Alimentatori a singola e doppia semionda

Guida pratica alla progettazione degli alimentatori per applicazioni generali e audio.

In questo articolo saranno illustrate le principali tipologie di alimentatori non stabilizzati a singola e doppia semionda, esaminando le principali configurazioni e le loro applicazioni.

1. Alimentatori a singola semionda

Nell’alimentatore a singola semionda, il raddrizzatore consente la conduzione soltanto durante metà periodo.  Questa tipologia di alimentatore viene prevalentemente impiegata per fornire correnti modeste o quando è necessario ottenere una tensione duale da un trasformatore a singolo secondario.

1.1 Alimentatore a singola semionda per tensioni singole

Nello schema di fig. 1 vengono livellate le sole semionde positive della tensione alternata fornita dal trasformatore.

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Fig. 1 – Alimentatore a singola semionda

Il funzionamento del circuito è schematizzato in fig. 2, che raffigura: (a) la tensione alternata presente sul secondario del trasformatore e (b) l’andamento della tensione pulsante raddrizzata dal diodo. Il condensatore filtra questa tensione fornendo (c) una tensione continua. Invertendo la polarità del diodo e del condensatore si ottiene una tensione negativa rispetto al riferimento.

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Fig. 2 – Tensione sul secondario del trasformatore (a), tensione raddrizzata (b) e livellata (c).

L’ondulazione residua (ripple) presente nella tensione livellata può essere ridotta aumentando la capacità del condensatore. In pratica, si possono usare circa 20’000 µF per ogni ampere richiesto all’uscita. La corrente efficace richiesta al trasformatore durante la conduzione del diodo vale circa 2,2 volte quella richiesta all’uscita.

Esempio 1.1: Si dimensioni un alimentatore a singola semionda per ottenere una tensione continua di almeno 15 V e una corrente di 0,25 A.

Soluzione: considerando la caduta di tensione sul diodo di 0,7 V, il secondario del trasformatore dovrà essere da:

\(V_{eff}=\frac{V_{o}+V_{D}}{\sqrt{2}}=\frac{15\mathrm{\,V}+0,7\mathrm{\,V}}{\sqrt{2}}\approx11,1\mathrm{\,V}\)

Data la variabilità del ±10% della tensione della rete elettrica, conviene scegliere un trasformatore da almeno \(11,1\mathrm{\,V}\times1,1\approx 12,2\mathrm{\,V}\).

La potenza apparente del trasformatore dovrà essere di:

\(P_{A}=V_{eff}\times2,2\times I_{o}=12,2\mathrm{\,V}\times 2,2\times 0,25 \mathrm{\,A}\approx6,71\mathrm{\,VA}\)

Il diodo deve sopportare una corrente di :

\(I_{eff}=kI_{o}=2,2\times 0,25\mathrm{\,A}=0,55 \mathrm{\,A}\)

ed una tensione inversa superiore a:

\(V_{R}>2V_{o}=2\times 15\mathrm{\,V}\approx 30\mathrm{\,V}\)

Il diodo 1N4007 soddisfa entrambe le caratteristiche, in quanto sopporta una corrente di 1 A ed una tensione inversa di 1 kV.

Il condensatore può essere scelto da almeno 4700 µF, con una tensione di lavoro di 25 V.

Per ridurre il rumore dovuto al recupero inverso è possibile collegare un condensatore ceramico da un centinaio di nanofarad in parallelo al diodo.

1.2 Alimentatore a singola semionda ad uscita duale

Impiegando due diodi è possibile raddrizzare separatamente le semionde positive e negative, ottenendo un’alimentazione duale. Questa configurazione è molto utile nei circuiti audio di segnale, perché permette di ottenere un’alimentazione duale ricorrendo ad un trasformatore esterno dotato di un solo secondario.

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Fig. 3 – Alimentatore a singola semionda con uscita duale

Il dimensionamento è analogo a quello degli alimentatori a singola semionda ad unica uscita.

2. Alimentatori a doppia semionda

Gli alimentatori che raddrizzano interamente l’onda sono molto usati perché, rispetto a quelli a singola semionda, permettono di ottenere un ripple inferiore a parità di capacità. Per questo motivo sono impiegati prevalentemente quando sono richieste correnti considerevoli.

Gli alimentatori a doppia semionda possono essere realizzati in due modi, cioè impiegando un trasformatore con presa centrale (center tapped, CT) e due diodi, oppure impiegando un trasformatore a secondario singolo ed un ponte di diodi (anche detto ponte di Graetz dal nome del fisico tedesco Leo Graetz).

2.1 Alimentatore a doppia semionda con trasformatore a presa centrale e due diodi

Questo circuito sfrutta un trasformatore con presa centrale che viene collegata a massa per ottenere agli estremi del secondario due tensioni pulsanti con fase opposta.

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Fig. 4 – Alimentatore ad onda intera con trasformatore CT

In questo modo, i due diodi conducono alternativamente producendo una tensione pulsante con frequenza doppia (fig. 5/b) rispetto a quella della rete elettrica (fig. 5/a).

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Fig. 5 – Tensione sul secondario del trasformatore (a), raddrizzata (b) e livellata (c)

In fig. 5/c è raffigurata la tensione d’uscita livellata dal condensatore. Anche in questo caso, come nei raddrizzatori a singola semionda, si ha un’unica caduta di tensione (~0,7 V) sui diodi, in quanto la corrente circola in un solo diodo per volta. In questo caso il trasformatore deve essere dimensionato per una corrente efficace di circa 1,2 volte quella richiesta all’uscita. In pratica, si usa scegliere un condensatore da circa 10’000 µF per ogni ampere richiesto all’uscita.

1.2 Alimentatore a doppia semionda con ponte di diodi

Questo tipo di alimentatore è probabilmente il più diffuso in quanto permette di impiegare anche un comune trasformatore con secondario singolo per ottenere un alimentatore a doppia semionda. Questo è permesso dall’uso di un ponte costituito da quattro diodi (semplicemente detto “ponte di diodi” o “di Graetz”) reperibile in commercio in forma integrata.

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Fig. 6 – Alimentatore ad onda intera con ponte di diodi

La corrente circola contemporaneamente in una coppia di diodi paralleli per volta. La coppia di diodi in conduzione si scambia ad ogni inversione di polarità della tensione sul secondario, producendo una tensione pulsante con frequenza doppia rispetto a quella presente sul trasformatore. A differenza del circuito precedente, qui si ha una caduta di tensione doppia (~1,4 V) dovuta alla contemporanea conduzione di 2 diodi per volta. In questo caso, il trasformatore si trova a fornire una corrente efficace di circa 1,8 volte quella richiesta all’uscita. In pratica, si usa scegliere un condensatore da circa 10’000 µF per ogni ampere richiesto all’uscita.

1.3 Alimentatore a doppia semionda con ponte di diodi ad uscita duale

Impiegando un trasformatore con presa centrale ed un ponte di diodi è possibile realizzare un alimentatore a doppia semionda con uscita duale.

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Fig. 7 -Alimentatore ad onda intera con uscita duale

Anche in questo caso, il comportamento del circuito è analogo a quello dell’alimentatore a doppia semionda con ponte di diodi.

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Autore: bsproj

Amante della musica, appassionato di progettazione elettronica.

5 pensieri riguardo “Alimentatori a singola e doppia semionda”

  1. Con un trasformatore da 24 V ottieni un’uscita di circa ±33 V. Ovviamente, essendo un circuito a singola semionda, diodi e trasformatore devono essere in grado di erogare una corrente di picco adeguata, come indicato negli altri articoli. Questo è il motivo per cui solitamente si ricorre ad un trasformatore con presa centrale, col quale è possibile realizzare un alimentatore ad onda intera che solleciti meno trasformatore e diodi.

  2. grazie.
    probabilmente userò due condensatori Siemens SIKOREL da 68000uf per ramo.
    con lo schema di fig. 3 la tensione viene dimezzata?
    nel senso che se la mia uscita è di 24 volt dopo i diodi mi ritroverò due tensioni da 12v?
    thanks.

    roberto rossi

  3. Ciao Roberto,
    sicuramente puoi usare l’alimentatore di fig. 3, ma considera che ciascun ramo è ottenuto da una tensione raddrizzata a singola semionda; in altre parole, è necessario usare una capacità doppia rispetto a quella che useresti per ottenere le stesse prestazioni in un alimentatore duale “tradizionale”, cioé ad onda intera.

    Per calcolare il valore di capacità, conviene conoscere con esattezza l’assorbimento massimo del circuito; indicativamente, direi che dovrebbero servire tra i 10’000 e i 22’000 µF per ramo.
    Ciao,
    Niki

  4. ciao!
    vecchi contatti sul t-forum e sono ancora qui a disturbare.
    la domanda:
    – l’alimentatore della fig. 3 può essere usato per alimentare un piccolo classe A da 5-6w e con una corrente a riposo di 1A?
    mi interesserebbe questo piccoletto che sarebbe alimentato per quella potenza(5-6w) con una +17/-17.
    all’aumentare della tensione di polarizzazione aumenta leggermente la potenza.
    ma non saprei come aumenta la corrente a riposo.
    grazie anticipatamente per l’eventuale risposta.
    buon 2014.

    roberto rossi

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