Схема выпрямителя / фильтра

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• Низковольтный источник питания переменного тока.
• Блок мостового выпрямителя (каталог Radio Shack № 276-1185 или аналог)
• Электролитический конденсатор, 1000 мкФ, не менее 25 Вт постоянного тока (каталог Radio Shack № 272-1047 или аналог)
• Четыре клеммы типа "банан" или другое оконечное оборудование для подключения к цепи потенциометра (каталог Radio Shack № 274-662 или аналог)
• Металлический ящик
• Лампочка на 12 В, 25 Вт
• Патрон лампы

ЗАМЕЧАНИЯ ПО ДЕТАЛЯМ И МАТЕРИАЛАМ

«Блок» мостового выпрямителя настоятельно рекомендуется вместо построения схемы мостового выпрямителя из отдельных диодов, потому что такие «блоки» крепятся болтами к металлическому радиатору. Рекомендуется использовать металлический ящик вместо пластикового, поскольку он может служить радиатором для выпрямителя.

В этом эксперименте можно использовать конденсатор большей емкости, если его рабочее напряжение достаточно высокое. На всякий случай выберите конденсатор с рабочим напряжением, по крайней мере, в два раза превышающим выходное среднеквадратичное значение переменного напряжения низковольтного источника переменного тока.

12-вольтовые лампы высокой мощности можно приобрести в магазине автофургонов или лодок. Обычные размеры - 25 Вт и 50 Вт. Эта лампа будет использоваться в качестве «тяжелой» нагрузки для источника питания.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 2, глава 8:«Фильтры»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Функция емкостного фильтра в источниках питания переменного / постоянного тока.
• Важность радиаторов для силовых полупроводников

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Этот эксперимент включает создание схемы выпрямителя и фильтра для подключения к ранее построенному низковольтному источнику переменного тока. С этим устройством у вас будет источник низкого напряжения постоянного тока, подходящий для замены батареи в экспериментах с батарейным питанием.

Если вы хотите сделать это устройство своим собственным автономным источником питания 120 В переменного / постоянного тока, вы можете добавить все компоненты низковольтного источника переменного тока к стороне «вход переменного тока» этой схемы:трансформатор, шнур питания, и вилка. Даже если вы этого не сделаете, я рекомендую использовать металлический ящик большего размера, чем необходимо, чтобы обеспечить место для дополнительных схем регулирования напряжения, которые вы можете добавить в этот проект позже.

СОЗДАНИЕ ЧАСТИ ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Мостовой выпрямительный блок должен быть рассчитан на ток, по крайней мере, такой же, как номинальная вторичная обмотка трансформатора, и на напряжение, по крайней мере, в два раза превышающее среднеквадратичное напряжение на выходе трансформатора (это позволяет получить пиковое напряжение, а также дополнительное коэффициент безопасности). Выпрямитель Radio Shack, указанный в списке деталей, рассчитан на 25 А и 50 В, что более чем достаточно для выхода низковольтного источника переменного тока, указанного в главе «Эксперименты с переменным током».

Выпрямительные блоки такого размера часто оснащаются клеммами «быстрого отключения». Предлагаются бесплатные наконечники для быстрого отсоединения, которые обжимаются на оголенных концах провода.

Это предпочтительный метод подключения терминала. Вы можете припаять провода непосредственно к выводам выпрямителя, но я рекомендую не паять напрямую к любому полупроводниковому компоненту по двум причинам:возможное тепловое повреждение во время пайки и сложность замены компонента в случае отказа.

Полупроводниковые устройства более склонны к отказу, чем большинство компонентов, рассмотренных в этих экспериментах до сих пор, поэтому, если у вас есть какое-либо намерение сделать схему постоянной, вы должны построить ее для обслуживания. «Ремонтопригодная конструкция» включает, среди прочего, замену всех хрупких компонентов.

Это также означает обеспечение доступа к «контрольным точкам» для измерительных щупов по всей цепи, чтобы устранение неисправностей могло быть выполнено с минимальными неудобствами. Клеммные колодки по своей сути служат точками измерения для измерения напряжения, а также позволяют легко отсоединять провода без ущерба для прочности соединения.

Прикрутите выпрямительный блок к внутренней части металлического корпуса. Поверхность блока будет действовать как радиатор, охлаждая выпрямительный блок, поскольку он пропускает большие токи.

Любая металлическая поверхность радиатора, предназначенная для снижения рабочей температуры электронного компонента, называется радиатором . . Полупроводниковые устройства, как правило, склонны к повреждению из-за перегрева, поэтому обеспечение пути для передачи тепла от устройства (-ов) к окружающему воздуху очень важно, когда рассматриваемая цепь может выдерживать большие количества энергии.

СОЗДАНИЕ ЧАСТИ ФИЛЬТРА

В схему включен конденсатор, который действует как фильтр . для уменьшения пульсаций напряжения. Убедитесь, что вы правильно подключили конденсатор к выходным клеммам постоянного тока выпрямителя, чтобы полярности совпадали.

Являясь электролитическим конденсатором, он чувствителен к повреждению при изменении полярности. Особенно в этой схеме, где внутреннее сопротивление трансформатора и выпрямителя низкое и, следовательно, высокий ток короткого замыкания, велика вероятность повреждения.

Предупреждение: вышедший из строя конденсатор в этой цепи, скорее всего, взорвется с угрожающей силой!

ТЕСТИРОВАНИЕ ЦЕПИ

После того, как схема выпрямителя / фильтра построена, подключите ее к низковольтному источнику переменного тока следующим образом:

Измерьте выходное напряжение переменного тока от низковольтного источника питания. Ваш измеритель должен показывать примерно 6 вольт, если цепь подключена, как показано.

Это измерение напряжения представляет собой действующее значение напряжения источника переменного тока. Теперь переключите мультиметр на функцию напряжения постоянного тока и измерьте выходное напряжение постоянного тока с помощью схемы выпрямителя / фильтра.

Оно должно быть значительно выше, чем измеренное ранее действующее значение напряжения на входе переменного тока. Фильтрующее действие конденсатора обеспечивает выходное напряжение постоянного тока, равное пику . Напряжение переменного тока, следовательно, индикация большего напряжения:

Измерьте величину пульсирующего напряжения переменного тока с помощью цифрового вольтметра, установленного на переменное напряжение (или милливольт переменного тока). Вы должны заметить гораздо меньшее пульсирующее напряжение в этой цепи, чем то, что было измерено в любой из ранее построенных нефильтрованных выпрямительных схем.

Не стесняйтесь использовать аудиодетектор для «прослушивания» пульсаций напряжения переменного тока на выходе блока выпрямителя / фильтра. Как обычно, подключите небольшой «соединительный» конденсатор последовательно к детектору, чтобы он не реагировал на постоянное напряжение, а только на колебания переменного тока.

Должен быть слышен очень слабый звук. После измерения пульсирующего напряжения переменного тока без нагрузки подключите лампочку мощностью 25 Вт к выходу схемы выпрямителя / фильтра следующим образом:

Повторно измерьте пульсирующее напряжение между клеммами «DC out» блока выпрямителя / фильтра. При большой нагрузке конденсатор фильтра разряжается между пиками выпрямленного напряжения, что приводит к большей пульсации, чем раньше:

УМЕНЬШЕНИЕ ПУБЛИЧНОСТИ

Если требуется меньшая пульсация в условиях большой нагрузки, можно использовать конденсатор большего размера или можно построить более сложную схему фильтра с использованием двух конденсаторов и катушки индуктивности:

Если вы решите построить такую ​​схему фильтра, обязательно используйте индуктор с железным сердечником для максимальной индуктивности и один с достаточно толстым проводом, чтобы безопасно выдерживать полный номинальный ток источника питания. Катушки индуктивности, используемые для фильтрации, иногда называют дросселями . потому что они «заглушают» пульсации переменного тока от попадания на нагрузку.

Если подходящий дроссель не может быть получен, можно использовать вторичную обмотку понижающего силового трансформатора, подобного тому, который используется для понижения напряжения 120 В переменного тока до 12 или 6 В переменного тока в низковольтном источнике питания. Оставьте первичную (120 В) обмотку открытой:

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

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

 Полноволновый мостовой выпрямитель 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 .5м 25м. Участок tran v (1,0) v (2,3) .end 

Вы можете уменьшить значение R _load при моделировании от 10 кОм до некоторого более низкого значения, чтобы изучить влияние нагрузки на пульсации напряжения. Как и в случае с нагрузочным резистором 10 кОм, пульсации не обнаруживаются на форме волны, построенной SPICE.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ТАБЛИЦА:

• Базовая таблица источников питания переменного и постоянного тока