5.6: Rectificador/Circuito de Filtro
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- Fuente de alimentación de CA de bajo voltaje
- Paquete puente rectificador (Radio Shack catálogo # 276-1185 o equivalente)
- Condensador electrolítico, 1000 µF, al menos 25 WVDC (catálogo de Radio Shack # 272-1047 o equivalente)
- Cuatro postes de unión tipo jack “banana”, u otro hardware de terminal, para la conexión al circuito del potenciómetro (catálogo Radio Shack # 274-662 o equivalente)
- Caja metálica
- Bombilla de 12 voltios, 25 vatios
- Zócalo de la lámpara
Se recomienda encarecidamente un “paquete” de rectificador de puente sobre la construcción de un circuito rectificador de puente a partir de diodos individuales, ya que dichos “paquetes” están hechos para atornillar a un disipador de calor de metal. Se recomienda una caja metálica sobre una caja de plástico por su capacidad para funcionar como disipador de calor para el rectificador.
Un valor de condensador más grande está bien para usar en este experimento, siempre y cuando su voltaje de trabajo sea lo suficientemente alto. Para estar seguro, elija un condensador con una clasificación de voltaje de trabajo al menos el doble de la salida de voltaje de CA RMS de la fuente de alimentación de CA de bajo voltaje.
Las lámparas de 12 voltios de alta potencia se pueden comprar en un vehículo recreativo (RV) y en una tienda de suministros para embarcaciones. Los tamaños comunes son 25 watts y 50 watts. Esta lámpara se utilizará como una carga “pesada” para la fuente de alimentación.
Referencias cruzadas
Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 2, capítulo 8: “Filtros”
Objetivos de aprendizaje
- Función de filtro capacitivo en una fuente de alimentación CA/CC
- Importancia de los disipadores de calor para semiconductores de potencia
Diagrama esquemático
Ilustracion
INSTRUCCIÓN
Este experimento consiste en la construcción de un rectificador y un circuito de filtro para la conexión a la fuente de alimentación de CA de bajo voltaje construida anteriormente. Con este dispositivo, tendrá una fuente de alimentación de CC de bajo voltaje adecuada como reemplazo de una batería en experimentos alimentados por batería. Si desea hacer de este dispositivo su propia fuente de alimentación de 120VAC/DC, puede agregar todos los componentes de la fuente de CA de bajo voltaje al lado “AC in” de este circuito: un transformador, cable de alimentación y enchufe. Incluso si no eliges hacer esto, te recomiendo usar una caja metálica más grande de lo necesario para proporcionar espacio para circuitos de regulación de voltaje adicionales que podrías elegir agregar a este proyecto más adelante.
La unidad rectificadora de puente debe estar clasificada para una corriente al menos tan alta como la nominal del devanado secundario del transformador, y para un voltaje al menos dos veces más alto que el voltaje RMS de la salida del transformador (esto permite voltaje pico, más un margen de seguridad adicional). El rectificador Radio Shack especificado en la lista de piezas está clasificado para 25 amperios y 50 voltios, más que suficiente para la salida de la fuente de alimentación de CA de bajo voltaje especificada en el capítulo de experimentos de CA.
Las unidades rectificadoras de este tamaño suelen estar equipadas con terminales de “desconexión rápida”. Se venden orejetas de “desconexión rápida” de cortesía que se engarzan en los extremos desnudos de un cable. Este es el método preferido de conexión de terminales. Puede soldar cables directamente a las orejetas del rectificador, pero recomiendo no soldar directamente a cualquier componente semiconductor por dos razones: posible daño por calor durante la soldadura, y dificultad para reemplazar el componente en caso de falla.
Los dispositivos semiconductores son más propensos a fallar que la mayoría de los componentes cubiertos en estos experimentos hasta ahora, por lo que si tienes alguna intención de hacer permanente un circuito, debes construirlo para que se mantenga. La “construcción mantenible” implica, entre otras cosas, hacer que todos los componentes delicados sean reemplazables. También significa hacer que los “puntos de prueba” sean accesibles a las sondas medidoras en todo el circuito, de manera que la resolución de problemas se pueda ejecutar con un mínimo de inconvenientes. Las regletas de terminales proporcionan inherentemente puntos de prueba para tomar mediciones de voltaje, y también permiten una fácil desconexión de los cables sin sacrificar la durabilidad de la conexión.
Atornillar la unidad rectificadora al interior de la caja metálica. El área de superficie de la caja actuará como radiador, manteniendo la unidad rectificadora fría a medida que pasa altas corrientes. Cualquier superficie metálica del radiador diseñada para bajar la temperatura de funcionamiento de un componente electrónico se llama disipador de calor. Los dispositivos semiconductores, en general, son propensos a sufrir daños por sobrecalentamiento, por lo que proporcionar una ruta para la transferencia de calor desde el (los) dispositivo (s) al aire ambiente es muy importante cuando el circuito en cuestión puede manejar grandes cantidades de energía.
Se incluye un condensador en el circuito para actuar como un filtro para reducir el voltaje de ondulación. Asegúrese de conectar el condensador correctamente a través de los terminales de salida de CC del rectificador para que las polaridades coincidan. Al ser un condensador electrolítico, es sensible al daño por inversión de polaridad. En este circuito especialmente, donde la resistencia interna del transformador y rectificador son bajas y la corriente de cortocircuito en consecuencia es alta, el potencial de daño es grande. Advertencia: ¡un condensador fallido en este circuito probablemente explotará con una fuerza alarmante!
Después de construir el circuito rectificador/filtro, conéctelo a la fuente de alimentación de CA de bajo voltaje de esta manera:
Mida la salida de voltaje de CA por la fuente de alimentación de bajo voltaje. Su medidor debe indicar aproximadamente 6 voltios si el circuito está conectado como se muestra. Esta medición de voltaje es el voltaje RMS de la fuente de alimentación de CA.
Ahora, cambie su multímetro a la función de voltaje de CC y mida la salida de voltaje de CC por el circuito rectificador/filtro. Debe leer sustancialmente más alto que el voltaje RMS de la entrada de CA medida anteriormente. La acción de filtrado del condensador proporciona un voltaje de salida de CC igual al voltaje de CA pico, de ahí la mayor indicación de voltaje:
Mida la magnitud del voltaje de ondulación de CA con un voltímetro digital configurado en voltios de CA (o milivoltios de CA). Debe notar un voltaje de ondulación mucho menor en este circuito que lo que se midió en cualquiera de los circuitos rectificadores sin filtrar construidos anteriormente. Siéntase libre de usar su detector de audio para “escuchar” la salida de voltaje de ondulación de CA por la unidad rectificadora/filtro. Como es habitual, conecte un pequeño condensador de “acoplamiento” en serie con el detector para que no responda a la tensión de CC, sino solo a la ondulación de CA. Se debe escuchar muy poco sonido.
Después de tomar mediciones de voltaje de ondulación de CA descargadas, conecte la bombilla de 25 vatios a la salida del circuito rectificador/filtro de esta manera:
Vuelva a medir el voltaje de ondulación presente entre los terminales de “salida de CC” de la unidad de rectificador/filtro. Con una carga pesada, el condensador del filtro se descarga entre picos de voltaje rectificados, lo que resulta en una mayor ondulación que antes:
Si se desea menos ondulación bajo condiciones de carga pesada, se puede usar un condensador más grande, o se puede construir un circuito de filtro más complejo usando dos condensadores y un inductor:
Si elige construir dicho circuito de filtro, asegúrese de usar un inductor de núcleo de hierro para obtener la máxima inductancia y uno con un cable lo suficientemente grueso para manejar de manera segura la corriente nominal completa de la fuente de alimentación. Los inductores utilizados con el propósito de filtrar a veces se conocen como chokes porque “chocan” el voltaje de ondulación de CA para que no llegue a la carga. Si no se puede obtener un estrangulador adecuado, se puede usar el devanado secundario de un transformador de potencia reductor como el tipo utilizado para escalonar 120 voltios de CA a 12 o 6 voltios de CA en la fuente de alimentación de bajo voltaje. Deje abierto el devanado primario (120 voltios):
SIMULACIÓN COMPU
Esquema con números de nodo SPICE:
Puede disminuir el valor de la carga R en la simulación de 10 kΩ a algún valor menor para explorar los efectos de la carga en el voltaje de ondulación. Al igual que con una resistencia de carga de 10 kΩ, la ondulación es indetectable en la forma de onda trazada por SPICE.