5. Redresarea şi filtrarea semnalelor de c.a.

Acasă » Aplicaţii practice » 04 - Circuite cu dispozitive semiconductoare discrete (1)

Scopul experimentului

Rolul filtrului capacitiv într-o sursă de tensiune c.a./c.c; importanţa radiatoarelor de căldură pentru componentele semiconductoare de putere.

Materiale necesare

Sursă de tensiune de curent alternativ; punte redresoare (un singur component); condensator electrolitic de 1.000 µF, de cel puţin 25 W (Vcc); carcasă metalică; bec de 12 V (25 W).

Este indicat să cumpăraţi şi să folosiţi direct o punte redresoare şi nu să construiţi una din diode individuale. Acestea pot fi de obicei montate direct pe radiatoare. De asemenea, carcasa metalică este recomandată în locul celei de plastic, datorită abilităţii acesteia de a funcţiona pe post de radiator pentru redresor.

Puteţi folosi valori mai mari pentru condensator, atâta timp cât tensiunea sa de lucru este suficient de mare. Pentru siguranţă, alegeţi un condensator a cărui tensiune de lucru este de cel puţin două ori mai mare decât valoarea efectivă a tensiunii de curent alternativ de la ieşirea sursei.

Becul va fi folosit pe post de sarcină pentru sursa de tensiune. Circuitul realizat arată astfel:

Realizarea eficientă a circuitelor cu semiconductori

Curentul suportat de puntea redresoare trebuie să fie cel puţin la fel de mare precum curentul maxim permis prin înfăşurarea secundară a transformatorului. De asemenea, tensiunea maximă a punţii ar trebui să fie de cel puţin două ori mai mare decât tensiunea nominală de pe ieşirea transformatorului. Acest lucru permite existenţa tensiunii de vârf, plus o tensiune de siguranţă. De exemplu, puteţi lua o punte redresoare de 25 A şi 50 V.

Pentru astfel de valori, unităţile de redresare sunt de obicei echipate cu terminali de „deconectare rapidă”. Prin urmare, puteţi cumpăra terminali adiţionali cu „deconectare rapidă” ce se conectează direct pe terminalii unităţii de redresare. Aceasta este metoda preferată de conectare a terminalilor. Puteţi desigur lipi conductorii direct pe terminalii redresorului. Această metodă nu este însă recomandată în cazul dispozitivelor semiconductoare, din cel puţin două motive: puteţi distruge termic dispozitivele în timpul lipirii şi, în caz de defect, componentul în cauză este mult mai greu de înlocuit.

Dispozitivele semiconductoare sunt foarte sensibile şi probabilitatea ca acestea să se defecteze este mult mai ridicată faţă de cea a componentelor pasive. Dacă aveţi intenţia să construiţi acest circuit ca şi circuit permanent, veţi dori să-l faceţi astfel încât să poată fi întreţinut. O astfel de realizare implică, printre altele, posibilitatea de înlocuire a tuturor componentelor delicate. Înseamnă, de asemenea, realizarea unor „puncte de test”, accesibile sondelor aparatelor de măsură, în întreg circuitul. În caz de defect, va trebui să putem măsura oricare din componentele circuitului, cu o relativă uşurinţă. Regletele de borne oferă, prin construcţia lor, puncte de test pentru măsurarea tensiunilor şi permit deconectarea uşoară a conductorilor fără a sacrifica durabilitatea conexiunilor.

Indicaţii pentru realizarea circuitului de redresare-filtrare

Acest experiment presupune construirea unui circuit de redresare-filtrare şi conectarea acestuia la sursa de curent alternativ. Cu acest dispozitiv la îndemână, veţi avea o sursă permanentă de curent continuu şi nu va mai trebui să vă bazaţi pe baterii, atunci când realizaţi experimentele în curent continuu.

Fixaţi unitatea de redresare în interiorul carcasei metalice (dacă aţi optat pentru una). Suprafaţa carcasei va juca rolul unui radiator, răcind unitatea atunci când aceasta este alimentată. Dispozitivele semiconductoare sunt de obicei foarte sensibile la supra-încălzire. Asigurarea unei modalităţi de transfer a căldurii rezultate înspre exterior este foarte importantă, mai ales când puterea circuitului în cauză este foarte mare.

Condensatorul din circuit joacă rolul unui filtru pentru reducerea tensiunii de pulsaţie. Conectaţi condensatorul la terminalele de ieşire, astfel încât polarităţile să corespundă. Fiind un condensator electrolitic, este foarte sensibili la inversarea polarităţii. Atenţie, condensatoarele electrolitice explodează în caz de defect!

Punerea în funcţiune a circuitului de redresare

Conectaţi circuitul de redresare-filtrare la sursa de c.a., astfel:

Măsuraţi tensiunea de c.a. la ieşirea sursei de tensiune. Voltmetrul (a.c.) ar trebui să indice aproximativ 6 V. Această tensiune este tensiunea efectivă a sursei de alimentare.

Măsuraţi apoi tensiune de c.c. la ieşirea circuitului de redresare. Valoarea tensiunii (c.c.) ar trebui să fie mai mare decât cea măsurată înainte (c.a.). Filtrarea oferită de condensator generează o tensiune de c.c. la ieşire egală cu tensiunea de vârf în c.a. De aici şi valoarea mai mare a tensiunii indicată de voltmetru:

Măsuraţi tensiunea de pulsaţie de c.a. cu ajutorul voltmetrului setat pe c.a. Veţi observa că această tensiune de pulsaţie este mai mică în acest circuit în comparaţie cu oricare din circuitele precedente, nefiltrate. Puteţi folosi detectorul audio pentru a „asculta” tensiunea de pulsaţie de la ieşirea redresorului. Ca de obicei, conectaţi un mic condensator de cuplaj în serie cu detectorul pentru a primi la ieşire doar tensiunea de pulsaţie de c.a., nu şi componenta de c.c. Veţi auzi un sunet foarte slab.

Funcţionarea redresorului în sarcină

După ce aţi măsurat tensiunea de pulsaţie a redresorului, fără sarcină, conectaţi un bec de 25 W la ieşirea acestuia, astfel:

Remăsuraţi tensiunea de pulsaţie prezentă între terminalii de ieşire ai redresorului (c.c.). Cu o sarcină mare la ieşire, condensatorul de filtrare se descarcă mult mai repede între valorile de vârf ale tensiunii redresate. Rezultatul este o tensiune de pulsaţie mult mai mare decât înainte:

Atenuarea tensiunii de pulsaţie - utilizarea bobinei de reactanţă

Dacă dorim atenuarea acestei tensiunii de pulsaţie în sarcină, va trebui să folosim un condensator cu o capacitate mai mare. Sau, putem folosi un circuit de filtrare mai complex, compus din doi condensatori şi o bobină:

Dacă alegeţi să realizaţi un astfel de circuit de filtrare, folosiţi o bobină cu miez de fier pentru o inductanţă maximă şi un conductor suficient de gros pentru a putea susţine întreg curentul permis de sursa de tensiune. Bobinele utilizate pentru o astfel de filtrare poartă numele de bobine de reactanţă. Dacă nu puteţi obţine o bobină de reactanţă corespunzătoare, puteţi utiliza secundarul unui transformator coborâtor de tensiune (220 Vac/ 12 Vac, de exemplu). Lăsaţi primarul deschis (neconectat):