CIRCUITE DE ALIMENTARE ELECTRONICĂ TEORETICĂ
C1.1 Prima abordare
C1.2 Roluri și constrângeri generale
De îndată ce auzim despre dispozitive electronice sau circuite, suntem siguri că vom întâlni o parte de putere în interior. De fapt, putem chiar inversa raționamentul. De îndată ce este necesară o sursă de alimentare, trebuie să avem de-a face cu un dispozitiv sau circuit electronic.
Niciun circuit electronic nu poate oferi nimic dacă nu poate extrage energie electrică de undeva! Dispozitivele fixe, cunoscute sub numele de „masă”, primesc energie electrică prin rețeaua electrică, în timp ce dispozitivele portabile o primesc prin baterii sau acumulatori.
Diagrama de mai sus evidențiază deja o primă constrângere asupra circuitelor de alimentare:
Toată energia electrică și, prin urmare, toată puterea electrică, disponibilă la ieșirea dispozitivului (sau circuitului) este preluată din exterior și trece complet prin circuitele care alcătuiesc sursa de alimentare.
Va fi esențial ca circuitele de putere să fie dimensionate astfel încât să reziste acestei puteri de tranzit și, mai presus de toate, să producă doar un minim de pierderi. După cum ne învață fizica, orice pierdere se transformă în căldură. Noțiunea de eficiență va fi importantă pentru proiectanții de circuite.
C1.3 Părți principale
Cu excepția anumitor motoare și mașini industriale mari, toate circuitele electronice necesită tensiuni directe (sau curenți). Cu toate acestea, marea majoritate a dispozitivelor „de masă” sunt conectate la rețeaua electrică, spunem în practică că sunt conectate la „sector”.
Tensiunea rețelei electrice este în regiunea noastră de 230V alternată, oscilând la o frecvență de 50 Hz. Aceasta impune circuitelor de alimentare un sistem de rectificare a tensiunii (sau a curentului).
Un transformator poate fi prezent pentru a furniza mai multe tensiuni alternative de diferite valori și pentru a efectua separarea galvanică. Separarea galvanică constă în separarea sectorului părților metalice ale cadrului aparatului numit „cadru” sau „masă” al aparatului. Vorbim de „cadru fierbinte” atunci când nu există separare sau altfel un cadru rece. Separarea galvanică permite și conectarea șasiului la conexiunile externe ale dispozitivului.
Există întotdeauna prezența unui prim condensator direct la ieșirea redresorului, numit condensator tampon. Împiedică alternanța rectificată să coboare la zero volți. Acest lucru mărește tensiunea medie DC și, în consecință, scade tensiunea de ondulare reziduală.
În cele din urmă, circuitele electronice nu sunt satisfăcute cu orice sursă de alimentare, ci necesită, pentru o funcționare corectă, o tensiune continuă (sau curent) de o stabilitate foarte mare. Acesta este motivul pentru care întâlnim circuite de stabilizare sau reglare. Reprezentările temporale, care pot fi vizualizate folosind un osciloscop, ilustrează această constrângere: Nivelul de tensiune DC al semnalului 1 este egal cu zero Volți U DCIN = 0V. Acesta este exemplul rețelei de 230V/50Hz.
Tensiunea rectificată U DCMOY2 are o undă mai mare decât tensiunea U DCMOY3 .
Dar raportul U/U DCMOY trebuie să fie cât mai mic posibil.
Cererea pentru o sursă de alimentare foarte stabilă necesită circuite de alimentare chiar și pe dispozitive portabile care sunt alimentate totuși de generatoare continue (baterii sau acumulatori).
Cele trei circuite fundamentale de rectificare descrise mai jos oferă o imagine de ansamblu asupra marii majorități a aranjamentelor întâlnite în practică.
C1.4 Redresare pe jumătate de undă
Această rectificare se obține folosind o diodă în serie cu rezistența la sarcină R ch. Acesta este cel mai simplu circuit de redresare pe care îl putem întâlni.
În timpul semiondei pozitive a tensiunii de intrare, dioda D conduce și are 0,6V la bornele sale. Tensiunea de intrare este aplicată rezistenței la sarcină R ch. Curentul din R ch va valora Î Rch = Û - 0,6/R ch .
dacă Û >> U j atunci Î Rch = Û/R ch
Valoarea medie continuă pe care o putem măsura pe R ch este:
U DCavg = (Û-0,6). 1/p
iar dacă Û >> 0.6V atunci U DCavg = Û. 1/p
În timpul semiondei negative a tensiunii de intrare, dioda D este blocată și împiedică curgerea curentului. Deci, tensiunea pe R ch va fi 0V și peste diodă
U D INV-MAX = Û.
C1.5 Rectificare cu undă completă
C1.5.1 Circuit cu două diode și transformator cu punct mediu
Această primă diagramă bloc arată un ansamblu care necesită un transformator. Înfășurarea secundară se realizează cu o conexiune suplimentară numită punct mediu. Acest sistem de rectificare se numește rectificare cu undă completă cu două diode și transformator punct mediu.
Transformatorul trebuie considerat ca un generator dublu de tensiuni alternative ale căror tensiuni de ieșire U S1 = U S2, de aceeași polaritate în același timp.
Pentru diode, pe de altă parte, tensiunea U AM este pozitivă la anodul D 1, în timp ce tensiunea U BM este negativă la anodul lui D 2 .
În timpul semiondei pozitive a U AM, dioda D 1 conduce și circuitul este închis de R ch și de punctul de mijloc al transformatorului. Curentul din R ch va merita
Î Rch = Û S1 - 0,6/R ch
iar dacă Û >> U j atunci Î Rch = Û S1/R ch
Tensiunea directă medie pe rezistența la sarcină R ch merită în acest sistem de rectificare dublul rectificării pe jumătate de undă, adică
U DCavg = Û S1. 2/p (dacă U S1 >> 0,6V)
În timpul semiondei negative, dioda D 1 este blocată (U D INV. = Û S1) și dioda D 2 se aprinde. Circuitul se închide cu R ch și punctul de mijloc. Curentul din R ch are aceeași valoare și aceeași direcție ca pentru semionda pozitivă.
Pentru funcționarea acestui ansamblu, transformatorul este obligatoriu.
C1.5.2 Circuit cu patru diode, numit pod GRAETZ.
În acest caz, cel mai frecvent pentru curenți mari, două diode conduc în același timp, în timp ce celelalte două sunt blocate.
Cele două alternanțe se găsesc pe R ch și de aceeași polaritate. Cele două alternanțe sunt îndreptate ca în cazul anterior.
Diodele trebuie să reziste la o tensiune inversă egală cu tensiunea de vârf U DINV = Û iar valoarea tensiunii medii pe rezistența de sarcină este
U DCavg = (Û - 1.2). 2/p
și U DCavg = Û. 2/p (dacă Û >> 1,2V)
Fiecare dintre aceste circuite redresoare având avantajele și dezavantajele sale, le întâlnim cu toții în dispozitive audio-video.