Tensione di Uscita del Rettificatore a Mezza Onda: Filtrato vs. Non Filtrato
La **tensione media (CC) di uscita di un rettificatore a mezza onda è PIÙ ALTA con un filtro a condensatore che senza.**
Confronto Quantitativo (Diodo Ideale, Ingresso Sinusoidale Vp = Tensione di Picco)
| Condizione | VDC (Media) | Ondulazione (Vr(pp)) | Forma d'onda |
|---|---|---|---|
| Senza Filtro (Carico Resistivo) | VDC = Vp / π ≈ **0,318 Vp** | Vr(pp) = Vp (100%) | Impulsi a mezza seno, zero interstizi |
| Filtro a Condensatore (C Grande, Carico R) | VDC ≈ Vp – (Vr(pp) / 2) | Vr(pp) ≈ Iload / (f × C) | Seghetto su piedistallo CC |
Perché il Filtro Aumenta la Tensione Media
- Senza Filtro: La tensione segue il mezza seno: v(θ) = Vp sin θ (0 a π), 0 (π a 2π). Media = (1/2π) ∫0π Vp sin θ dθ = Vp/π.
- Con Condensatore: Il condensatore si carica vicino a Vp al picco. Si scarica lentamente attraverso il carico (esponenziale) fino al prossimo picco. La tensione *non* scende mai a zero (se C è adeguata). La **tensione minima (valle) è Vp – Vr(pp)**. La media si colloca molto più vicina a Vp.
Esempio Numerico
Trasformatore: 120V RMS → 16,97V di Picco (Vp). Carico: 1 kΩ.
- Senza Condensatore: VDC = 16,97 / π = **5,4 V**. Ondulazione = 16,97 Vpp.
- Con Condensatore 1000 µF: Vr(pp) ≈ I/fC = (12,7mA) / (60 × 1000µF) ≈ 0,21 V. VDC ≈ 16,97 – 0,105 = **16,86 V**.
- Con Condensatore 10 µF: Vr(pp) ≈ 21 V (supera Vp! Il condensatore si scarica a zero). Agisce come senza condensatore. VDC ≈ 5,4 V.
Sfumature Critiche
- Caduta di Tensione del Diodo (Vf): Sottrai ~0,7V (Si) o 0,3V (Schottky) da *tutte* le tensioni di picco sopra.
- Resistenza Trasformatore / Regolamento: Vp cede sotto corrente di picco di carica (Ipicco >> Imedio). VDC reale inferiore.
- Angolo di Conduzione: Il diodo conduce solo vicino al picco (impulsi brevi, ad alta corrente). Alta corrente di picco → Alta perdita I²R in trasformatore/fili → Fattore di potenza scarso.
- Resistenza di Scarico: Aggiungi sempre attraverso C (es. 100k–1MΩ) per scaricare il condensatore quando spento. Sicurezza.
Confronto: Ponte a Onda Intera (Stesso Trasformatore 120V RMS → 16,97V di Picco)
| Rettificatore | VDC (Senza Filtro) | Frequenza Ondulazione | C Filtro Richiesto per Stessa Ondulazione |
|---|---|---|---|
| Messa Onda | 0,318 Vp (5,4V) | f (60 Hz) | 1× (Linea base) |
| Ponte a Onda Intera | 0,637 Vp (10,8V) | 2f (120 Hz) | ½× (Metà capacità) |
Conclusione: Il filtro a condensatore **aumenta drasticamente** la tensione media CC (da 0,318Vp a ≈Vp) riducendo l'ondulazione. Questo è il suo scopo primario negli alimentatori. La messa a onda è raramente usata sopra ~1W a causa del scarso utilizzo del trasformatore e degli enormi condensatori filtro necessari.