in ogni momento con la tensione più elevata delle tre tensioni stellate e presenta caratteristiche migliori rispetto al caso monofase, infatti: | In ambito industriale, quando è richiesta una potenza elevata, è presente un alimentazione trifase; in questi casi è possibile utilizzare un raddrizzatore trifase. La //figura 9a// mostra il circuito di un raddrizzatore trifase a semionda. Sono presenti tre diodi che conducono alternativamente quando la fase a cui sono collegati presenta un valore di tensione superiore alle altre due (//figura 9b//). La tensione raddrizzata, rappresentata in //figura 9c//, coincide in ogni momento con la tensione più elevata delle tre tensioni stellate e presenta caratteristiche migliori rispetto al caso monofase, infatti: |
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| $$V_(om) = (3 sqrt(3))/(2 pi) V_(oP)$$ | `V_(om) = (3 sqrt(3))/(2 pi) V_(oP)` |
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| $$r=17,7%$$ | `r=17,7%` |
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| Con i raddrizzatori trifase a ponte (a onda intera) è possibile ottenere risultati ancora migliori. La //figura 10a// mostra il circuito e la //figura 10d// mostra l'andamento della tensione raddrizzata, che coincide in ogni momento con la tensione più elevata tra quelle concatenate considerate positive e negative. In quest'ultimo caso il valore medio della tensione raddrizzata e il fattore di ripple valgono: | Con i raddrizzatori trifase a ponte (a onda intera) è possibile ottenere risultati ancora migliori. La //figura 10a// mostra il circuito e la //figura 10d// mostra l'andamento della tensione raddrizzata, che coincide in ogni momento con la tensione più elevata tra quelle concatenate considerate positive e negative. In quest'ultimo caso il valore medio della tensione raddrizzata e il fattore di ripple valgono: |
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| $$V_(om) = (3 sqrt(3))/pi V_(oP)$$ (dove con V<sub>oP</sub> si intende il valore di picco della tensione stellata) | `V_(om) = (3 sqrt(3))/pi V_(oP)` (dove con V<sub>oP</sub> si intende il valore di picco della tensione stellata) |
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| $$r=4,04%$$ | `r=4,04%` |
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| ==== Raddrizzatori su carico ohmico-indutivo ==== | ==== Raddrizzatori su carico ohmico-indutivo ==== |
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| Fin qui si è fatta l'ipotesi che il carico sia puramente resistivo; nella pratica è frequente il caso in cui il carico presenta anche una componente induttiva, come nel caso degli elettromagneti o dei motori in continua. Questo tipo di carichi peggiora le prestazioni del raddrizzatore perché a causa dello sfasamento introdotto dall'induttanza - e quindi del ritardo della corrente rispetto alla tensione - il diodo continua a condurre anche con tensioni negative. Questo determina una diminuzione del valore medio della tensione raddrizzata (vedi //figura 12a//). Il problema può essere risolto inserendo un **diodo di libera circolazione** in antiparallelo al carico che entra in conduzione quando la tensione di uscita è negativa annullandola. | Fin qui si è fatta l'ipotesi che il carico sia puramente resistivo; nella pratica è frequente il caso in cui il carico presenta anche una componente induttiva, come nel caso degli elettromagneti o dei motori in continua. Questo tipo di carichi peggiora le prestazioni del raddrizzatore perché a causa dello sfasamento introdotto dall'induttanza - e quindi del ritardo della corrente rispetto alla tensione - il diodo continua a condurre anche con tensioni in ingresso negative. Questo determina una diminuzione del valore medio della tensione raddrizzata (vedi //figura 12a//). Il problema può essere risolto inserendo un **diodo di libera circolazione** in antiparallelo al carico che entra in conduzione quando la tensione di uscita è negativa annullandola. |
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| Il caso dei motori in continua è leggermente più complesso perché oltre alla componente RL è presente una tensione E proporzionale alla velocità di rotazione del motore. La situazione, descritta nella //figura 14//, è simile alla precedente e il problema della diminuzione del valore medio della tensione raddrizzata può essere risolto allo stesso modo. | Il caso dei motori in continua è leggermente più complesso perché oltre alla componente RL è presente una tensione E proporzionale alla velocità di rotazione del motore. La situazione, descritta nella //figura 14//, è simile alla precedente e il problema della diminuzione del valore medio della tensione raddrizzata può essere risolto allo stesso modo. |
| * Problemi svolti: 4 (semionda), 5 (triangolare), 6 (Veff), 8 (variante con ponte) | * Problemi svolti: 4 (semionda), 5 (triangolare), 6 (Veff), 8 (variante con ponte) |
| * Problemi da svolgere: 20 (tutti e tre i casi) | * Problemi da svolgere: 20 (tutti e tre i casi) |
| * Simulazione 200MV11A((NB impostazione non default per la simulazione interattiva: simulate|interactive simulation settings|analysis options|SPICE options|customize|transient|integration methond:gear)) | * Simulazione 200MV11A((NB impostazione non default per la simulazione interattiva: simulate|interactive simulation settings|analysis options|SPICE options|customize|transient|integration methond:gear)) sull'effetto del diodo di libera circolazione |
| ===== 4 Alimentatori con filtro capacitivo ===== | ===== 4 Alimentatori con filtro capacitivo ===== |
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| ^ ^ semionda ^ onda intera ^ | ^ ^ semionda ^ onda intera ^ |
| | ondulazione|$$Deltav_o = I_o/(fC)$$|$$Deltav_o = I_o/(2fC)$$| | | ondulazione|`Deltav_o = I_o/(fC)`|`Deltav_o = I_o/(2fC)`| |
| | componente continua|$$V_(\C\C)=V_(oP)-I_o/(2fC)$$|$$V_(\C\C)=V_(oP)-I_o/(4fC)$$| | | componente continua|`V_(\C\C)=V_(oP)-I_o/(2fC)`|`V_(\C\C)=V_(oP)-I_o/(4fC)`| |
| | fattore di ripple| $$r=1/(2sqrt(3)fCR_L$$|$$r=1/(4sqrt(3)fCR_L$$| | | fattore di ripple| `r=1/(2sqrt(3)fCR_L`|`r=1/(4sqrt(3)fCR_L`| |
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| Osserviamo che: | Osserviamo che: |
| Il trasformatore si dimensiona calcolando il valore efficace della tensione al secondario e la potenza apparente dopo aver ricavato il valore efficace della corrente al secondario con una formula pratica. Nel caso del raddrizzatore a ponte: | Il trasformatore si dimensiona calcolando il valore efficace della tensione al secondario e la potenza apparente dopo aver ricavato il valore efficace della corrente al secondario con una formula pratica. Nel caso del raddrizzatore a ponte: |
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| $$V_(ieff)=V_(iP)/(sqrt(2))$$ ; $$I_(ieff)=1,8I_o$$ ; $$S=V_(ieff)I_(ieff)$$ | `V_(ieff)=V_(iP)/(sqrt(2))` ; `I_(ieff)=1,8I_o` ; `S=V_(ieff)I_(ieff)` |
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| === Extra === | === Extra === |
| Per verificare la prima condizione occorre dimensionare la resistenza R in modo che il diodo conduca anche nel caso peggiore, cioè quando la tensione in ingresso è minima e la corrente richiesta dal carico massima, imponendo: | Per verificare la prima condizione occorre dimensionare la resistenza R in modo che il diodo conduca anche nel caso peggiore, cioè quando la tensione in ingresso è minima e la corrente richiesta dal carico massima, imponendo: |
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| $$R<(V_(Imin)-V_Z)/(I_(Zmin)+I_(LMAX))$$ | `R<(V_(Imin)-V_Z)/(I_(Zmin)+I_(LMAX))` |
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| Per verificare la seconda condizione occorre valutare la corrente massima sul diodo e sulla resistenza nel caso peggiore, cioè quando la tensione in ingresso è massima e la corrente richiesta dal carico minima: | Per verificare la seconda condizione occorre valutare la corrente massima sul diodo e sulla resistenza nel caso peggiore, cioè quando la tensione in ingresso è massima e la corrente richiesta dal carico minima: |
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| $$I_(RMAX)=(V_(IMAX)-V_Z)/R$$ | `I_(RMAX)=(V_(IMAX)-V_Z)/R` |
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| $$I_(ZMAX)=I_(RMAX)-I_(Lmin)$$ | `I_(ZMAX)=I_(RMAX)-I_(Lmin)` |
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| e calcolare le rispettive potenze: | e calcolare le rispettive potenze: |
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| $$P_(RMAX)=RI_(RMAX)^2$$ | `P_(RMAX)=RI_(RMAX)^2` |
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| $$P_(ZMAX)=V_Z I_(ZMAX)$$ | `P_(ZMAX)=V_Z I_(ZMAX)` |
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| ==== Limiti del circuito stabilizzatore ==== | ==== Limiti del circuito stabilizzatore ==== |
| Fin qui abbiamo fatto l'ipotesi che la tensione di zener sia costante; in realtà la V<sub>Z</sub> cambia con I<sub>Z</sub> perché la caratteristica del diodo nella zona di breakdown non è perfettamente verticale e l'effetto stabilizzante può essere considerato accettabile solo nei per piccole variazioni di I<sub>Z</sub>. E' possibile valutare la variazione di V<sub>Z</sub> conoscendo la resistenza differenziale r<sub>Z</sub>: | Fin qui abbiamo fatto l'ipotesi che la tensione di zener sia costante; in realtà la V<sub>Z</sub> cambia con I<sub>Z</sub> perché la caratteristica del diodo nella zona di breakdown non è perfettamente verticale e l'effetto stabilizzante può essere considerato accettabile solo nei per piccole variazioni di I<sub>Z</sub>. E' possibile valutare la variazione di V<sub>Z</sub> conoscendo la resistenza differenziale r<sub>Z</sub>: |
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| $$Delta V_Z=Delta I_Z r_Z$$ | `Delta V_Z=Delta I_Z r_Z` |
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| ==== Il drogaggio ==== | ==== Il drogaggio ==== |
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| Il drogaggio consente di aumentare la conducibilità dei semiconduttori inserendo piccole quantità di elementi pentavalenti o trivalenti; nel primo caso si parla di drogaggio **tipo N** perché vengono aggiunti elettroni (cariche negative), nel secondo di drogaggio **tipo P** perché si introducono delle lacune (cariche positive). | Il drogaggio consente di aumentare la conducibilità dei semiconduttori inserendo piccole quantità di elementi pentavalenti o trivalenti((ad esempio fosforo e arsenico pentavalenti, boro trivalente)); nel primo caso si parla di drogaggio **tipo N** perché vengono aggiunti elettroni (cariche negative), nel secondo di drogaggio **tipo P** perché si introducono delle lacune (cariche positive). |
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| La conduciblità dovuta al drogaggio di un semiconduttore è chiamata **estrinseca**. Le cariche aggiunte tramite il drogaggio vengono dette **maggioritarie** distinte da quelle **minoritarie** presenti anche nei semiconduttori puri. | La conduciblità dovuta al drogaggio di un semiconduttore è chiamata **estrinseca**. Le cariche aggiunte tramite il drogaggio vengono dette **maggioritarie** distinte da quelle **minoritarie** presenti anche nei semiconduttori puri. |
| * l'effetto valanga, a tensioni superiori, dove a causa del campo elettrico le cariche minoritarie acquistano energia cinetica sufficiente a rompere i legami producendo un rapido aumento di cariche libere | * l'effetto valanga, a tensioni superiori, dove a causa del campo elettrico le cariche minoritarie acquistano energia cinetica sufficiente a rompere i legami producendo un rapido aumento di cariche libere |
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| | ===== Ulteriori applicazioni dei diodi ===== |
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| | Si veda su aula digitale l'{{ ::ui11b2.pdf |unità integrativa 11B}}. |
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| ===== Navigazione ===== | ===== Navigazione ===== |
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