Experimento de Retificador de Meia Onda: Construa, Meça e Simule um Circuito Simples CA-para-CC de Motor

Visão Geral

Neste laboratório prático, você construirá um retificador de meia onda que converte uma fonte CA de baixa tensão em um sinal com polarização CC para acionar um pequeno motor de ímã permanente. Você aprenderá a medir a polarização CC e a tensão de ripple resultantes, ouvir o ripple com um detector de áudio e verificar o comportamento com simulação SPICE.

Peças e Materiais

• Fonte de alimentação CA de baixa tensão (saída 6 volts)
• Bateria de 6 volts
• Um diodo retificador 1N4001 (ou qualquer diodo da série 1N400X)
• Motor de hobby pequeno, tipo ímã permanente (ex.: Radio Shack #273-223)
• Detector de áudio com fones de ouvido
• Capacitor de acoplamento 0,1 µF (ex.: Radio Shack #272-135)

O capacitor de 0,1 µF acopla o detector de áudio ao circuito para que apenas CA alcance o detector. O valor exato não é crítico; usamos 0,27 µF a 0,015 µF com sucesso. Um valor menor atenua conteúdo de baixa frequência, reduzindo volume do fone, então escolha valor maior se o tom estiver fraco.

Referências Cruzadas

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, capítulo 3: "Diodos e Retificadores".

Objetivos de Aprendizado

• Entender o papel do diodo como retificador
• Comparar operação do motor em CA versus CC
• Medir tensão de ripple com voltímetro digital

Diagrama Esquemático

 

 

Ilustração

 

 

Instruções

1. Conecte o motor à fonte CA de 6 volts através do diodo retificador como mostrado no esquemático. O diodo passa corrente apenas durante o semi-ciclo positivo, produzindo uma CC pulsante que aciona o motor em uma direção.

2. Curto-circuite momentaneamente os terminais do motor com um fio jumper para observar o efeito de permitir a forma de onda CA completa chegar ao motor. O motor travará ou funcionará mal.

3. Remova o jumper e inverta a orientação do diodo. Observe a mudança no comportamento do motor; o motor deve agora rodar suavemente na direção oposta.

4. Meça a tensão DC nos terminais do motor com o voltímetro em DC. Esta leitura reflete a polarização média do sinal retificado de meia onda.

5. Mude o medidor para CA para medir a tensão de ripple. A leitura representa o componente CA superposto na polarização DC. Valores típicos para fonte de 6 volts com carga de 10 kΩ são em torno de 3–4 V pico a pico.

6. Compare estas leituras com as obtidas quando o motor é alimentado por bateria de 6 volts. A bateria deve produzir tensão DC quase pura com ripple insignificante; qualquer CA medida será devido à ação do comutador do motor.

Ouvindo o Ripple com Detector de Áudio

Ajuste a sensibilidade do detector para configuração baixa e conecte-o nos terminais do motor através de capacitor de 0,1 µF. O capacitor atua como filtro passa-alta, bloqueando DC e permitindo ouvir o ripple CA.

Com bateria, o detector emitirá um zumbido agudo. Substituindo a bateria pela fonte CA e retificador, o tom ficará mais grave, refletindo a natureza de meia onda do sinal retificado.

Simulação Computacional

Esquemático com números de nós SPICE:

 

 

Netlist (copie o seguinte para um arquivo de texto):

 Retificador 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) .end 

A simulação mostra a onda senoidal de entrada e a saída como série de "bossas" positivas. A fonte CA é especificada como 8,485 V pico para corresponder a uma onda senoidal de 6 V RMS.

Planilha Relacionada

• Planilha de Circuitos de Diodo Precisos