Retificador de meia onda

PEÇAS E MATERIAIS

• Fonte de alimentação CA de baixa tensão (saída de 6 volts)
• bateria de 6 volts
• Um diodo retificador 1N4001 (catálogo Radio Shack # 276-1101)
• Motor pequeno de "hobby", tipo de ímã permanente (catálogo Radio Shack # 273-223 ou equivalente)
• Detector de áudio com fones de ouvido
• Capacitor de 0,1 µF (catálogo Radio Shack nº 272-135 ou equivalente)

O diodo não precisa ser um modelo exato 1N4001. Qualquer uma das séries “1N400X” de diodos retificadores são adequados para a tarefa e são bastante fáceis de obter. Consulte o capítulo de experimentos de CA para obter instruções detalhadas sobre a construção do “detector de áudio” listado aqui.

Se você ainda não criou um, está perdendo uma ferramenta simples e valiosa para experimentação. Um capacitor de 0,1 µF é especificado para “acoplar” o detector de áudio ao circuito de forma que apenas CA alcance o circuito do detector.

O valor deste capacitor não é crítico. Usei capacitores variando de 0,27 µF a 0,015 µF com sucesso. Os valores mais baixos do capacitor atenuam os sinais de baixa frequência em um grau maior, resultando em menos intensidade de som nos fones de ouvido, portanto, use um valor de capacitor de valor maior se tiver dificuldade em ouvir o (s) tom (s).

REFERÊNCIAS CRUZADAS

Aulas de circuitos elétricos , Volume 3, capítulo 3:“Diodos e retificadores”

OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

• Função de um diodo como retificador
• Operação do motor de ímã permanente com alimentação CA versus CC
• Medindo a tensão de “ondulação” com um voltímetro

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO







ILUSTRAÇÃO







INSTRUÇÕES

Conecte o motor à fonte de alimentação CA de baixa tensão por meio do diodo retificador, conforme mostrado. O diodo permite que a corrente passe apenas durante um meio ciclo de um ciclo positivo e negativo completo da tensão de alimentação, eliminando que um meio ciclo nunca chegue ao motor.

Como resultado, o motor apenas "vê" a corrente em uma direção, embora seja pulsante corrente, permitindo que ele gire em uma direção. Pegue um fio de ponte e passe pelo diodo momentaneamente, observando o efeito na operação do motor:







Como você pode ver, os motores “CC” de ímã permanente não funcionam bem em corrente alternada. Remova o fio de jumper temporário e inverta a orientação do diodo no circuito. Observe o efeito no motor. Meça a tensão DC no motor assim:







Em seguida, meça a tensão CA no motor também:







A maioria dos multímetros digitais faz um bom trabalho em discriminar a tensão CA da CC, e essas duas medições mostram a média CC e as tensões de “ondulação” CA, respectivamente, da potência “vista” pelo motor. Tensão de ondulação é a porção variável da tensão, interpretada como uma quantidade CA pelo equipamento de medição, embora a forma de onda da tensão nunca realmente inverta a polaridade.

A ondulação pode ser concebida como um sinal CA sobreposto a um sinal de "polarização" ou "deslocamento" CC constante. Compare essas medições de DC e AC com as medições de tensão feitas ao longo do motor enquanto alimentado por uma bateria:





As baterias fornecem energia CC muito “pura” e, como resultado, deve haver muito pouca tensão CA medida no motor neste circuito. Qualquer que seja a tensão CA medido através do motor é devido ao consumo de corrente pulsante do motor conforme as escovas fazem e interrompem o contato com as barras rotativas do comutador.

Essa corrente pulsante faz com que as tensões pulsantes caiam em quaisquer resistências parasitas no circuito, resultando em “quedas” de tensão pulsante nos terminais do motor. Uma avaliação qualitativa da tensão de ondulação pode ser obtida usando o detector de áudio sensível descrito no capítulo de experimentos AC (o mesmo dispositivo descrito como um "detector de tensão sensível" no capítulo de experimentos DC).

Abaixe a sensibilidade do detector para volume baixo e conecte-o aos terminais do motor por meio de um capacitor pequeno (0,1 µF), como este:







O capacitor atua como um filtro passa-alta, impedindo que a tensão DC alcance o detector e permitindo uma “escuta” mais fácil da tensão AC restante. Esta é exatamente a mesma técnica usada no circuito do osciloscópio para “acoplamento CA”, onde os sinais CC são bloqueados por um capacitor conectado em série.

Com uma bateria alimentando o motor, a ondulação deve soar como um "zumbido" agudo ou "gemido". Tente substituir a bateria pela fonte de alimentação CA e diodo retificador, "ouvindo" com o detector o "zumbido" grave da energia retificada de meia onda:







SIMULAÇÃO DE COMPUTADOR

Esquema com números de nó SPICE:







Netlist (faça um arquivo de texto contendo o seguinte texto, literalmente):

 Retificador de meia 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). 

Esta simulação plota a tensão de entrada como uma onda senoidal e a tensão de saída como uma série de “saliências” correspondentes aos semiciclos positivos da tensão da fonte CA. A dinâmica de um motor DC é muito complexa para ser simulada com o SPICE, infelizmente.

A tensão da fonte CA é especificada como 8,485 em vez de 6 volts porque SPICE entende a tensão CA em termos de pico valor apenas. Uma tensão de onda senoidal RMS de 6 volts tem, na verdade, um pico de 8,485 volts. Em simulações onde a distinção entre RMS e valor de pico não é relevante, não vou me preocupar com uma conversão de RMS para pico como esta.

Para ser sincero, a distinção não é muito importante nesta simulação, mas eu a discuto aqui para sua edificação.



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