Da AC a DC: trasformatore, raddrizzatore e livellamento
Come si trasforma una tensione alternata in una tensione continua utilizzabile da un circuito elettronico? Seguiamo passo dopo passo la catena classica: trasformatore, diodi raddrizzatori, condensatore di livellamento e regolazione finale.
Perché convertire AC in DC?
La rete elettrica fornisce tensione alternata, mentre microcontrollori, sensori, amplificatori e gran parte dell’elettronica richiedono una tensione continua. In un alimentatore lineare tradizionale la conversione avviene attraverso più stadi, ciascuno con una funzione precisa.
Il trasformatore: adattare e isolare la tensione
Nel classico alimentatore lineare collegato alla rete, il trasformatore riduce la tensione AC e può fornire isolamento galvanico tra primario e secondario. Il rapporto tra tensioni è legato al rapporto tra il numero di spire.
Se il secondario è indicato, per esempio, come 12 V AC, quel valore è normalmente un valore efficace RMS e non il valore di picco della sinusoide.
Raddrizzatore a semionda
La forma più semplice di raddrizzamento utilizza un solo diodo. Durante una semionda il diodo conduce, durante quella opposta blocca la corrente. L’uscita contiene quindi impulsi separati da intervalli nei quali la tensione torna verso zero.
Ponte raddrizzatore di Graetz
Un ponte di Graetz utilizza quattro diodi. In ciascuna semionda conduce una coppia di diodi diversa, ma la corrente nel carico mantiene sempre la stessa direzione. In questo modo vengono sfruttate entrambe le semionde della tensione alternata.
La caduta di tensione sui diodi
Nel ponte, durante la conduzione, la corrente attraversa normalmente due diodi. La tensione disponibile sul condensatore è quindi inferiore al picco ideale del secondario.
Il condensatore di livellamento
La tensione all’uscita del ponte è continua nel verso, ma ancora fortemente pulsante. Un condensatore posto in parallelo al carico si carica vicino ai picchi della tensione raddrizzata e si scarica nel carico tra un picco e il successivo.
Come nasce il ripple
Tra due picchi della tensione raddrizzata, il ponte può smettere temporaneamente di fornire corrente al condensatore. In quell’intervallo è il condensatore a sostenere il carico e la sua tensione diminuisce progressivamente.
Al picco successivo i diodi tornano a condurre e il condensatore viene ricaricato. Questo ciclo continuo di carica e scarica produce l’ondulazione residua.
| Variazione | Effetto sul ripple |
|---|---|
| Capacità maggiore | Ripple minore |
| Corrente di carico maggiore | Ripple maggiore |
| Frequenza di ricarica maggiore | Ripple minore |
| Capacità minore | Ripple maggiore |
Dimensionare il condensatore di livellamento
Una relazione approssimata molto utile per stimare il ripple picco-picco è:
Da cui possiamo ricavare:
Dalla DC livellata alla DC regolata
Dopo il condensatore abbiamo una tensione continua ma non necessariamente stabile. Può variare con rete, carico, trasformatore e ripple. Un regolatore successivo porta l’uscita al valore desiderato.
Un regolatore lineare richiede inoltre che la tensione minima in ingresso resti sufficientemente superiore alla tensione di uscita. Se il fondo del ripple scende troppo, il regolatore può entrare in dropout e l’uscita non rimane più correttamente regolata.