Circuits électroniques - Redresseurs pleine onde

Un circuit redresseur qui redresse à la fois les demi-cycles positifs et négatifs peut être qualifié de redresseur pleine onde car il redresse le cycle complet. La construction d'un redresseur pleine onde peut être de deux types. Elles sont

  • Redresseur pleine onde à prise centrale
  • Pont redresseur pleine onde

Les deux ont leurs avantages et leurs inconvénients. Passons maintenant à leur construction et travaillons avec leurs formes d'onde pour savoir laquelle est la meilleure et pourquoi.

Redresseur pleine onde à prise centrale

Un circuit redresseur dont le secondaire du transformateur est exploité pour obtenir la tension de sortie souhaitée, en utilisant alternativement deux diodes, pour redresser le cycle complet est appelé comme un Center-tapped Full wave rectifier circuit. Le transformateur est ici à prise centrale contrairement aux autres cas.

Les caractéristiques d'un transformateur à prise centrale sont:

  • Le taraudage se fait en tirant un fil au milieu de l'enroulement secondaire. Cet enroulement est ainsi divisé en deux moitiés égales.

  • La tension au point médian de la prise est nulle. Cela forme un point neutre.

  • La prise centrale fournit deux tensions de sortie séparées qui sont égales en amplitude mais opposées en polarité l'une à l'autre.

  • Un certain nombre de bandes peuvent être tirées pour obtenir différents niveaux de tension.

Le transformateur à prise centrale avec deux diodes de redressement est utilisé dans la construction d'un Center-tapped full wave rectifier. Le schéma de circuit d'un redresseur pleine onde à prise centrale est illustré ci-dessous.

Fonctionnement d'un CT-FWR

Le fonctionnement d'un redresseur pleine onde à prise centrale peut être compris par la figure ci-dessus. Lorsque le demi-cycle positif de la tension d'entrée est appliqué, le point M au secondaire du transformateur devient positif par rapport au point N. Cela rend la diode $ D_1 $ polarisée en direct. Par conséquent, le courant $ i_1 $ traverse la résistance de charge de A à B.Nous avons maintenant les demi-cycles positifs dans la sortie

Lorsque le demi-cycle négatif de la tension d'entrée est appliqué, le point M au secondaire du transformateur devient négatif par rapport au point N. Cela rend la diode $ D_2 $ polarisée en direct. Par conséquent, le courant $ i_2 $ traverse la résistance de charge de A à B. Nous avons maintenant les demi-cycles positifs dans la sortie, même pendant les demi-cycles négatifs de l'entrée.

Formes d'onde de CT FWR

Les formes d'onde d'entrée et de sortie du redresseur pleine onde à prise centrale sont les suivantes.

D'après la figure ci-dessus, il est évident que la sortie est obtenue pour les demi-cycles positifs et négatifs. On observe également que la sortie aux bornes de la résistance de charge est dans lesame direction pour les deux demi-cycles.

Tension inverse de crête

Comme la tension maximale aux bornes du demi-enroulement secondaire est $ V_m $, la totalité de la tension secondaire apparaît aux bornes de la diode non conductrice. D'où lepeak inverse voltage est le double de la tension maximale aux bornes de l'enroulement semi-secondaire, c'est-à-dire

$$ PIV = 2V_m $$

Désavantages

Il y a peu d'inconvénients pour un redresseur pleine onde à prise centrale tels que -

  • L'emplacement du taraudage central est difficile
  • La tension de sortie CC est faible
  • Le PIV des diodes doit être élevé

Le prochain type de circuit redresseur pleine onde est le Bridge Full wave rectifier circuit.

Pont redresseur pleine onde

Il s'agit d'un tel circuit redresseur pleine onde qui utilise quatre diodes connectées sous forme de pont afin non seulement de produire la sortie pendant le cycle complet d'entrée, mais également d'éliminer les inconvénients du circuit redresseur pleine onde à prise centrale.

Il n'y a pas besoin de taraudage central du transformateur dans ce circuit. Quatre diodes appelées $ D_1 $, $ D_2 $, $ D_3 $ et $ D_4 $ sont utilisées dans la construction d'un réseau de type pont de sorte que deux des diodes conduisent pendant un demi-cycle et deux conduisent pendant l'autre demi-cycle de l'alimentation d'entrée. Le circuit d'un redresseur pleine onde en pont est illustré dans la figure suivante.

Fonctionnement d'un pont redresseur pleine onde

Le redresseur pleine onde avec quatre diodes connectées en pont est utilisé pour obtenir une meilleure réponse de sortie pleine onde. Lorsque le demi-cycle positif de l'alimentation d'entrée est donné, le point P devient positif par rapport au pointQ. Cela rend les diodes $ D_1 $ et $ D_3 $ polarisées en avant tandis que $ D_2 $ et $ D_4 $ sont polarisées en inverse. Ces deux diodes seront désormais en série avec la résistance de charge.

La figure suivante indique cela avec le flux de courant conventionnel dans le circuit.

Par conséquent, les diodes $ D_1 $ et $ D_3 $ conduisent pendant le demi-cycle positif de l'alimentation d'entrée pour produire la sortie le long de la résistance de charge. Comme deux diodes fonctionnent pour produire la sortie, la tension sera deux fois la tension de sortie du redresseur pleine onde à prise centrale.

Lorsque le demi-cycle négatif de l'alimentation d'entrée est donné, le point P devient négatif par rapport au point Q. Cela rend les diodes $ D_1 $ et $ D_3 $ polarisées en inverse tandis que $ D_2 $ et $ D_4 $ sont polarisées en avant. Ces deux diodes seront désormais en série avec la résistance de charge.

La figure suivante indique cela avec le flux de courant conventionnel dans le circuit.

Par conséquent, les diodes $ D_ {2} $ et $ D_ {4} $ conduisent pendant le demi-cycle négatif de l'alimentation d'entrée pour produire la sortie le long de la résistance de charge. Ici aussi, deux diodes travaillent pour produire la tension de sortie. Le courant circule dans le même sens que pendant le demi-cycle positif de l'entrée.

Formes d'onde du pont FWR

Les formes d'onde d'entrée et de sortie du redresseur pleine onde à prise centrale sont les suivantes.

D'après la figure ci-dessus, il est évident que la sortie est obtenue pour les demi-cycles positifs et négatifs. On observe également que la sortie aux bornes de la résistance de charge est dans lesame direction pour les deux demi-cycles.

Tension inverse de crête

Chaque fois que deux des diodes sont en parallèle au secondaire du transformateur, la tension secondaire maximale aux bornes du transformateur apparaît au niveau des diodes non conductrices qui constituent le PIV du circuit redresseur. D'où lepeak inverse voltage est la tension maximale aux bornes de l'enroulement secondaire, c'est-à-dire

$$ PIV = V_m $$

Avantages

Il existe de nombreux avantages pour un redresseur pleine onde en pont, tels que -

  • Pas besoin de taraudage central.
  • La tension de sortie CC est deux fois celle du FWR à percussion centrale.
  • Le PIV des diodes est de la moitié de la valeur du FWR à tappeur central.
  • La conception du circuit est plus facile avec une meilleure sortie.

Analysons maintenant les caractéristiques d'un redresseur pleine onde.

Analyse du redresseur pleine onde

Afin d'analyser un circuit redresseur pleine onde, supposons la tension d'entrée $ V_ {i} $ comme,

$$ V_ {i} = V_m \ sin \ omega t $$

Le courant $ i_1 $ à travers la résistance de charge $ R_L $ est donné par

$$ i_1 = I_m \ sin \ omega t \ quad pour \ quad0 \ leq \ omega t \ leq \ pi $$

$$ i_1 = \ quad0 \ quad \ quad \ quad pour \ quad \ pi \ leq \ omega t \ leq 2 \ pi $$

$$ I_m = \ frac {V_m} {R_f + R_L} $$

$ R_f $ étant la résistance de la diode en condition ON.

De même, le courant $ i_2 $ traversant la diode $ D_2 $ et la résistance de charge RL est donné par,

$$ i_2 = \ quad \: 0 \ quad \ quad \ quad pour \ quad 0 \ leq \ omega t \ leq \ pi $$

$$ i_2 = I_m \ sin \ omega t \ quad pour \ quad \ pi \ leq \ omega t \ leq 2 \ pi $$

Le courant total traversant $ R_L $ est la somme des deux courants $ i_1 $ et $ i_2 $ ie

$$ i = i_1 + i_2 $$

DC ou courant moyen

La valeur moyenne du courant de sortie qu'indiquera un ampèremètre CC est donnée par

$$ I_ {dc} = \ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} i_1 \: d \ left (\ omega t \ right) + \ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} i_2 \: d \ left (\ omega t \ right) $$

$$ = \ frac {1} {2 \ pi \ int_ {0} ^ {\ pi}} I_m \ sin \ omega t \: d \ left (\ omega t \ right) + 0 + 0 + $$

$$ \ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} I_m \ sin \ omega t \: d \ left (\ omega t \ right) $$

$$ = \ frac {I_m} {\ pi} + \ frac {I_m} {\ pi} = \ frac {2I_m} {\ pi} = 0,636I_m $$

C'est le double de la valeur d'un redresseur demi-onde.

Tension de sortie CC

La tension de sortie CC aux bornes de la charge est donnée par

$$ V_ {dc} = I_ {dc} \ times R_L = \ frac {2I_mR_L} {\ pi} = 0,636I_mR_L $$

Ainsi, la tension de sortie continue est le double de celle d'un redresseur demi-onde.

Courant RMS

La valeur RMS du courant est donnée par

$$ I_ {rms} = \ left [\ frac {1} {\ pi} \ int_ {0} ^ {\ pi} t ^ 2 \: d \ left (\ omega t \ right) \ right] ^ {\ frac {1} {2}} $$

Puisque le courant est de la même forme dans les deux moitiés

$$ = \ left [\ frac {I_ {m} ^ {2}} {\ pi} \ int_ {0} ^ {\ pi} \ sin ^ 2 \ omega t \: d \ left (\ omega t \ right ) \ right] ^ {\ frac {1} {2}} $$

$$ = \ frac {I_m} {\ sqrt {2}} $$

Efficacité du redresseur

L'efficacité du redresseur est définie comme

$$ \ eta = \ frac {P_ {dc}} {P_ {ac}} $$

Maintenant,

$$ P_ {dc} = \ left (V_ {dc} \ right) ^ 2 / R_L = \ left (2V_m / \ pi \ right) ^ 2 $$

Et,

$$ P_ {ac} = \ left (V_ {rms} \ right) ^ 2 / R_L = \ left (V_m / \ sqrt {2} \ right) ^ 2 $$

Par conséquent,

$$ \ eta = \ frac {P_ {dc}} {P_ {ac}} = \ frac {\ left (2V_m / \ pi \ right) ^ 2} {\ left (V_m / \ sqrt {2} \ right) ^ 2} = \ frac {8} {\ pi ^ 2} $$

$$ = 0,812 = 81,2 \% $$

L'efficacité du redresseur peut être calculée comme suit -

La puissance de sortie cc,

$$ P_ {dc} = I_ {dc} ^ {2} R_L = \ frac {4I_ {m} ^ {2}} {\ pi ^ 2} \ times R_L $$

La puissance d'entrée ca,

$$ P_ {ac} = I_ {rms} ^ {2} \ left (R_f + R_L \ right) = \ frac {I_ {m} ^ {2}} {2} \ left (R_f + R_L \ right) $ $

Par conséquent,

$$ \ eta = \ frac {4I_ {m} ^ {2} R_L / \ pi ^ 2} {I_ {m} ^ {2} \ left (R_f + R_L \ right) / 2} = \ frac {8} {\ pi ^ 2} \ frac {R_L} {\ left (R_f + R_L \ right)} $$

$$ = \ frac {0.812} {\ left \ {1+ \ left (R_f / R_L \ right) \ right \}} $$

Par conséquent, le pourcentage d'efficacité est

$$ = \ frac {0.812} {1+ \ left (R_f + R_L \ right)} $$

$$ = 81,2 \% \ quad si \: R_f = 0 $$

Ainsi, un redresseur pleine onde a une efficacité deux fois supérieure à celle d'un redresseur demi-onde.

Facteur d'ondulation

Le facteur de forme de la tension de sortie redressée d'un redresseur pleine onde est donné par

$$ F = \ frac {I_ {rms}} {I_ {dc}} = \ frac {I_m / \ sqrt {2}} {2I_m / \ pi} = 1.11 $$

Le facteur d'ondulation $ \ gamma $ est défini comme (en utilisant la théorie des circuits alternatifs)

$$ \ gamma = \ left [\ left (\ frac {I_ {rms}} {I_ {dc}} \ right) -1 \ right] ^ {\ frac {1} {2}} = \ left (F ^ 2 -1 \ droite) ^ {\ frac {1} {2}} $$

$$ = \ gauche [\ gauche (1,11 \ droite) ^ 2 -1 \ droite] ^ \ frac {1} {2} = 0,48 $$

C'est une grande amélioration par rapport au facteur d'ondulation du redresseur demi-onde qui était de 1,21

Régulation

La tension de sortie CC est donnée par

$$ V_ {dc} = \ frac {2I_mR_L} {\ pi} = \ frac {2V_mR_L} {\ pi \ left (R_f + R_L \ right)} $$

$$ = \ frac {2V_m} {\ pi} \ left [1- \ frac {R_f} {R_f + R_L} \ right] = \ frac {2V_m} {\ pi} -I_ {dc} R_f $$

Facteur d'utilisation du transformateur

La TUF d'un redresseur demi-onde est de 0,287

Il y a deux enroulements secondaires dans un redresseur à prise centrale et, par conséquent, le TUF du redresseur à onde pleine à centrage est

$$ \ left (TUF \ right) _ {avg} = \ frac {P_ {dc}} {VA \: rating \: of \: a \: transformer} $$

$$ = \ frac {\ left (TUF \ right) _p + \ left (TUF \ right) _s + \ left (TUF \ right) _s} {3} $$

$$ = \ frac {0,812 + 0,287 + 0,287} {3} = 0,693 $$

Redresseur demi-onde ou pleine onde

Après avoir parcouru toutes les valeurs des différents paramètres du redresseur pleine onde, essayons simplement de comparer et de contraster les caractéristiques des redresseurs demi-onde et pleine onde.

termes Redresseur demi-onde FWR à taraudage central Pont FWR
Nombre de diodes 1 $ 2 $ 4 $
Prise de transformateur $ Non $ $ Oui $ $ Non $
Tension inverse de crête $ V_m $ $ 2V_m $ $ V_m $
Efficacité maximale 40,6 $ \% $ 81,2 $ \% $ 81,2 $ \% $
Courant moyen / continu $ I_m / \ pi $ $ 2I_m / \ pi $ $ 2I_m / \ pi $
Tension continue $ V_m / \ pi $ $ 2V_m / \ pi $ $ 2V_m / \ pi $
Courant RMS $ I_m / 2 $ $ I_m / \ sqrt {2} $ $ I_m / \ sqrt {2} $
Facteur d'ondulation 1,21 $ 0,48 $ 0,48 $
Fréquence de sortie $ f_ {dans} $ $ 2f_ {dans} $ $ 2f_ {dans} $