Half‑Golf Gleichrichter Experiment: Bouwen, Meten, en Simuleren van een Eenvoudige AC‑naar‑DC Motorcircuit

Overzicht

In deze praktijkbouwt u een half‑golf gelijkrichter die een lage‑spanning AC voeding omzet in een DC‑gebiaseerd signaal om een kleine permanent‑magnet motor aan te sturen. U leert hoe de resulterende DC‑bias en rimpelspanning te meten, de rimpel te beluisteren met een audio detector, en het gedrag te verifiëren met een SPICE simulatie.

Onderdelen en Materialen

• Lage‑spanning AC voeding (6‑volt uitgang)
• 6‑volt batterij
• Eén 1N4001 gelijkrichterdiode (of elke 1N400X serie diode)
• Kleine hobby motor, permanent‑magnet type (bijv. Radio Shack #273‑223)
• Audio detector met koptelefoons
• 0,1 µF koppelcondensator (bijv. Radio Shack #272‑135)

De 0,1 µF condensator koppelt de audio detector aan de schakeling zodat alleen AC de detector bereikt. De exacte waarde is niet kritiek; we hebben 0,27 µF tot 0,015 µF met succes gebruikt. Een lagere waarde dempt laag‑frequente inhoud, wat het koptelefoonvolume verlaagt, kies een hogere waarde als de toon zwak is.

Naslagwerken

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, hoofdstuk 3: "Diodes and Rectifiers".

Leerdoelen

• De rol van een diode als gelijkrichter begrijpen
• Motorwerking op AC versus DC voeding vergelijken
• Rimpelspanning meten met een digitale voltmeter

Schema

Illustratie

Instructies

1. Sluit de motor aan op de 6‑volt AC voeding via de gelijkrichterdiode zoals getoond in het schema. De diode laat stroom alleen door tijdens de positieve half‑golf, producerend een pulserende DC die de motor in één richting aandrijft.
2. Kortsluit de motorklemmen momentelijk met een draadbrug om het effect van het toelaten van de volledige AC golfvorm aan de motor te observeren. De motor zal stagneren of slecht draaien.
3. Verwijder de brug en keer de oriëntatie van de diode om. Observeer de verandering in motorgedrag; de motor zou nu soepel in de tegenovergestelde richting moeten draaien.
4. Meet de DC spanning over de motorklemmen met de voltmeter ingesteld op DC. Deze meting weerspiegelt de gemiddelde bias van het half‑golf gelijkgerichte signaal.
5. Stel de meter in op AC om de rimpelspanning te meten. De meting vertegenwoordigt de superponering van de AC component op de DC bias. Typische waarden voor een 6‑volt bron met een 10 kΩ belasting zijn ongeveer 3–4 V piek‑tot‑piek.
6. Vergelijk deze metingen met die genomen wanneer de motor gevoed wordt door een 6‑volt batterij. De batterij zou een bijna zuivere DC spanning moeten produceren met verwaarloosbare rimpel; elke gemeten AC zal voortkomen uit de kommutatoractie van de motor.

Rimpel Beluisteren met een Audio Detector

Zet de detectorgevoeligheid op een lage instelling en sluit deze over de motorklemmen aan via een 0,1 µF condensator. De condensator fungeert als een high‑pass filter, blokkeert DC en laat u de AC rimpel horen.

Met een batterij zal de detector een hoog‑pit gezout produceren. Het vervangen van de batterij door de AC voeding en gelijkrichter zal de toon verlagen, wat de half‑golf aard van het gelijkgerichte signaal weerspiegelt.

Computersimulatie

Schema met SPICE knoopnummers:

Netlist (kopieer het volgende in een tekstbestand):

Halfgolf gelijkrichter
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

De simulatie toont de invoer sinusgolf en de uitgang als een reeks positieve "bulten". De AC bron is gespecificeerd als 8,485 V piek om een 6‑V RMS sinusgolf te matchen.

Gerelateerd Werkblad

• Precieze Diode Schakelingen Werkblad