Circuito retificador / filtro

PEÇAS E MATERIAIS

• Fonte de alimentação CA de baixa tensão
• Pacote retificador de ponte (catálogo Radio Shack nº 276-1185 ou equivalente)
• Capacitor eletrolítico, 1000 µF, pelo menos 25 WVDC (catálogo Radio Shack # 272-1047 ou equivalente)
• Quatro postes de ligação tipo jaque “banana” ou outro hardware de terminal para conexão ao circuito do potenciômetro (catálogo Radio Shack nº 274-662 ou equivalente)
• Caixa de metal
• lâmpada de 12 volts, 25 watts
• Soquete da lâmpada

NOTAS PARA PEÇAS E MATERIAIS

Um “pack” retificador de ponte é altamente recomendado em vez de construir um circuito retificador de ponte a partir de diodos individuais, porque esses “packs” são feitos para aparafusar em um dissipador de calor de metal. Uma caixa de metal é recomendada em vez de uma caixa de plástico por sua capacidade de funcionar como um dissipador de calor para o retificador.

Um valor de capacitor maior pode ser usado neste experimento, desde que sua tensão de trabalho seja alta o suficiente. Para ser seguro, escolha um capacitor com uma tensão nominal de trabalho de pelo menos duas vezes a saída de tensão CA RMS da fonte de alimentação CA de baixa tensão.

Lâmpadas de 12 volts de alta potência podem ser compradas em um veículo recreativo (RV) e em uma loja de suprimentos para barcos. Os tamanhos comuns são 25 watts e 50 watts. Esta lâmpada será usada como uma carga “pesada” para a fonte de alimentação.

REFERÊNCIAS CRUZADAS

Aulas de circuitos elétricos , Volume 2, capítulo 8:“Filtros”

OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

• Função de filtro capacitivo em uma fonte de alimentação AC / DC
• Importância dos dissipadores de calor para semicondutores de energia

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO







ILUSTRAÇÃO







INSTRUÇÕES

Este experimento envolve a construção de um retificador e circuito de filtro para conexão à fonte de alimentação CA de baixa tensão construída anteriormente. Com este dispositivo, você terá uma fonte de alimentação CC de baixa tensão adequada para substituir uma bateria em experimentos alimentados por bateria.

Se você gostaria de fazer este dispositivo sua própria fonte de alimentação de 120 VCA / CC autônoma, você pode adicionar todos os componentes da fonte de CA de baixa tensão ao lado de "entrada CA" deste circuito:um transformador, cabo de alimentação, e plugue. Mesmo se você não optar por fazer isso, eu recomendo usar uma caixa de metal maior do que o necessário para fornecer espaço para circuitos de regulação de tensão adicionais que você pode escolher adicionar a este projeto mais tarde.

CONSTRUINDO A PARTE RETIFICADORA

A unidade retificadora da ponte deve ser classificada para uma corrente pelo menos tão alta quanto o enrolamento secundário do transformador e para uma tensão pelo menos duas vezes mais alta que a tensão RMS da saída do transformador (isso permite a tensão de pico, mais um adicional margem de segurança). O retificador Radio Shack especificado na lista de peças é classificado para 25 amperes e 50 volts, mais do que o suficiente para a saída da fonte de alimentação CA de baixa tensão especificada no capítulo de experimentos CA.

As unidades retificadoras desse tamanho geralmente são equipadas com terminais de “desconexão rápida”. Conectores de “desconexão rápida” de cortesia são vendidos e crimpam nas pontas desencapadas de um fio.

Este é o método preferido de conexão do terminal. Você pode soldar os fios diretamente nos terminais do retificador, mas eu não recomendo a soldagem direta em qualquer componente semicondutor por dois motivos:possível dano pelo calor durante a soldagem e dificuldade de substituir o componente em caso de falha.

Dispositivos semicondutores são mais propensos a falhas do que a maioria dos componentes cobertos por esses experimentos até agora e, portanto, se você tem alguma intenção de tornar um circuito permanente, deve construí-lo para manutenção. A “construção sustentável” envolve, entre outras coisas, tornar todos os componentes delicados substituíveis.

Também significa tornar “pontos de teste” acessíveis às sondas do medidor em todo o circuito, de forma que a solução de problemas possa ser executada com o mínimo de inconveniência. As tiras de terminais fornecem inerentemente pontos de teste para fazer medições de tensão e também permitem a fácil desconexão dos fios sem sacrificar a durabilidade da conexão.

Aparafuse a unidade retificadora no interior da caixa de metal. A área de superfície da caixa atuará como um radiador, mantendo a unidade retificadora fria enquanto ela passa por altas correntes.

Qualquer superfície de radiador de metal projetada para reduzir a temperatura operacional de um componente eletrônico é chamada de dissipador de calor . Dispositivos semicondutores, em geral, estão sujeitos a danos por superaquecimento, portanto, fornecer um caminho para a transferência de calor do (s) dispositivo (s) para o ar ambiente é muito importante quando o circuito em questão pode lidar com grandes quantidades de energia.

CONSTRUINDO A PEÇA DO FILTRO

Um capacitor é incluído no circuito para atuar como um filtro para reduzir a tensão de ondulação. Certifique-se de conectar o capacitor corretamente nos terminais de saída CC do retificador para que as polaridades correspondam.

Por ser um capacitor eletrolítico, é sensível a danos por inversão de polaridade. Especialmente neste circuito, onde a resistência interna do transformador e retificador é baixa e a corrente de curto-circuito conseqüentemente alta, o potencial de danos é grande.

Aviso: um capacitor com falha neste circuito provavelmente explodirá com uma força alarmante!

TESTE DO CIRCUITO

Depois que o circuito retificador / filtro for construído, conecte-o à fonte de alimentação CA de baixa tensão como esta:







Meça a saída de tensão CA pela fonte de alimentação de baixa tensão. Seu medidor deve indicar aproximadamente 6 volts se o circuito estiver conectado conforme mostrado.

Esta medição de tensão é a tensão RMS da fonte de alimentação CA. Agora, mude seu multímetro para a função de tensão DC e meça a saída de tensão DC pelo circuito retificador / filtro.

A leitura deve ser substancialmente mais alta do que a tensão RMS da entrada CA medida antes. A ação de filtragem do capacitor fornece uma tensão de saída DC igual ao pico Tensão AC, daí a maior indicação de tensão:







Meça a magnitude da ondulação CA com um voltímetro digital definido para volts CA (ou milivolts CA). Você deve notar uma ondulação de tensão muito menor neste circuito do que a medida em qualquer um dos circuitos retificadores não filtrados construídos anteriormente.

Sinta-se à vontade para usar seu detector de áudio para “ouvir” a saída de tensão de ondulação CA pelo retificador / unidade de filtro. Como de costume, conecte um pequeno capacitor de “acoplamento” em série com o detector para que ele não responda à tensão DC, mas apenas à ondulação AC.

Muito pouco som deve ser ouvido. Depois de fazer medições de tensão de ondulação CA sem carga, conecte a lâmpada de 25 watts à saída do circuito retificador / filtro como este:







Meça novamente a ondulação de tensão presente entre os terminais "DC out" da unidade retificadora / filtro. Com uma carga pesada, o capacitor do filtro é descarregado entre os picos de tensão retificados, resultando em uma ondulação maior do que antes:







REDUZINDO O RIPPLE

Se menos ondulação for desejada em condições de carga pesada, um capacitor maior pode ser usado ou um circuito de filtro mais complexo pode ser construído usando dois capacitores e um indutor:







Se você optar por construir esse circuito de filtro, certifique-se de usar um indutor de núcleo de ferro para indutância máxima e um com fio grosso o suficiente para lidar com segurança com a corrente nominal total da fonte de alimentação. Indutores usados ​​para fins de filtragem são às vezes chamados de chokes porque eles “sufocam” a tensão de ondulação CA de chegar à carga.

Se um indutor adequado não puder ser obtido, o enrolamento secundário de um transformador de potência abaixador como o tipo usado para desviar 120 volts AC para 12 ou 6 volts AC na fonte de alimentação de baixa tensão pode ser usado. Deixe o enrolamento primário (120 volts) aberto:







SIMULAÇÃO DE COMPUTADOR

Esquema com números de nó SPICE:

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

 Retificador de ponte fullwave 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 

Você pode diminuir o valor de R _load na simulação de 10 kΩ para algum valor inferior para explorar os efeitos do carregamento na tensão de ondulação. Como acontece com um resistor de carga de 10 kΩ, a ondulação é indetectável na forma de onda traçada pelo SPICE.



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