Полупериодный выпрямитель

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• Низковольтный источник питания переменного тока (выход 6 В)
• аккумулятор на 6 В
• Один выпрямительный диод 1N4001 (каталог Radio Shack № 276-1101)
• Маленький мотор для хобби, с постоянным магнитом (каталог Radio Shack № 273-223 или аналог)
• Детектор звука с наушниками
• Конденсатор 0,1 мкФ (каталог Radio Shack № 272-135 или аналог)

Диод не обязательно должен быть точной модели 1N4001. Для этой задачи подходят любые выпрямительные диоды серии «1N400X», и их довольно легко получить. См. Главу «Эксперименты с переменным током» для получения подробных инструкций по созданию «звукового детектора», перечисленного здесь.

Если вы еще не создали его, вам не хватает простого и ценного инструмента для экспериментов. Конденсатор 0,1 мкФ предназначен для «подключения» аудиодетектора к цепи, чтобы в цепь детектора попадал только переменный ток.

Значение этого конденсатора не критично. Я успешно использовал конденсаторы емкостью от 0,27 мкФ до 0,015 мкФ. Более низкие значения емкости конденсатора в большей степени ослабляют низкочастотные сигналы, что приводит к меньшей интенсивности звука в наушниках, поэтому используйте конденсатор большей емкости, если вам трудно слышать тон (ы).

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 3:«Диоды и выпрямители»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Функция диода как выпрямителя.
• Работа двигателя с постоянными магнитами от переменного или постоянного тока.
• Измерение пульсаций напряжения с помощью вольтметра.

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Подключите двигатель к низковольтному источнику переменного тока через выпрямительный диод, как показано на рисунке. Диод пропускает ток только в течение одного полупериода полного положительно-отрицательного цикла напряжения источника питания, исключая возможность достижения одного полупериода двигателем.

В результате двигатель «видит» ток только в одном направлении, хотя и пульсирующий . ток, позволяющий ему вращаться в одном направлении. Возьмите перемычку и на мгновение замкните диод, заметив его влияние на работу двигателя:

Как видите, двигатели постоянного тока с постоянными магнитами плохо работают на переменном токе. Удалите временную перемычку и поменяйте ориентацию диода в цепи. Обратите внимание на влияние на двигатель. Измерьте напряжение постоянного тока на двигателе следующим образом:

Затем также измерьте напряжение переменного тока на двигателе:

Большинство цифровых мультиметров отлично справляются с различением переменного и постоянного напряжения, и эти два измерения показывают среднее постоянное и «пульсирующее» напряжения переменного тока, соответственно, мощности, «воспринимаемой» двигателем. Пульсации напряжения представляет собой изменяющуюся часть напряжения, интерпретируемую измерительным оборудованием как величину переменного тока, хотя форма волны напряжения на самом деле никогда не меняет полярность.

Пульсацию можно представить как сигнал переменного тока, наложенный на устойчивый сигнал «смещения» или «смещения» постоянного тока. Сравните эти измерения постоянного и переменного тока с измерениями напряжения на двигателе при питании от батареи:

Батареи выдают очень «чистую» мощность постоянного тока, и в результате на двигателе в этой цепи должно быть очень мало переменного напряжения. Какое бы ни было переменное напряжение Измерение на двигателе связано с потребляемым двигателем пульсирующим током, когда щетки замыкают и размыкают контакт с вращающимися стержнями коллектора.

Этот пульсирующий ток вызывает падение пульсирующего напряжения на любых паразитных сопротивлениях в цепи, что приводит к «провалам» пульсирующего напряжения на клеммах двигателя. Качественную оценку пульсаций напряжения можно получить с помощью чувствительного аудиодетектора, описанного в главе об экспериментах с переменным током (то же самое устройство, которое описывается как «чувствительный детектор напряжения» в главе об экспериментах с постоянным током).

Уменьшите чувствительность детектора для низкой громкости и подключите его к клеммам двигателя через небольшой (0,1 мкФ) конденсатор, например:

Конденсатор действует как фильтр верхних частот, блокируя попадание постоянного напряжения на детектор и облегчая «прослушивание» оставшегося переменного напряжения. Это тот же самый метод, который используется в схемах осциллографа для «связи по переменному току», когда сигналы постоянного тока блокируются от просмотра последовательно соединенным конденсатором.

Если двигатель питает аккумулятор от батареи, пульсация должна звучать как пронзительное «жужжание» или «вой». Попробуйте заменить батарею блоком питания переменного тока и выпрямительным диодом, «прислушиваясь» детектором к низкому «гудению» полуволнового выпрямленного тока:

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Список соединений (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно):

 Полуволновой выпрямитель 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 

Это моделирование отображает входное напряжение как синусоидальную волну, а выходное напряжение как серию «горбов», соответствующих положительным полупериодам напряжения источника переменного тока. К сожалению, динамика двигателя постоянного тока слишком сложна для моделирования с помощью SPICE.

Напряжение источника переменного тока указано как 8,485 вместо 6 вольт, поскольку SPICE понимает напряжение переменного тока как пиковое . только значение. Среднеквадратичное синусоидальное напряжение 6 В составляет пиковое значение 8,485 В. В симуляциях, где различие между среднеквадратичным значением и пиковым значением не имеет значения, я не буду беспокоиться о преобразовании среднеквадратичного значения в пиковое, как это.

Честно говоря, различие не так уж важно в этой симуляции, но я обсуждаю его здесь для вашего назидания.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

• Таблица точных диодных схем