3.7.2 Διπλή Πλήρης Ανόρθωση
Στην περίπτωση της ημιανορθωμένης τάσης, η συνεχής συνιστώσα του ρεύματος και της τάσης εξόδου, όπως προκύπτει από τις σχέσεις (3.7.3) και (3.7.4),
είναι μόνο το 1/π ήτοι το 31.8% του μέγιστου ρεύματος και της τάσης εισόδου αντίστοιχα. Το μικρό ποσοστό αυτό οφείλεται στο ότι η δίοδος του κυκλώματος άγει μόνο κατά τη θετική ημιπερίοδο και επομένως υπάρχει ρεύμα και τάση στον φόρτο μόνο κατά την ημιπερίοδο αυτή.
3.7.2.1 Διπλή ανόρθωση με δυο (2) διόδους
Μια λύση για να αυξηθεί το ποσοστό αυτό, θα είναι να προστεθεί μια δεύτερη δίοδος στο κύκλωμα η οποία να δίνει ρεύμα στον φόρτο κατά την αρνητική ημιπερίοδο της τάσης εισόδου. Ένα τέτοιο κύκλωμα φαίνεται στο σχήμα (3.7.5). Το κύκλωμα αυτό παρέχει την λεγόμενη διπλή ή πλήρη ανόρθωση.
Η τάση του δικτύου (220V, 50 Hz) μετασχηματίζεται σε χαμηλότερη
τάση στο δευτερεύον πηνίο του μετασχηματιστού, το οποίο έχει μεσαία
λήψη και παρέχει δύο ίσες τάσεις με μέγιστη τιμή Vm στους δύο βρόχους του κυκλώματος.
Η μεσαία λήψη του δευτερεύοντος πηνίου του μετασχηματιστή (σημείο Γ) συνδέεται με το ένα άκρο της αντίστασης φόρτου RL ενώ το άλλο άκρο της αντίστασης συνδέεται με τις καθόδους των διόδων D1 και D2 (σημείο Δ). Οι δίοδοι θεωρούνται ιδανικές.
Κατά την ημιπερίοδο 0 < t < T/2, το σημείο Α είναι θετικότερο από το σημείο Γ (VAΓ = + Vm), ενώ το σημείο Β είναι αρνητικότερο από το σημείο Γ (VBΓ = -Vm). Αυτό συμβαίνει διότι τα τυλίγματα του δευτερεύοντος πηνίου του μετασχηματιστή είναι τυλιγμένα με αντίθετη φορά. Η δίοδος D1 άγει και υπάρχει ρεύμα στο κύκλωμα ΑΔΕΓΑ και επομένως και στο φόρτο RL, που είναι το ρεύμα ημιανόρθωσης με μέση τιμή I1dc = Im /2. Η δίοδος D2 δεν άγει, γιατί είναι ανάστροφα πολωμένη.
Κατά την ημιπερίοδο Τ/2 < t < Τ είναι: VΑΓ = -Vm, VΒΓ = +Vm.
Επομένως η δίοδος D2 άγει ενώ η δίοδος D1 δεν άγει, διότι είναι σε ανάστροφη πόλωση. Ετσι, στο κύκλωμα ΒΔΕΓΒ διέρχεται ρεύμα Ι2 με μέση τιμή Ι2DC = Im/2. Επομένως υπάρχει τάση και ρεύμα στο φόρτο, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.7.6.
Η μέση τιμή της ανορθωμένης τάσης και του ανορθωμένου ρεύματος δίδονται από τις σχέσεις (3.7.6) και (3.7.7) αντίστοιχα.
Αρα, η μέση τιμή (dc) της τάσης και του ρεύματος στην πλήρη ανόρθωση είναι διπλάσια από ότι στην ημιανόρθωση.
Η αντίστοιχη ενεργός (rms) τιμή της τάσης και του ρεύματος στην πλήρη ανόρθωση είναι :
3.7.2.2 Διπλή ανόρθωση με γέφυρα διόδων
Για την πλήρη ανόρθωση, χρησιμοποιείται σήμερα συχνά η διάταξη της γέφυρας διόδων. Η γέφυρα διόδων αποτελείται από 4 διόδους συνδεδεμένες όπως στο σχήμα 3.7.7. Με το κύκλωμα της γέφυρας αποφεύγεται η χρήση του μετασχηματιστή με μεσαία λήψη που είναι ανεπιθύμητη λόγω κόστους μετασχηματιστή.
Κατά τη θετική ημιπερίοδο της τάσης εισόδου, οι δίοδοι D2 και D3 άγουν (κόκκινα βέλη), ενώ οι δίοδοι D1 και D4 είναι σε αποκοπή. Κατά την αρνητική ημιπερίοδο της τάσης οι δίοδοι D1 και D4 άγουν (μπλε διακεκομμένα βέλη), ενώ οι δίοδοι D2 και D4 είναι σε αποκοπή. Έτσι από τον φόρτο L διέρχεται πάντα ρεύμα της αυτής φοράς και τιμής ίσης με τη μέση τιμή που δίνεται από την σχέση (3.7.7).
Κατά την πλήρη ανόρθωση με γέφυρα η μέση τιμή τόσο της τάσης, όσο και του ρεύματος παραμένουν οι ίδιες όπως και στη πλήρη ανόρθωση με 2 διόδους, καθώς και η ενεργός τιμή της τάσης ( σχέσεις 3.7.6, 3.7.7, 3.7.8 ). H γέφυρα διόδων θα αναλυθεί στην B' τάξη.
3.7.3 Ανιχνευτής κορυφής (Φίλτρο Πυκνωτή)
Όπως αναφέρθηκε στις προηγούμενες παραγράφους 3.7.1 και 3.7.2, η ανόρθωση είναι μια ηλεκτρονική διαδικασία για την εξομάλυνση της εναλλασσόμενης τάσης και την παραγωγή συνεχούς. Η παραγόμενη τάση είναι μεν συνεχής αλλά όχι σταθερή και κυμαίνεται με διαφορετικό ποσό διακύμανσης στην ημιανόρθωση και στην πλήρη ανόρθωση. Η κυμαινόμενη αυτή τάση δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία ηλεκτρονικών συσκευών, διότι δημιουργεί προβλήματα θορύβου, βόμβου ή παραμόρφωσης σε ενισχυτές, πομπούς, δέκτες κ.λ.π.
Η παραπάνω διακύμανση της τάσης μπορεί να ελαττωθεί με την τοποθέτηση κατάλληλων φίλτρων. Τα φίλτρα είναι ηλεκτρονικές διατάξεις που εξομαλύνουν μια τάση, αποκόπτουν ανεπιθύμητες συχνότητες σημάτων επιτρέποντας να περάσουν χρήσιμες συχνότητες. Το απλούστερο και σπουδαιότερο φίλτρο είναι το φίλτρο πυκνωτή. Τοποθετείται δηλαδή ένας πυκνωτής στην έξοδο του κυκλώματος ημιανόρθωσης ή πλήρους ανόρθωσης παράλληλα με την αντίσταση φόρτου όπως στο σχήμα 3.7.8.
Κατά τη θετική ημιπερίοδο της τάσης εισόδου, ο πυκνωτής φορτίζεται και παίρνει τη μέγιστη τιμή του, Vm, στην κορυφή της τάσης εισόδου.
Όταν η τάση ελαττώνεται ο πυκνωτής αρχίζει να εκφορτίζεται πάνω στην αντίσταση φόρτου RL. Η εκφόρτιση του πυκνωτή συνεχίζεται και κατά την διάρκεια της αρνητικής ημιπεριοδου και σταματά μονο στην επόμενη θετική ημιπερίοδο.
Στο σχήμα 3.7.9 η εκφόρτιση παρίσταται με ευθύγραμμα τμήματα,
τα οποία ξεκινούν από την κορυφή της ημιανορθωμένης τάσης και φθάνουν μέχρι κάποιο σημείο του επόμενου ημικύματος.
Η κλίση των ευθύγραμμων αυτών τμημάτων εξαρτάται από τη σταθερά χρόνου τ=CR) του πυκνωτή και της αντίστασης. Για δεδομένη τιμή της χωρητικότητας C, διακρίνουμε τις ακόλουθες περιπτώσεις:
α. Η αντίσταση φόρτου είναι πάρα πολύ μεγάλη, θεωρητικά άπειρη (R = ∞). τότε ο πυκνωτής δεν εκφορτίζεται και η τάση εξόδου παραμένει σταθερή σε τιμή και VL =Vm ( περίπτωση I ).
β. Η σταθερά χρόνου της αντίστασης και του πυκνωτή, τ= CR, είναι πολύ μεγαλύτερη από την περίοδο της ημιτονοειδούς τάσης εισόδου (τ >> Τ ). Τότε ο πυκνωτής εκφορτίζεται πολύ αργά και η κλίση της ευθείας εκφόρτισης είναι πολύ μικρή ( περίπτωση II ).
γ. Η σταθερά χρόνου δεν είναι πολύ μεγάλη και είναι συγκρίσιμη με την περίοδο της τάσης ( τ > Τ ). Τότε ο πυκνωτής εκφορίζεται γρήγορα και η τιμή της τάσης του σχεδόν μηδενίζεται πριν ξαναφορτισθεί από την επόμενη θετική ημιπερίοδο της τάσης (περίπτωση III ).
Είναι προφανές ότι για να έχουμε καλή ανόρθωση θα πρέπει να προτιμήσουμε την περίπτωση I (Vκ= 0) ή έστω την II (Vκ > 0), οπότε η τάση εξόδου (τάση στα άκρα του πυκνωτή) πλησιάζει περισσότερο στην τιμή κορυφής της ημιανορθωμένης τάσης.
Τάση κυμάτωσης, Vk, είναι τα όρια μέσα στα οποία κυμαίνεται η τάση εξόδου ή η τάση του πυκνωτή.
Αποδεικνύεται ότι:
3.7.9
οπου: Idc = η μέση τιμή ρεύματος εξόδου
f = η συχνότητα της τάσης εισόδου
C = η χωρητικότητα του πυκνωτή.
Επομένως, η συνεχής τάση εξόδου είναι:
O ημιανορθωτής με το φίλτρο πυκνωτή που εξετάσθηκε παραπάνω λέγεται και ανιχνευτής κορυφής επειδή η τάση εξόδου έχει τιμή ίση με την κορυφή της τάσης ανόρθωσης.
Στην περίπτωση της πλήρους ανόρθωσης, η κυμάτωση είναι μικρότερη γιατί υπάρχει τάση εξόδου και κατά τις θετικές και κατά τις αρνητικές ημιπεριόδους, οπότε ο πυκνωτής έχει στην διάθεσή του πολύ μικρότερο χρόνο να εκφορτισθεί μέχρι την επόμενη φόρτισή του. Στην περίπτωση αυτή είναι :
Υπάρχουν και άλλα φίλτρα εξομάλυνσης της τάσης όπως φίλτρο πηνίου, φίλτρο τύπου Π με πυκνωτή και αντίσταση ή πυκνωτές και πηνίο, φίλτρο τύπου L κ.α. αλλά με αυτά δεν θα ασχοληθούμε εδώ.
