Circuit redresseur/filtre

PIÈCES ET MATÉRIAUX

• Alimentation CA basse tension
• Pack pont redresseur (catalogue Radio Shack n° 276-1185 ou équivalent)
• Condensateur électrolytique, 1000 µF, au moins 25 WVDC (catalogue Radio Shack n° 272-1047 ou équivalent)
• Quatre bornes de raccordement de style jack « banane » ou autre matériel de borne, pour la connexion au circuit du potentiomètre (catalogue Radio Shack n° 274-662 ou équivalent)
• Boîte en métal
• Ampoule 12 volts, 25 watts
• Douille de lampe

REMARQUES POUR LES PIÈCES ET MATÉRIAUX

Un pont redresseur « pack » est fortement recommandé par rapport à la construction d'un circuit redresseur en pont à partir de diodes individuelles, car ces « packs » sont conçus pour être boulonnés sur un dissipateur thermique en métal. Une boîte en métal est recommandée par rapport à une boîte en plastique pour sa capacité à fonctionner comme un dissipateur de chaleur pour le redresseur.

Une valeur de condensateur plus grande est bien à utiliser dans cette expérience, tant que sa tension de fonctionnement est suffisamment élevée. Pour plus de sécurité, choisissez un condensateur avec une tension nominale de fonctionnement d'au moins deux fois la tension de sortie RMS CA de l'alimentation CA basse tension.

Les lampes à haute puissance de 12 volts peuvent être achetées dans un magasin de véhicules récréatifs (VR) et de fournitures nautiques. Les tailles courantes sont de 25 watts et 50 watts. Cette lampe servira de charge « lourde » pour l'alimentation.

REFERENCES CROISEES

Leçons En Circuits Électriques , Tome 2, chapitre 8 :« Filtres »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Fonction de filtre capacitif dans une alimentation AC/DC
• Importance des dissipateurs thermiques pour les semi-conducteurs de puissance

SCHÉMA SCHÉMA

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

Cette expérience implique la construction d'un circuit redresseur et filtre à raccorder à l'alimentation CA basse tension construite précédemment. Avec cet appareil, vous disposerez d'une source d'alimentation CC basse tension adaptée au remplacement d'une batterie dans les expériences alimentées par batterie.

Si vous souhaitez faire de cet appareil sa propre alimentation 120VAC/DC autonome, vous pouvez ajouter tous les composants de l'alimentation AC basse tension au côté "AC in" de ce circuit :un transformateur, un cordon d'alimentation, et prise. Même si vous ne choisissez pas de le faire, je vous recommande d'utiliser une boîte en métal plus grande que nécessaire pour laisser de la place pour des circuits de régulation de tension supplémentaires que vous pourriez choisir d'ajouter à ce projet plus tard.

CONSTRUCTION DE LA PARTIE REDRESSEUR

Le pont redresseur doit être conçu pour un courant au moins aussi élevé que l'enroulement secondaire du transformateur est prévu, et pour une tension au moins deux fois plus élevée que la tension efficace de la sortie du transformateur (cela permet une tension de crête, plus un marge de sécurité). Le redresseur Radio Shack spécifié dans la liste des pièces est conçu pour 25 ampères et 50 volts, plus que suffisant pour la sortie de l'alimentation CA basse tension spécifiée dans le chapitre des expériences CA.

Les unités de redressement de cette taille sont souvent équipées de bornes « à déconnexion rapide ». Des cosses "à déconnexion rapide" gratuites sont vendues qui se sertissent sur les extrémités dénudées d'un fil.

Il s'agit de la méthode préférée de connexion des bornes. Vous pouvez souder des fils directement sur les cosses du redresseur, mais je déconseille de souder directement sur n'importe quel composant semi-conducteur pour deux raisons :dommages causés par la chaleur lors de la soudure et difficulté de remplacer le composant en cas de panne.

Les dispositifs à semi-conducteurs sont plus sujets aux pannes que la plupart des composants couverts jusqu'à présent dans ces expériences, et donc si vous avez l'intention de rendre un circuit permanent, vous devez le construire pour qu'il soit entretenu. La « construction maintenable » implique, entre autres, de rendre tous les composants délicats remplaçables.

Cela signifie également rendre les « points de test » accessibles aux sondes de mesure dans tout le circuit, afin que le dépannage puisse être exécuté avec un minimum d'inconvénients. Les borniers fournissent intrinsèquement des points de test pour prendre des mesures de tension, et ils permettent également de déconnecter facilement les fils sans sacrifier la durabilité de la connexion.

Boulonnez le redresseur à l'intérieur du boîtier métallique. La surface du boîtier agira comme un radiateur, gardant le redresseur au frais lorsqu'il laisse passer des courants élevés.

Toute surface de radiateur métallique conçue pour abaisser la température de fonctionnement d'un composant électronique est appelée dissipateur thermique . Les dispositifs à semi-conducteurs, en général, sont sujets aux dommages causés par la surchauffe, il est donc très important de fournir un chemin pour le transfert de chaleur du ou des dispositifs à l'air ambiant lorsque le circuit en question peut gérer de grandes quantités d'énergie.

CONSTRUCTION DE LA PARTIE FILTRE

Un condensateur est inclus dans le circuit pour agir comme un filtre pour réduire la tension d'ondulation. Assurez-vous de connecter correctement le condensateur aux bornes de sortie CC du redresseur afin que les polarités correspondent.

Étant un condensateur électrolytique, il est sensible aux dommages par inversion de polarité. Dans ce circuit en particulier, où la résistance interne du transformateur et du redresseur est faible et le courant de court-circuit par conséquent est élevé, le potentiel de dommages est grand.

Avertissement : un condensateur défaillant dans ce circuit explosera probablement avec une force alarmante !

TESTER LE CIRCUIT

Une fois le circuit redresseur/filtre construit, connectez-le à l'alimentation CA basse tension comme ceci :

Mesurer la sortie de tension alternative par l'alimentation basse tension. Votre compteur devrait indiquer environ 6 volts si le circuit est connecté comme indiqué.

Cette mesure de tension est la tension RMS de l'alimentation CA. Maintenant, basculez votre multimètre sur la fonction de tension continue et mesurez la tension continue fournie par le circuit redresseur/filtre.

Il doit être nettement supérieur à la tension efficace de l'entrée CA mesurée auparavant. L'action de filtrage du condensateur fournit une tension de sortie continue égale au crête Tension alternative, d'où l'indication de tension la plus élevée :

Mesurez l'amplitude de la tension d'ondulation CA avec un voltmètre numérique réglé sur des volts CA (ou des millivolts CA). Vous devriez remarquer une tension d'ondulation beaucoup plus faible dans ce circuit que ce qui a été mesuré dans l'un des circuits redresseurs non filtrés précédemment construits.

N'hésitez pas à utiliser votre détecteur audio pour « écouter » la sortie de tension d'ondulation CA par l'unité redresseur/filtre. Comme d'habitude, connectez un petit condensateur de « couplage » en série avec le détecteur afin qu'il ne réponde pas à la tension continue, mais uniquement à l'ondulation alternative.

Très peu de son doit être entendu. Après avoir pris des mesures de tension d'ondulation CA à vide, connectez l'ampoule de 25 watts à la sortie du circuit redresseur/filtre comme ceci :

Mesurez à nouveau la tension d'ondulation présente entre les bornes « DC out » de l'unité redresseur/filtre. Avec une charge élevée, le condensateur de filtrage se décharge entre les pics de tension redressés, ce qui entraîne une plus grande ondulation qu'auparavant :

RÉDUIRE L'ONDULATION

Si moins d'ondulation est souhaitée dans des conditions de charge élevée, un condensateur plus grand peut être utilisé, ou un circuit de filtrage plus complexe peut être construit à l'aide de deux condensateurs et d'une inductance :

Si vous choisissez de construire un tel circuit de filtrage, veillez à utiliser une inductance à noyau de fer pour une inductance maximale et une avec un fil suffisamment épais pour gérer en toute sécurité le courant nominal complet de l'alimentation. Les inductances utilisées à des fins de filtrage sont parfois appelées chokes car ils « étouffent » la tension d'ondulation CA d'atteindre la charge.

Si une bobine d'arrêt appropriée ne peut pas être obtenue, l'enroulement secondaire d'un transformateur de puissance abaisseur comme le type utilisé pour réduire de 120 volts CA à 12 ou 6 volts CA dans l'alimentation basse tension peut être utilisé. Laisser le bobinage primaire (120 volts) ouvert :

SIMULATION INFORMATIQUE

Schéma avec les numéros de nœud SPICE :

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

Pont redresseur double alternance v1 1 0 sin(0 8.485 60 0 0) rload 2 3 10k c1 2 3 1000u ic=0 d1 3 1 mod1 d2 1 2 mod1 d3 3 0 mod1 d4 0 2 mod1 .model mod1 d .tran .5m 25m .plot tran v(1,0) v(2,3) .end 

Vous pouvez diminuer la valeur de R_load dans la simulation de 10 kΩ à une valeur inférieure pour explorer les effets du chargement sur la tension d'ondulation. Comme c'est le cas avec une résistance de charge de 10 kΩ, l'ondulation est indétectable sur la forme d'onde tracée par SPICE.

FEUILLE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Fiche de travail sur les alimentations AC-DC de base