Электроника:Эксперименты/Дискретные полупроводниковые схемы/Полупериодный выпрямитель

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Полупериодный выпрямитель[1]

Оборудование и материалы

Диод не обязательно должен быть строго модели 1N4001. Для задачи сгодятся любые выпрямительные диоды серии «1N400X» , и их достаточно легко достать. Подробные инструкции по созданию «аудио детектора» см. в главе «Эксперименты с переменным током».

Если вы ещё не создали свой аудио детектор, то вы лишены простого и ценного инструмента для экспериментов. Конденсатор ёмкостью 0,1 мкФ предназначен для «подключения» аудио детектора к цепи, чтобы в цепь детектора попадал только переменный ток.

Ёмкость данного конденсатора не критична. Я успешно использовал конденсаторы от 0,27 мкФ до 0,015 мкФ. Конденсатор с меньшей ёмкостью в большей степени ослабляет низкочастотные сигналы, что приводит к меньшей интенсивности звука в наушниках, поэтому используйте конденсатор с большей ёмкостью, если вам трудно расслышать тон(ы).

Ссылки по теме

Цели эксперимента

Принципиальная схема

Рис. 1. Схематическая диаграмма: использование диода в качестве полупериодного выпрямителя.
Рис. 1. Схематическая диаграмма: использование диода в качестве полупериодного выпрямителя.

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрация: использование диода в качестве полупериодного выпрямителя.
Рис. 2. Иллюстрация: использование диода в качестве полупериодного выпрямителя.

Ход эксперимента

Подключите двигатель к низковольтной сети переменного тока через выпрямительный диод, как показано на рисунке 2 выше. Диод пропускает ток только в течение одного полупериода полного положительного и отрицательного цикла напряжения питания, таким образом исключая попадание одного полупериода на двигатель.

В результате двигатель «видит» ток только в одном направлении, хотя и в режиме пульсации, что позволяет ему вращаться в одном направлении. Используя перемычку, на мгновение замкните диод, отметив влияние на работу двигателя:

Рис. 3. На короткое время замыкаем диод с помощью зажимов.
Рис. 3. На короткое время замыкаем диод с помощью зажимов.

Как видите, двигатели постоянного тока на постоянных магнитах плохо работают на переменном токе. Удалите временную перемычку и поменяйте ориентацию диода в цепи. Обратите внимание, как именно это повлияло на двигатель. Измерьте напряжение постоянного тока на двигателе следующим образом:

Рис. 4. Измеряем напряжение постоянного тока на двигателе.
Рис. 4. Измеряем напряжение постоянного тока на двигателе.

Затем также измерьте напряжение переменного тока на двигателе:

Рис. 5. Измеряем напряжение переменного тока на двигателе.
Рис. 5. Измеряем напряжение переменного тока на двигателе.

Большинство цифровых мультиметров хорошо различают переменное и постоянное напряжение, и эти два измерения показывают среднее постоянное напряжение и переменное «пульсирующее» напряжение соответственно мощности, «видимой» двигателем. Напряжение пульсаций – это изменяющаяся часть напряжения, интерпретируемая измерительным оборудованием как величина переменного тока, хотя на самом деле форма волны напряжения никогда не меняет полярность.

Пульсации можно представить как сигнал переменного тока, наложенный на устойчивый сигнал постоянного тока со «смещением». Сравните эти измерения постоянного и переменного тока с измерениями напряжения, снятыми на двигателе при питании от батареи:

Рис. 6. Сравниваем измерения постоянного и переменного тока.
Рис. 6. Сравниваем измерения постоянного и переменного тока.

Аккумуляторы дают очень «чистую» мощность постоянного тока, и в результате должно быть очень мало переменного напряжения, измеренного на двигателе в этой цепи. Независимо от того, какое переменное напряжение измеряется на двигателе, это связано с пульсирующим потреблением тока двигателем, когда щётки замыкают и размыкают контакт с вращающимися коллекторными стержнями.

Этот пульсирующий ток вызывает падение пульсирующего напряжения на любых паразитных сопротивлениях в цепи, что приводит к «провалу» пульсирующего напряжения на клеммах двигателя. Качественная оценка пульсаций напряжения может быть получена с помощью чувствительного аудио детектора, описанного в главе «Эксперименты для переменного тока» (то же устройство, которое описано как «чувствительный детектор напряжения» в главе «Эксперименты для постоянного тока»).

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

Рис. 7. Подключаем аудио детектор к клеммам двигателя через небольшой конденсатор.
Рис. 7. Подключаем аудио детектор к клеммам двигателя через небольшой конденсатор.

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

При питании двигателя от батареи пульсация должна звучать как пронзительное «жужжание» или «скулящий» звук. Попробуйте заменить батарею блоком питания переменного тока и выпрямительным диодом, «прислушиваясь» детектором к низкочастотному «гудению» однополупериодного выпрямленного питания:

Рис. 8. Заменим батарею блоком питания переменного тока и выпрямительным диодом.
Рис. 8. Заменим батарею блоком питания переменного тока и выпрямительным диодом.

Компьютерное моделирование

Схема с номерами узлов SPICE:

Рис. 9. Схема с полупериодным выпрямителем для SPICE.
Рис. 9. Схема с полупериодным выпрямителем для SPICE.

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

Список связей SPICE

Halfwave rectifier * Однополупериодный 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 в виде синусоиды, а выходное напряжение — в виде серии «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, потому что SPICE понимает напряжение переменного тока только с точки зрения пикового значения. Среднеквадратичное значение синусоидального напряжения 6 вольт на самом деле составляет пиковое значение 8,485 вольт. В симуляциях, где различие между среднеквадратичным значением и пиковым значением не имеет значения, я не буду заморачиваться подобным преобразованием среднеквадратичного значения в пиковое.

По правде говоря, это различие не так уж важно в этой симуляции, но я даю здесь эту информацию для вашего общего развития.

См.также

Внешние ссылки