Redresseur demi-onde

PIÈCES ET MATÉRIAUX

• Alimentation CA basse tension (sortie 6 volts)
• Batterie 6 volts
• Une diode de redressement 1N4001 (catalogue Radio Shack n° 276-1101)
• Petit moteur « hobby », type à aimant permanent (catalogue Radio Shack n° 273-223 ou équivalent)
• Détecteur audio avec casque
• Condensateur 0,1 µF (catalogue Radio Shack n° 272-135 ou équivalent)

La diode n'a pas besoin d'être un modèle exact 1N4001. Toutes les séries de diodes de redressement "1N400X" conviennent à cette tâche et sont assez faciles à obtenir. Voir le chapitre sur les expériences AC pour des instructions détaillées sur la construction du « détecteur audio » répertorié ici.

Si vous n'en avez pas déjà construit un, il vous manque un outil simple et précieux pour l'expérimentation. Un condensateur de 0,1 µF est spécifié pour « coupler » le détecteur audio au circuit afin que seul le courant alternatif atteigne le circuit du détecteur.

La valeur de ce condensateur n'est pas critique. J'ai utilisé avec succès des condensateurs allant de 0,27 µF à 0,015 µF. Des valeurs de condensateur inférieures atténuent davantage les signaux basse fréquence, ce qui entraîne une intensité sonore moindre du casque. Utilisez donc une valeur de condensateur supérieure si vous rencontrez des difficultés à entendre la ou les tonalités.

REFERENCES CROISEES

Leçons En Circuits Électriques , Tome 3, chapitre 3 :« Diodes et redresseurs »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Fonction d'une diode en tant que redresseur
• Fonctionnement du moteur à aimant permanent sur courant alternatif ou courant continu
• Mesure de la tension « d'ondulation » avec un voltmètre

SCHÉMA SCHÉMA

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

Connectez le moteur à l'alimentation CA basse tension via la diode de redressement comme indiqué. La diode ne laisse passer le courant que pendant un demi-cycle d'un cycle complet positif et négatif de tension d'alimentation, éliminant ainsi un demi-cycle d'atteindre le moteur.

En conséquence, le moteur « voit » le courant dans un seul sens, bien qu'il soit pulsé courant, lui permettant de tourner dans une direction. Prenez un fil volant et court-circuitez la diode momentanément, en notant l'effet sur le fonctionnement du moteur :

Comme vous pouvez le voir, les moteurs à aimants permanents « DC » ne fonctionnent pas bien en courant alternatif. Retirez le cavalier temporaire et inversez l'orientation de la diode dans le circuit. Notez l'effet sur le moteur. Mesurez la tension continue aux bornes du moteur comme ceci :

Ensuite, mesurez également la tension alternative aux bornes du moteur :

La plupart des multimètres numériques font un bon travail pour discriminer la tension alternative de la tension continue, et ces deux mesures montrent les tensions moyennes continues et « d'ondulation » alternative, respectivement de la puissance « vue » par le moteur. Tension d'ondulation est la partie variable de la tension, interprétée comme une quantité CA par l'équipement de mesure bien que la forme d'onde de la tension n'inverse jamais réellement la polarité.

L'ondulation peut être envisagée comme un signal alternatif superposé à un signal continu de « polarisation » ou de « décalage ». Comparez ces mesures de courant continu et alternatif avec les mesures de tension prises sur le moteur lorsqu'il est alimenté par une batterie :

Les batteries fournissent une alimentation CC très «pure» et, par conséquent, il devrait y avoir très peu de tension CA mesurée aux bornes du moteur dans ce circuit. Quelle que soit la tension alternative est mesurée à travers le moteur est due à l'appel de courant pulsé du moteur lorsque les balais établissent et rompent le contact avec les barres de commutation rotatives.

Ce courant pulsé provoque une chute des tensions pulsées sur toutes les résistances parasites dans le circuit, ce qui entraîne des « creux » de tension pulsée aux bornes du moteur. Une évaluation qualitative de la tension d'ondulation peut être obtenue en utilisant le détecteur audio sensible décrit dans le chapitre sur les expériences en courant alternatif (le même appareil décrit comme un « détecteur de tension sensible » dans le chapitre sur les expériences en courant continu).

Baissez la sensibilité du détecteur pour un faible volume et connectez-le aux bornes du moteur via un petit condensateur (0,1 µF), comme ceci :

Le condensateur agit comme un filtre passe-haut, empêchant la tension continue d'atteindre le détecteur et permettant une « écoute » plus facile de la tension alternative restante. C'est exactement la même technique utilisée dans les circuits d'oscilloscope pour le « couplage CA », où les signaux CC sont bloqués par un condensateur connecté en série.

Avec une batterie alimentant le moteur, l'ondulation devrait ressembler à un « bourdonnement » ou « gémissement » aigu. Essayez de remplacer la batterie par l'alimentation secteur et la diode de redressement, « écoutez » avec le détecteur le « bourdonnement » grave de la puissance redressée demi-onde :

SIMULATION INFORMATIQUE

Schéma avec les numéros de nœud SPICE :

Netlist (créer un fichier texte contenant le texte suivant, textuellement) :

Redresseur demi-onde 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 

Cette simulation trace la tension d'entrée sous forme d'onde sinusoïdale et la tension de sortie sous forme d'une série de « bosses » correspondant aux demi-cycles positifs de la tension de source CA. La dynamique d'un moteur à courant continu est malheureusement bien trop complexe pour être simulée avec SPICE.

La tension de la source CA est spécifiée comme 8,485 au lieu de 6 volts car SPICE comprend la tension CA en termes de crête valeur seulement. Une tension sinusoïdale RMS de 6 volts est en fait une crête de 8,485 volts. Dans les simulations où la distinction entre RMS et valeur de crête n'est pas pertinente, je ne m'embêterai pas avec une conversion RMS en crête comme celle-ci.

Pour être honnête, la distinction n'est pas très importante dans cette simulation, mais j'en discute ici pour votre édification.

FICHE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Feuille de travail sur les circuits de diodes précises