Circuito de filtro / rectificador

PIEZAS Y MATERIALES

• Fuente de alimentación de CA de bajo voltaje
• Paquete de rectificador de puente (catálogo de Radio Shack n. ° 276-1185 o equivalente)
• Condensador electrolítico, 1000 µF, al menos 25 WVDC (catálogo de Radio Shack n. ° 272-1047 o equivalente)
• Cuatro postes de conexión estilo conector "banana", u otro hardware terminal, para la conexión al circuito del potenciómetro (catálogo de Radio Shack # 274-662 o equivalente)
• Caja de metal
• Bombilla de luz de 12 voltios, 25 vatios
• Portalámparas

NOTAS PARA PIEZAS Y MATERIALES

Se recomienda un “paquete” de puente rectificador en lugar de construir un circuito rectificador de puente a partir de diodos individuales, porque dichos “paquetes” están hechos para atornillarse a un disipador de calor de metal. Se recomienda una caja de metal sobre una caja de plástico por su capacidad de funcionar como disipador de calor para el rectificador.

Un valor de condensador mayor está bien para usar en este experimento, siempre que su voltaje de trabajo sea lo suficientemente alto. Para estar seguro, elija un capacitor con un voltaje de trabajo nominal de al menos el doble de la salida de voltaje de CA RMS de la fuente de alimentación de CA de bajo voltaje.

Las lámparas de 12 voltios de alto voltaje se pueden comprar en una tienda de artículos para botes y vehículos recreativos (RV). Los tamaños comunes son 25 vatios y 50 vatios. Esta lámpara se utilizará como una carga "pesada" para la fuente de alimentación.

REFERENCIAS CRUZADAS

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 2, capítulo 8:"Filtros"

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

• Función de filtro capacitivo en una fuente de alimentación CA / CC
• Importancia de los disipadores de calor para semiconductores de potencia

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRACIÓN

INSTRUCCIONES

Este experimento implica la construcción de un circuito de filtro y rectificador para conectarlo a la fuente de alimentación de CA de bajo voltaje construida anteriormente. Con este dispositivo, tendrá una fuente de alimentación de CC de bajo voltaje adecuada como reemplazo de una batería en experimentos con baterías.

Si desea que este dispositivo tenga su propia fuente de alimentación autónoma de 120 VCA / CC, puede agregar todos los componentes del suministro de CA de bajo voltaje al lado de entrada de CA de este circuito:un transformador, cable de alimentación, y enchufe. Incluso si no elige hacer esto, le recomiendo usar una caja de metal más grande de lo necesario para proporcionar espacio para circuitos de regulación de voltaje adicionales que podría optar por agregar a este proyecto más adelante.

CONSTRUCCIÓN DE LA PIEZA RECTIFICADORA

La unidad de puente rectificador debe tener una corriente nominal al menos tan alta como la del devanado secundario del transformador y un voltaje al menos dos veces más alto que el voltaje RMS de la salida del transformador (esto permite un voltaje pico, más un voltaje adicional). margen de seguridad). El rectificador Radio Shack especificado en la lista de piezas está clasificado para 25 amperios y 50 voltios, más que suficiente para la salida de la fuente de alimentación de CA de bajo voltaje especificada en el capítulo de experimentos de CA.

Las unidades rectificadoras de este tamaño suelen estar equipadas con terminales de "desconexión rápida". Se venden orejetas de "desconexión rápida" de cortesía que se engarzan en los extremos desnudos de un cable.

Este es el método preferido de conexión de terminales. Puede soldar cables directamente a los terminales del rectificador, pero recomiendo no soldar directamente a cualquier componente semiconductor por dos razones:posible daño por calor durante la soldadura y dificultad para reemplazar el componente en caso de falla.

Los dispositivos semiconductores son más propensos a fallar que la mayoría de los componentes cubiertos en estos experimentos hasta ahora, por lo que si tiene la intención de hacer que un circuito sea permanente, debe construirlo para que se mantenga. La “construcción sostenible” implica, entre otras cosas, hacer que todos los componentes delicados sean reemplazables.

También significa hacer que los “puntos de prueba” sean accesibles a las sondas del medidor en todo el circuito, de modo que la resolución de problemas se pueda ejecutar con un mínimo de inconvenientes. Las regletas de terminales proporcionan inherentemente puntos de prueba para tomar medidas de voltaje y también permiten una fácil desconexión de cables sin sacrificar la durabilidad de la conexión.

Atornille la unidad rectificadora al interior de la caja de metal. El área de la superficie de la caja actuará como un radiador, manteniendo fría la unidad rectificadora a medida que pasa altas corrientes.

Cualquier superficie de radiador de metal diseñada para reducir la temperatura de funcionamiento de un componente electrónico se denomina disipador de calor . Los dispositivos semiconductores, en general, son propensos a sufrir daños por sobrecalentamiento, por lo que proporcionar una ruta para la transferencia de calor desde los dispositivos al aire ambiente es muy importante cuando el circuito en cuestión puede manejar grandes cantidades de energía.

CONSTRUCCIÓN DE LA PIEZA DEL FILTRO

Se incluye un condensador en el circuito para actuar como un filtro para reducir el voltaje de ondulación. Asegúrese de conectar el capacitor correctamente a través de los terminales de salida de CC del rectificador para que las polaridades coincidan.

Al ser un condensador electrolítico, es sensible al daño por inversión de polaridad. Especialmente en este circuito, donde la resistencia interna del transformador y el rectificador son bajas y, en consecuencia, la corriente de cortocircuito es alta, el potencial de daño es grande.

Advertencia: ¡un condensador averiado en este circuito probablemente explotará con una fuerza alarmante!

PROBANDO EL CIRCUITO

Una vez construido el circuito del rectificador / filtro, conéctelo a la fuente de alimentación de CA de bajo voltaje de esta manera:

Mida la salida de voltaje de CA por la fuente de alimentación de bajo voltaje. Su medidor debe indicar aproximadamente 6 voltios si el circuito está conectado como se muestra.

Esta medida de voltaje es el voltaje RMS de la fuente de alimentación de CA. Ahora, cambie su multímetro a la función de voltaje de CC y mida la salida de voltaje de CC del circuito rectificador / filtro.

Debería leerse sustancialmente más alto que el voltaje RMS de la entrada de CA medida anteriormente. La acción de filtrado del condensador proporciona un voltaje de salida de CC igual al pico Voltaje de CA, de ahí la mayor indicación de voltaje:

Mida la magnitud del voltaje de ondulación de CA con un voltímetro digital configurado en voltios de CA (o milivoltios de CA). Debería notar un voltaje de ondulación mucho más pequeño en este circuito que el medido en cualquiera de los circuitos rectificadores sin filtrar construidos previamente.

Siéntase libre de usar su detector de audio para "escuchar" la salida de voltaje de ondulación de CA por la unidad de rectificador / filtro. Como de costumbre, conecte un pequeño condensador de "acoplamiento" en serie con el detector para que no responda al voltaje de CC, sino solo a la ondulación de CA.

Debe escucharse muy poco sonido. Después de tomar medidas de voltaje de ondulación de CA sin carga, conecte la bombilla de luz de 25 vatios a la salida del circuito del rectificador / filtro de la siguiente manera:

Vuelva a medir el voltaje de ondulación presente entre los terminales de "salida de CC" de la unidad del rectificador / filtro. Con una carga pesada, el condensador del filtro se descarga entre picos de voltaje rectificados, lo que genera una ondulación mayor que antes:

REDUCCIÓN DE ONDULACIÓN

Si se desea menos ondulación en condiciones de carga pesada, se puede usar un capacitor más grande o se puede construir un circuito de filtro más complejo usando dos capacitores y un inductor:

Si elige construir un circuito de filtro de este tipo, asegúrese de usar un inductor de núcleo de hierro para obtener la máxima inductancia y uno con un cable lo suficientemente grueso para manejar de manera segura la corriente nominal completa de la fuente de alimentación. Los inductores que se utilizan para filtrar a veces se denominan estranguladores porque "obstruyen" el voltaje de ondulación de CA para que no llegue a la carga.

Si no se puede obtener un estrangulador adecuado, se puede usar el devanado secundario de un transformador de potencia reductor como el que se usa para reducir 120 voltios CA a 12 o 6 voltios CA en la fuente de alimentación de bajo voltaje. Deje abierto el devanado primario (120 voltios):

SIMULACIÓN DE COMPUTADORA

Esquema con números de nodo SPICE:

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

 Puente rectificador de onda completa v1 1 0 sin (0 8.485 60 0 0) rload 2 3 10k c1 2 3 1000u ic =0 d1 3 1 mod1 d2 1 2 mod1 d3 3 0 mod1 d4 0 2 mod1 .model mod1 d .tran .5m 25m .plot tran v (1,0) v (2,3) .end 

Puede disminuir el valor de R _load en la simulación de 10 kΩ a un valor más bajo para explorar los efectos de la carga sobre el voltaje de rizado. Como ocurre con una resistencia de carga de 10 kΩ, la ondulación es indetectable en la forma de onda trazada por SPICE.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de trabajo de fuentes de alimentación básicas de CA-CC