Gelijkrichter/filtercircuit

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Laagspannings-wisselstroomvoeding
• Bruggelijkrichterpakket (Radio Shack-catalogus # 276-1185 of gelijkwaardig)
• Elektrolytische condensator, 1000 µF, minimaal 25 WVDC (Radio Shack-catalogus # 272-1047 of gelijkwaardig)
• Vier "banaan" jack-stijl bindingsposten, of andere terminalhardware, voor aansluiting op potentiometercircuit (Radio Shack-catalogus # 274-662 of gelijkwaardig)
• Metalen doos
• 12 volt gloeilamp, 25 watt
• Lampfitting

OPMERKINGEN VOOR ONDERDELEN EN MATERIALEN

Een bruggelijkrichter "pakket" wordt ten zeerste aanbevolen boven het construeren van een bruggelijkrichtercircuit van afzonderlijke diodes, omdat dergelijke "pakketten" zijn gemaakt om op een metalen koellichaam te worden geschroefd. Een metalen doos wordt aanbevolen boven een plastic doos vanwege zijn vermogen om te functioneren als koellichaam voor de gelijkrichter.

Een grotere condensatorwaarde is prima om in dit experiment te gebruiken, zolang de werkspanning maar hoog genoeg is. Kies voor de zekerheid een condensator met een nominale werkspanning van ten minste tweemaal de RMS-wisselstroomuitgang van de laagspannings-wisselstroomvoeding.

12-volt lampen met een hoog wattage kunnen worden gekocht bij een winkel voor recreatievoertuigen (RV's) en boten. Gangbare maten zijn 25 watt en 50 watt. Deze lamp wordt gebruikt als "zware" belasting voor de voeding.

KRUISVERWIJZINGEN

Lessen in elektrische circuits , Volume 2, hoofdstuk 8:“Filters”

LEERDOELSTELLINGEN

• Capacitieve filterfunctie in een AC/DC-voeding
• Belang van koellichamen voor vermogenshalfgeleiders

SCHEMATISCH DIAGRAM

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Dit experiment omvat het bouwen van een gelijkrichter en filtercircuit voor bevestiging aan de eerder gebouwde laagspannings-wisselstroomvoeding. Met dit apparaat beschikt u over een bron van gelijkstroom met laag voltage die geschikt is als vervanging voor een batterij bij experimenten op batterijen.

Als u van dit apparaat zijn eigen, op zichzelf staande 120VAC/DC-voeding wilt maken, kunt u alle componenten van de laagspannings-AC-voeding toevoegen aan de "AC in"-kant van dit circuit:een transformator, netsnoer, en stekker. Zelfs als u ervoor kiest om dit niet te doen, raad ik u aan een metalen doos te gebruiken die groter is dan nodig is om ruimte te bieden voor extra spanningsregelingscircuits die u later aan dit project zou kunnen toevoegen.

CONSTRUCTIE VAN HET GELIJKRICHTERDEEL

De bruggelijkrichter moet geschikt zijn voor een stroom die minstens zo hoog is als de secundaire wikkeling van de transformator, en voor een spanning die minstens twee keer zo hoog is als de RMS-spanning van de uitgang van de transformator (dit zorgt voor piekspanning, plus een extra veiligheidsmarge). De Radio Shack-gelijkrichter gespecificeerd in de onderdelenlijst is geschikt voor 25 ampère en 50 volt, meer dan genoeg voor de output van de laagspannings-wisselstroomvoeding die is gespecificeerd in het hoofdstuk AC-experimenten.

Gelijkrichtereenheden van dit formaat zijn vaak uitgerust met "quick-disconnect"-klemmen. Er worden gratis "quick-disconnect" kabelschoenen verkocht die op de blote uiteinden van een draad krimpen.

Dit is de voorkeursmethode voor terminalverbinding. U kunt draden rechtstreeks op de kabelschoenen van de gelijkrichter solderen, maar ik raad u om twee redenen af ​​om rechtstreeks op een halfgeleidercomponent te solderen:mogelijke schade door hitte tijdens het solderen en de moeilijkheid om de component te vervangen in geval van storing.

Halfgeleiderapparaten zijn vatbaarder voor storingen dan de meeste componenten die tot nu toe in deze experimenten zijn behandeld, en dus als u van plan bent een circuit permanent te maken, moet u het bouwen om te worden onderhouden. “Onderhoudbaar bouwen” houdt onder meer in dat alle kwetsbare onderdelen vervangbaar zijn.

Het betekent ook het toegankelijk maken van "testpunten" voor meetsondes in het hele circuit, zodat het oplossen van problemen met een minimum aan ongemak kan worden uitgevoerd. Klemmenstroken bieden van nature testpunten voor het nemen van spanningsmetingen, en ze zorgen ook voor een gemakkelijke ontkoppeling van draden zonder dat dit ten koste gaat van de duurzaamheid van de verbinding.

Schroef de gelijkrichtereenheid vast aan de binnenkant van de metalen doos. Het oppervlak van de doos zal fungeren als een radiator, waardoor de gelijkrichtereenheid koel blijft terwijl deze hoge stromen doorlaat.

Elk metalen radiatoroppervlak dat is ontworpen om de bedrijfstemperatuur van een elektronische component te verlagen, wordt een koellichaam genoemd . Halfgeleiderapparaten zijn over het algemeen gevoelig voor beschadiging door oververhitting, dus het bieden van een pad voor warmteoverdracht van het apparaat of de apparaten naar de omgevingslucht is erg belangrijk wanneer het circuit in kwestie grote hoeveelheden stroom aankan.

CONSTRUCTIE VAN HET FILTERDEEL

Er is een condensator in het circuit opgenomen om als een filter te fungeren rimpelspanning te verminderen. Zorg ervoor dat u de condensator correct aansluit op de DC-uitgangsklemmen van de gelijkrichter, zodat de polariteiten overeenkomen.

Omdat het een elektrolytische condensator is, is het gevoelig voor beschadiging door polariteitsomkering. Vooral in dit circuit, waar de interne weerstand van de transformator en gelijkrichter laag is en de kortsluitstroom dus hoog, is de kans op schade groot.

Waarschuwing: een defecte condensator in dit circuit zal waarschijnlijk met alarmerende kracht exploderen!

DE CIRCUIT TESTEN

Nadat het gelijkrichter/filtercircuit is gebouwd, sluit u het als volgt aan op de laagspannings-wisselstroomvoeding:

Meet de AC-spanningsuitgang door de laagspanningsvoeding. Uw meter moet ongeveer 6 volt aangeven als het circuit is aangesloten zoals weergegeven.

Deze spanningsmeting is de RMS-spanning van de AC-voeding. Schakel nu uw multimeter naar de DC-spanningsfunctie en meet de DC-spanningsuitgang door het gelijkrichter-/filtercircuit.

Het moet aanzienlijk hoger zijn dan de RMS-spanning van de eerder gemeten AC-ingang. De filterende werking van de condensator zorgt voor een DC-uitgangsspanning gelijk aan de piek Wisselspanning, vandaar de grotere spanningsindicatie:

Meet de grootte van de AC-rimpelspanning met een digitale voltmeter die is ingesteld op AC volt (of AC millivolt). U zou een veel kleinere rimpelspanning in dit circuit moeten opmerken dan wat werd gemeten in een van de eerder gebouwde ongefilterde gelijkrichtcircuits.

Voel je vrij om je audiodetector te gebruiken om te "luisteren" naar de AC-rimpelspanning die door de gelijkrichter/filtereenheid wordt uitgevoerd. Sluit zoals gebruikelijk een kleine "koppel"-condensator in serie met de detector aan, zodat deze niet reageert op de gelijkspanning, maar alleen op de wisselstroomrimpel.

Er moet heel weinig geluid te horen zijn. Nadat u onbelaste AC-rimpelspanningsmetingen hebt uitgevoerd, sluit u de 25 watt gloeilamp als volgt aan op de uitgang van het gelijkrichter-/filtercircuit:

Meet opnieuw de rimpelspanning die aanwezig is tussen de "DC out" -aansluitingen van de gelijkrichter/filtereenheid. Bij een zware belasting wordt de filtercondensator ontladen tussen gelijkgerichte spanningspieken, wat resulteert in een grotere rimpel dan voorheen:

RIMPEL VERMINDEREN

Als onder zware belasting minder rimpeling gewenst is, kan een grotere condensator worden gebruikt of kan een complexere filterschakeling worden gebouwd met twee condensatoren en een spoel:

Als u ervoor kiest om zo'n filtercircuit te bouwen, zorg er dan voor dat u een inductor met ijzeren kern gebruikt voor maximale inductantie, en een met draad die dik genoeg is om veilig de volledige nominale stroomtoevoer aan te kunnen. Inductoren die worden gebruikt om te filteren, worden soms chokes genoemd omdat ze de AC-rimpelspanning "verstikken" om bij de belasting te komen.

Als er geen geschikte smoorspoel kan worden verkregen, kan de secundaire wikkeling van een step-down stroomtransformator zoals het type dat wordt gebruikt om 120 volt AC naar 12 of 6 volt AC in de laagspanningsvoeding te stappen, worden gebruikt. Laat de primaire (120 volt) wikkeling open:

COMPUTERSIMULATIE

Schema met SPICE-knooppuntnummers:

Netlijst (maak een tekstbestand met de volgende tekst, letterlijk):

Fullwave bruggelijkrichter 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 

U kunt de waarde van R_load . verlagen in de simulatie van 10 kΩ naar een lagere waarde om de effecten van belasting op rimpelspanning te onderzoeken. Zoals het is met een belastingsweerstand van 10 kΩ, is de rimpel niet detecteerbaar op de golfvorm die is uitgezet door SPICE.

GERELATEERD WERKBLAD:

• Basiswerkblad AC-DC-voedingen