Expérience redresseur à demi-onde : Construire, mesurer et simuler un circuit moteur AC-DC simple

Vue d'ensemble

Dans ce laboratoire pratique, vous construirez un redresseur à demi-onde qui convertit une alimentation AC basse tension en un signal biaisé DC pour entraîner un petit moteur à aimant permanent. Vous apprendrez à mesurer le biais DC et la tension de ripple résultants, à écouter le ripple avec un détecteur audio, et à vérifier le comportement avec une simulation SPICE.

Pièces et Matériaux

• Alimentation AC basse tension (sortie 6 V)
• Pile 6 V
• Une diode redresseuse 1N4001 (ou toute diode de la série 1N400X)
• Petit moteur hobby, type aimant permanent (ex. Radio Shack #273-223)
• Détecteur audio avec casque
• Condensateur de couplage 0,1 µF (ex. Radio Shack #272-135)

Le condensateur 0,1 µF couple le détecteur audio au circuit de manière à ce que seul le AC atteigne le détecteur. La valeur exacte n'est pas critique ; nous avons utilisé de 0,27 µF à 0,015 µF avec succès. Une valeur plus faible atténue le contenu basse fréquence, réduisant le volume du casque, donc choisissez une valeur plus élevée si le ton est faible.

Références Croisées

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, chapitre 3 : « Diodes et redresseurs ».

Objectifs d'Apprentissage

• Comprendre le rôle d'une diode comme redresseur
• Comparer le fonctionnement du moteur sur alimentation AC versus DC
• Mesurer la tension de ripple avec un voltmètre numérique

Schéma Électrique

 

 

Illustration

 

 

Instructions

1. Connectez le moteur à l'alimentation 6 V AC à travers la diode redresseuse comme indiqué dans le schéma. La diode laisse passer le courant seulement pendant la demi-période positive, produisant un DC pulsé qui entraîne le moteur dans un sens.
2. Court-circuitez momentanément les bornes du moteur avec un fil de liaison pour observer l'effet de laisser la forme d'onde AC complète atteindre le moteur. Le moteur calera ou tournera mal.
3. Retirez le cavalier et inversez l'orientation de la diode. Observez le changement de comportement du moteur ; il devrait maintenant tourner doucement dans le sens opposé.
4. Mesurez la tension DC aux bornes du moteur avec le voltmètre réglé sur DC. Cette lecture reflète le biais moyen du signal redressé à demi-onde.
5. Remettez le multimètre sur AC pour mesurer la tension de ripple. La lecture représente la composante AC superposée sur le biais DC. Les valeurs typiques pour une source 6 V avec une charge 10 kΩ sont d'environ 3–4 V crête-à-crête.
6. Comparez ces lectures avec celles prises lorsque le moteur est alimenté par une pile 6 V. La pile devrait produire une tension DC presque pure avec un ripple négligeable ; tout AC mesuré sera dû à l'action du collecteur du moteur.

Écouter le Ripple avec un Détecteur Audio

Réglez la sensibilité du détecteur sur un réglage bas et connectez-le aux bornes du moteur à travers un condensateur 0,1 µF. Le condensateur agit comme un filtre passe-haut, bloquant le DC et vous permettant d'entendre le ripple AC.

Avec une pile, le détectémettra un bourdonnement aigu. En remplaçant la pile par l'alimentation AC et le redresseur, la tonalité baissera, reflétant la nature à demi-onde du signal redressé.

Simulation Informatique

Schéma avec numéros de nœuds SPICE :

 

 

Netlist (copiez ce qui suit dans un fichier texte) :

 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

La simulation montre l'onde sinusoïdale d'entrée et la sortie comme une série de « bosses » positives. La source AC est spécifiée à 8,485 V crête pour correspondre à une onde sinusoïdale 6 V RMS.

Fiche Connexe

• Fiche de travail : Circuits de diodes précis