background image

 

  The purpose of this experiment is to introduce  diode  rectifier  circuits used in  DC 

power supplies. 

Almost all electronic systems require at least one DC power supply  that converts  AC line 
voltage (most often 120VAC @ 60 Hz) to DC voltage (typically 5 to 20 VDC).   To accomplish 
this, diodes  are used  to produce either positive or negative  DC  voltage  from an  alternating 
source in a process called rectification.  The diode is, therefore, an essential element of every 
DC power supply. 
 
The purity of DC voltage delivered by the power supply is largely determined by the 
requirements of its load (i.e., electronic system).  Rectified AC naturally pulsates, and is usually 
smoothed by filtering to produce a steady DC value.  Perfect filtering would produce a DC 
output having no AC variation at all.  In practice, some unwanted AC  voltage, called “ripple”, 
appears at the output along with the desired DC voltage.  The ratio of AC ripple voltage to DC 
voltage  at the power supply output is called “ripple factor”.  Ripple factor is defined as either 

RMS

DC

V

V

 , or 

p p

DC

V

V

.  The peak-to-peak definition is used here, primarily for ease of measurement. 

 
Maximum  allowable  AC ripple  factor  and  minimum DC current  output  are usually specified as 
part of a power supply’s design requirements. 
 
A DC power supply block diagram is shown in Fig. 1. 
 

Diode 

Rectifier

Power

Transformer

Filter

120 VAC

+

DC 

Output

-

 

 

Fig. 1.  DC Power Supply Block Diagram 

 
The AC input voltage is stepped down from 120 V to the appropriate level at the rectifier input 
by the power transformer.  The  rectifier  converts the sinusoidal  voltage  to a  pulsating,  DC 
voltage, which is then filtered to produce a relatively low ripple DC voltage at the output.   The 
type of filter selected depends on load current, ripple specifications, cost, size and other design 
requirements.  To further reduce the ripple and stabilize the magnitude of the DC output voltage 
against variations caused by changing load, a voltage regulator is often employed as well. 
 

 

                                       Department of Electrical Engineering 

 
                             Experiment name - Diodes and Bridge Rectifiers  
Overview:


background image

When designing a power supply, two important parameters must be specified  to assure that 
diodes are selected properly:  1)  the  maximum  current  capability, which is determined by the 
largest current that  the diode is expected to conduct, and  2)  the peak inverse voltage  (PIV), 
which is determined by the largest reverse voltage that is expected to appear across it.  
 
Rectifier circuits used in DC power supplies are classified as either half-wave or full-wave types.  
The half-wave rectifier shown in Fig. 2 passes only the positive half-cycles of the sinusoid to the 
output, because the diode blocks current flow during the negative half cycles. 

V

in

R

L

D

+

V

out

-

 

 
 

 

 

  

  

Fig. 2.  Half Wave Rectifier and Voltage Waveforms 

 

The  full-wave  bridge rectifier  circuit  shown in Fig. 3 inverts the negative half-cycles of the 
sinusoidal input voltage and passes both half-cycles of each alternation to the output. 
 
During the positive half-cycles of the input voltage, current  in the full-wave bridge rectifier  is 
conducted from the positive terminal  of the  source, through D1, through the load (resistor) 
connected to the output, and  then through D2 to return to the source.  During the negative half-
cycles of the input voltage, current is conducted from the negative terminal  of the source, 
through D3, through the load, and then through D4 and back to the source. Note that the load 
current’s direction is the same for both positive and negative half-cycles. 
 


background image

V

in

R

L

+

V

out

-

D

1

D1

D

2

D

4

D

3

 

 

 

 

Figure 3.  Full-Wave Bridge Rectifier and Voltage Waveforms 

 
If a simple capacitor filter is connected to the rectifier output as in Fig. 4, the output voltage is 
smoothed and approaches its ideal DC value.  The capacitor charges up while the diodes are 
conducting, and then discharges when the diodes are not conducting to maintain current flow 
through the load.  When load current is small, ripple are low and the diodes conduct high current 
for a very short part of the cycle, transferring charge from the source to the capacitor by means 
of large current spikes.  
 


background image

 

V

in

C

R

L

+

V

out

-

D

1

D1

D

2

D

4

D

3

 

 
 

 

 

Figure 4.  Filtered Full-Wave Bridge Rectifier and Voltage Waveforms 

 
A capacitor filter at the output of a half-wave rectifier (Fig.5)  also results in smoothing of the 
output, but it is less effective than in the full-wave bridge because the voltage peaks are twice 
as far apart in time, necessitating a deeper discharge of the filter capacitor between intervals of 
diode conduction. 
 


background image

V

in

C

R

L

D

+

V

out

-

 

 

 

 

 

Fig. 5.  Filtered Half-Wave Rectifier and Voltage Waveforms 

 
Fig. 6 is an expanded view of the output voltage ripple of Fig. 5, captured using AC oscilloscope 
coupling. 

 

 

V

out

V

p-p

diode on (charging)

diode off 
(discharging)

 

 
 

Fig. 6.  Filtered Half-Wave Rectifier Ripple Voltage  

 
 

Peak voltage at the output is given by

2

p

inRMS

D

V

V

V

=

, where 

D

V

is the forward voltage drop 


background image

across the  conducting diode.  The filter capacitor discharges with time constant 

L

R C

between 

voltage peaks, which occur with period 

T

.  Peak-to-peak ripple voltage (

r

V

) for the filtered half-

wave rectifier may, therefore, be approximated by  

2

p

inRMS

D

r

p p

L

r

L

V

V

V

V

V

T

R C

f R C

=

=

=

, where 

r

f

 

is the ripple frequency. 
 
 
 


background image

lab calculations for: 

 

a)  Ripple frequency, f

r

 

b)  Peak output voltage V

p

 

c)  Peak-to-peak ripple voltage, V

p-p

 

d)  Load (resistor) current, I

L

 

e)  Diode average current, I

D(av)

 

f)  Diode maximum current, I

D(max)

 

 
Perform these calculations for both the full-wave bridge rectifier, and the half-wave rectifier 
(blown diode) configuration. 

 

 

Present and compare the calculated results alongside measured results in a table of values. 
Comment on the differences between calculated and measured results. 

 
2)  Use three different methods to determine load currents for both cases: 

• 

(

)

(

)

out average

L average

L

V

I

R

=

 

• 

out

L

V

I

C

T

=

 during capacitor discharge 

• 

1

L

s

V

I

R

=

 at the mid-point of the capacitor discharge period 

 

Using measured values,  apply the above methods to determine  load current, I

L

, and 

comment on the differing results.  Explain why the “slope” method is the least accurate. 

 
3)  Using your recorded waveforms and scaling factors for the full-wave bridge rectifier circuit, 

first  determine the load current  waveform 

( )

L

i t

and capacitor current  waveform 

( )

c

i t

, and 

then apply Kirchoff’s Current Law to find the diode

 

current waveform 

( )

D

i t

.  Include the three 

current waveforms in your report and comment on their relationships to each other.

 

Report – Diodes and Bridge Rectifiers 
 
1)  Using the measured values for V

in

 ,R

L

, R

S

, C and diode forward voltage drop, repeat the pre-




رفعت المحاضرة من قبل: Bilal AL Qazzaz
المشاهدات: لقد قام 10 أعضاء و 140 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل