Rectificador de media onda

PIEZAS Y MATERIALES

• Fuente de alimentación de CA de bajo voltaje (salida de 6 voltios)
• batería de 6 voltios
• Un diodo rectificador 1N4001 (catálogo de Radio Shack n. ° 276-1101)
• Motor pequeño de tipo "hobby", tipo imán permanente (catálogo de Radio Shack n. ° 273-223 o equivalente)
• Detector de audio con auriculares
• Condensador de 0,1 µF (catálogo de Radio Shack n. ° 272-135 o equivalente)

No es necesario que el diodo sea un modelo exacto 1N4001. Cualquiera de los diodos rectificadores de la serie “1N400X” son adecuados para la tarea y son bastante fáciles de obtener. Consulte el capítulo de experimentos de CA para obtener instrucciones detalladas sobre cómo construir el "detector de audio" que se enumera aquí.

Si aún no ha creado uno, se está perdiendo una herramienta sencilla y valiosa para la experimentación. Se especifica un capacitor de 0.1 µF para "acoplar" el detector de audio al circuito de modo que solo la CA llegue al circuito del detector.

El valor de este condensador no es crítico. He usado capacitores que van desde 0.27 µF a 0.015 µF con éxito. Los valores de condensador más bajos atenúan las señales de baja frecuencia en mayor grado, lo que da como resultado una menor intensidad de sonido de los auriculares, así que use un valor de condensador de mayor valor si tiene dificultades para escuchar los tonos.

REFERENCIAS CRUZADAS

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 3, capítulo 3:“Diodos y rectificadores”

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

• Función de un diodo como rectificador
• Funcionamiento del motor de imán permanente con alimentación de CA frente a CC
• Medir el voltaje de "ondulación" con un voltímetro

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRACIÓN

INSTRUCCIONES

Conecte el motor a la fuente de alimentación de CA de bajo voltaje a través del diodo rectificador como se muestra. El diodo solo permite que la corriente pase durante un medio ciclo de un ciclo completo positivo y negativo de voltaje de la fuente de alimentación, lo que evita que un medio ciclo llegue al motor.

Como resultado, el motor solo "ve" la corriente en una dirección, aunque pulsante corriente, lo que le permite girar en una dirección. Tome un cable de puente y haga un cortocircuito con el diodo momentáneamente, notando el efecto en el funcionamiento del motor:

Como puede ver, los motores de “CC” de imán permanente no funcionan bien con corriente alterna. Retire el cable de puente temporal e invierta la orientación del diodo en el circuito. Tenga en cuenta el efecto sobre el motor. Mida el voltaje de CC en el motor de esta manera:

Luego, mida también el voltaje de CA en el motor:

La mayoría de los multímetros digitales hacen un buen trabajo al discriminar entre el voltaje de CA y el de CC, y estas dos medidas muestran los voltajes promedio de CC y de “ondulación” de CA, respectivamente, de la potencia “vista” por el motor. Voltaje de ondulación es la porción variable del voltaje, interpretada como una cantidad de CA por el equipo de medición, aunque la forma de onda del voltaje en realidad nunca invierte la polaridad.

La ondulación se puede imaginar como una señal de CA superpuesta a una señal continua de "polarización" o "compensación" de CC. Compare estas medidas de CC y CA con las medidas de voltaje tomadas en el motor mientras funciona con una batería:

Las baterías proporcionan una potencia de CC muy "pura" y, como resultado, debe haber muy poca tensión de CA medida a través del motor en este circuito. Cualquiera que sea el voltaje de CA es medida a través del motor se debe al consumo de corriente pulsante del motor cuando las escobillas hacen y rompen el contacto con las barras del conmutador giratorio.

Esta corriente pulsante hace que caigan voltajes pulsantes a través de las resistencias parásitas en el circuito, lo que resulta en “caídas” de voltaje pulsante en los terminales del motor. Se puede obtener una evaluación cualitativa del voltaje de ondulación utilizando el detector de audio sensible que se describe en el capítulo de experimentos de CA (el mismo dispositivo descrito como un "detector de voltaje sensible" en el capítulo de experimentos de CC).

Baje la sensibilidad del detector para un volumen bajo y conéctelo a los terminales del motor a través de un condensador pequeño (0,1 µF), como este:

El condensador actúa como un filtro de paso alto, bloqueando el voltaje de CC para que no llegue al detector y permitiendo una "escucha" más fácil del voltaje de CA restante. Esta es exactamente la misma técnica que se utiliza en los circuitos del osciloscopio para el "acoplamiento de CA", donde las señales de CC no se pueden ver mediante un condensador conectado en serie.

Con una batería alimentando el motor, la onda debería sonar como un "zumbido" o "gemido" agudo. Intente reemplazar la batería con la fuente de alimentación de CA y el diodo rectificador, "escuchando" con el detector el "zumbido" de tono bajo de la potencia rectificada de media onda:

SIMULACIÓN DE COMPUTADORA

Esquema con números de nodo SPICE:

Netlist (haga un archivo de texto que contenga el siguiente texto, literalmente):

 Rectificador de media onda v1 1 0 sin (0 8.485 60 0 0) rload 2 0 10k d1 1 2 mod1 .model mod1 d .tran .5m 25m .plot tran v (1,0) v (2,0) .end 

Esta simulación traza el voltaje de entrada como una onda sinusoidal y el voltaje de salida como una serie de "jorobas" correspondientes a los semiciclos positivos del voltaje de la fuente de CA. Desafortunadamente, la dinámica de un motor de CC es demasiado compleja para ser simulada con SPICE.

El voltaje de la fuente de CA se especifica como 8.485 en lugar de 6 voltios porque SPICE entiende el voltaje de CA en términos de pico valor solamente. Un voltaje de onda sinusoidal RMS de 6 voltios es en realidad un pico de 8.485 voltios. En las simulaciones donde la distinción entre RMS y valor pico no es relevante, no me molestaré con una conversión RMS a pico como esta.

Para ser sincero, la distinción no es muy importante en esta simulación, pero la analizo aquí para su edificación.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de trabajo de circuitos de diodos precisos