Lage‑Spanning AC Voeding: Fasverschuiving Circuit Componenten & Best Practices

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Lage‑spanning AC voeding
• Twee condensatoren, 0,1 µF elk, niet‑gepolairiseerd (Radio Shack catalogus # 272-135)
• Twee 27 kΩ weerstanden

Ik raad keramische schijfcondensatoren aan omdat ze ongevoelig zijn voor polariteit (niet‑gepolairiseerd), goedkoop en duurzaam. Vermijd condensatoren met enige polariteitsmarkering, aangezien deze vernietigd zullen worden bij voeding met AC!

NASLAGWERKEN

Lessons In Electric Circuits, Volume 2, hoofdstuk 1: "Basic AC Theory"

Lessons In Electric Circuits, Volume 2, hoofdstuk 4: "Reactance and Impedance—Capacitive"

LEERDOELEN

• Hoe out‑of‑phase AC spanningen niet algebraïsch optellen, maar volgens vector (fasor) rekenkunde

SCHEMA

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Bouw de schakeling en meet spanningsvallen over elk component met een AC voltmeter. Meet de totale (voedings)spanning met dezelfde voltmeter. U zult ontdekken dat de spanningsvallen niet optellen tot de totale spanning. Dit komt door fasverschuivingen in de schakeling: de spanning over de condensatoren is out‑of‑phase met de spanning over de weerstanden, en dus tellen de spanningsvalcijfers niet op zoals men zou verwachten. Rekening houdend met de fashoek, tellen ze wel op tot de totale spanning, maar een voltmeter meet geen fashoeken, alleen amplitude.

Probeer de spanning over beide weerstanden tegelijk te meten. Deze spanningsval zal gelijk zijn aan de som van de spanningsvallen gemeten over elke weerstand apart. Dit vertelt u dat de spanningsvalgolven van beide weerstanden in‑fase zijn met elkaar aangezien ze eenvoudig en direct optellen.

Meet de spanning over beide condensatoren tegelijk. Deze spanningsval, net als de val gemeten over de twee weerstanden, zal gelijk zijn aan de som van de spanningsvallen gemeten over elke condensator apart. Evenzo vertelt dit u dat de spanningsvalgolven van beide condensatoren in‑fase met elkaar zijn.

Gegeven dat de voedingsfrequentie 60 Hz is (huishoudelijke stroomfrequentie in de Verenigde Staten), bereken impedanties voor alle componenten en bepaal alle spanningsvallen met de wet van Ohm (E=IZ ; I=E/Z ; Z=E/I). De polaire groottes van de resultaten zouden nauwkeurig moeten overeenkomen met uw voltmetermetingen.

COMPUTERSIMULATIE

Schema met SPICE knoopnummers:

De twee hoge‑waarde weerstanden R_bogus1 en R_bogus1 zijn over de condensatoren aangesloten om een DC‑pad naar grond te bieden zodat SPICE werkt. Dit is een "fix" voor een van SPICE's kwalen, om te voorkomen dat het de condensatoren ziet als open circuits in zijn analyse. Deze twee weerstanden zijn in het echte circuit volledig overbodig.

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

faseverschuiving
v1 1 0 ac 12 sin
r1 1 2 27k
r2 2 3 27k
c1 3 4 0.1u
c2 4 0 0.1u
rbogus1 3 4 1e9
rbogus2 4 0 1e9
.ac lin 1 60 60
* Spanning over elk component:
.print ac v(1,2) v(2,3) v(3,4) v(4,0)
* Spanning over paren van gelijke componenten
.print ac v(1,3) v(3,0)
.end

GERELATEERD WERKBLAD:

• AC Power Worksheet
• AC fase Werkblad