5.3: Rectificador de media onda

PARTES Y MATERIALES

• Fuente de alimentación de CA de bajo voltaje (salida de 6 voltios)
• Batería de 6 voltios
• Un diodo rectificador 1N4001 (Radio Shack catálogo # 276-1101)
• Pequeño motor “hobby”, tipo imán permanente (catálogo Radio Shack # 273-223 o equivalente)
• Detector de audio con auriculares
• Capacitor de 0.1 µF (catálogo de Radio Shack # 272-135 o equivalente)

El diodo no necesita ser un modelo exacto 1N4001. Cualquiera de la serie “1N400X” de diodos rectificadores son adecuados para la tarea, y son bastante fáciles de obtener.

Consulte el capítulo de experimentos de CA para obtener instrucciones detalladas sobre cómo construir el “detector de audio” que se enumera aquí. Si aún no has construido uno, te falta una herramienta simple y valiosa para la experimentación.

Se especifica un condensador de 0.1 µF para “acoplar” el detector de audio al circuito de manera que solo la CA llegue al circuito detector. El valor de este condensador no es crítico. He usado capacitores que van desde 0.27 µF a 0.015 µF con éxito. Los valores más bajos del condensador atenúan las señales de baja frecuencia en mayor grado, lo que resulta en una menor intensidad de sonido de los auriculares, así que use un valor de condensador de mayor valor si experimenta dificultades para escuchar el (los) tono (s).

Referencias cruzadas

Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 3, Capítulo 3: “Diodos y Rectificadores”

Objetivos de aprendizaje

• Función de un diodo como rectificador
• Funcionamiento del motor de imán permanente en alimentación de CA frente a CC
• Medición de voltaje de “ondulación” con un voltímetro

Diagrama esquemático

Ilustracion

INSTRUCCIÓN

Conecte el motor a la fuente de alimentación de CA de bajo voltaje a través del diodo rectificador como se muestra. El diodo solo permite que la corriente pase a través de un medio ciclo de un ciclo positivo y negativo completo de voltaje de fuente de alimentación, eliminando que un medio ciclo llegue nunca al motor. Como resultado, el motor solo “ve” la corriente en una dirección, aunque sea una corriente pulsante, lo que le permite girar en una dirección.

Tome un cable puente y pase el diodo momentáneamente, observando el efecto en el funcionamiento del motor:

Como puede ver, los motores “CC” de imán permanente no funcionan bien con corriente alterna. Retire el cable puente temporal e invierta la orientación del diodo en el circuito. Tenga en cuenta el efecto en el motor.

Mida el voltaje de CC a través del motor de esta manera:

Luego, mida también el voltaje de CA a través del motor:

La mayoría de los multímetros digitales hacen un buen trabajo al discriminar el voltaje de CA de CC, y estas dos mediciones muestran los voltajes promedio de CC y de “ondulación” de CA, respectivamente, de la potencia “vista” por el motor. El voltaje de ondulación es la porción variable del voltaje, interpretado como una cantidad de CA por el equipo de medición, aunque la forma de onda del voltaje nunca invierte la polaridad. La ondulación se puede concebir como una señal de CA superpuesta a una señal de “polarización” o “compensación” de CC constante. Compare estas mediciones de CC y CA con las mediciones de voltaje tomadas a través del motor mientras están alimentadas por una batería:

Las baterías dan una alimentación de CC muy “pura”, y como resultado, debería haber muy poco voltaje de CA medido a través del motor en este circuito. Cualquier voltaje de CA que se mida a través del motor se debe al consumo de corriente pulsante del motor a medida que las escobillas hacen y rompen el contacto con las barras giratorias del conmutador. Esta corriente pulsante hace que los voltajes pulsantes caigan a través de cualquier resistencia parásita en el circuito, lo que resulta en “caídas” de voltaje pulsante en los terminales del motor.

Se puede obtener una evaluación cualitativa del voltaje de ondulación mediante el uso del detector de audio sensible descrito en el capítulo de experimentos de CA (el mismo dispositivo descrito como un “detector de voltaje sensible” en el capítulo de experimentos de CC). Baja la sensibilidad del detector para un volumen bajo y conéctalo a través de los terminales del motor a través de un condensador pequeño (0.1 µF), como este:

El condensador actúa como un filtro de paso alto, bloqueando el voltaje de CC para que no llegue al detector y permitiendo una “escucha” más fácil del voltaje de CA restante. Esta es exactamente la misma técnica utilizada en los circuitos de osciloscopio para el “acoplamiento de CA”, donde las señales de CC son bloqueadas de la visualización por un condensador conectado en serie. Con una batería que alimenta el motor, la ondulación debería sonar como un “zumbido” agudo o “lloriqueo”. Intente reemplazar la batería con la fuente de alimentación de CA y el diodo rectificador, “escuchando” con el detector el “zumbido” de tono bajo de la potencia rectificada de media onda:

SIMULACIÓN COMPU

Esquema con números de nodo SPICE:

Netlist (hacer un archivo de texto que contenga el siguiente texto, textualmente):

Esta simulación traza la tensión de entrada como una onda sinusoidal y la tensión de salida como una serie de “jorobas” correspondientes a los semicíclos positivos de la tensión de fuente de CA. La dinámica de un motor de CC es demasiado compleja para ser simulada usando SPICE, desafortunadamente.

El voltaje de la fuente de CA se especifica como 8.485 en lugar de 6 voltios porque SPICE entiende el voltaje de CA solo en términos de valor pico. Un voltaje de onda senoidal RMS de 6 voltios es en realidad un pico de 8.485 voltios. En simulaciones donde la distinción entre RMS y valor pico no es relevante, no me molestaré con una conversión RMS a pico como esta. Para ser veraces, la distinción no es terriblemente importante en esta simulación, pero la discuto aquí para su edificación.