Sirkuit Penyearah/Filter

BAGIAN DAN BAHAN

• Suplai daya AC bertegangan rendah
• Paket penyearah jembatan (Katalog Radio Shack #276-1185 atau yang setara)
• Kapasitor elektrolit, 1000 F, minimal 25 WVDC (Katalog Radio Shack # 272-1047 atau setara)
• Empat tiang pengikat gaya dongkrak “pisang”, atau perangkat keras terminal lainnya, untuk koneksi ke sirkuit potensiometer (Katalog Radio Shack # 274-662 atau yang setara)
• Kotak logam
• Bola lampu 12 volt, 25 watt
• Soket Lampu

CATATAN UNTUK BAGIAN DAN BAHAN

Sebuah "paket" penyearah jembatan sangat disarankan daripada membangun rangkaian penyearah jembatan dari dioda individu, karena "paket" semacam itu dibuat untuk dibaut ke heat sink logam. Kotak logam direkomendasikan daripada kotak plastik karena kemampuannya berfungsi sebagai pendingin untuk penyearah.

Nilai kapasitor yang lebih besar boleh digunakan dalam percobaan ini, selama tegangan kerjanya cukup tinggi. Agar aman, pilih kapasitor dengan peringkat tegangan kerja setidaknya dua kali tegangan keluaran RMS AC dari catu daya AC tegangan rendah.

Lampu 12 volt berdaya tinggi dapat dibeli dari kendaraan rekreasi (RV) dan toko perlengkapan berperahu. Ukuran umum adalah 25 watt dan 50 watt. Lampu ini akan digunakan sebagai beban “berat” untuk catu daya.

REFERENSI SILANG

Pelajaran Dalam Rangkaian Listrik , Volume 2, bab 8:“Filter”

TUJUAN PEMBELAJARAN

• Fungsi filter kapasitif dalam catu daya AC/DC
• Pentingnya heat sink untuk semikonduktor daya

DIAGRAM SKEMATIK

ILUSTRASI

INSTRUKSI

Eksperimen ini melibatkan pembuatan rangkaian penyearah dan filter untuk dipasang pada catu daya AC tegangan rendah yang dibangun sebelumnya. Dengan perangkat ini, Anda akan memiliki sumber daya DC bertegangan rendah yang cocok sebagai pengganti baterai dalam eksperimen bertenaga baterai.

Jika Anda ingin membuat perangkat ini sendiri, catu daya 120VAC/DC mandiri, Anda dapat menambahkan semua komponen catu daya AC tegangan rendah ke sisi "AC masuk" dari rangkaian ini:trafo, kabel daya, dan steker. Meskipun Anda tidak memilih untuk melakukannya, sebaiknya gunakan kotak logam yang lebih besar dari yang diperlukan untuk menyediakan ruang bagi sirkuit pengatur tegangan tambahan yang mungkin Anda pilih untuk ditambahkan ke proyek ini nanti.

MEMBANGUN BAGIAN PERALATAN

Unit penyearah jembatan harus diberi nilai untuk arus paling sedikit setinggi lilitan sekunder transformator, dan untuk tegangan paling sedikit dua kali lebih tinggi dari tegangan RMS dari keluaran transformator (ini memungkinkan untuk tegangan puncak, ditambah tambahan batas keamanan). Penyearah Radio Shack yang ditentukan dalam daftar suku cadang memiliki daya 25 amp dan 50 volt, lebih dari cukup untuk output catu daya AC tegangan rendah yang ditentukan dalam bab eksperimen AC.

Unit penyearah dengan ukuran ini sering dilengkapi dengan terminal "pemutusan cepat". Lug “pemutusan cepat” gratis dijual yang mengerut ke ujung kabel yang telanjang.

Ini adalah metode koneksi terminal yang disukai. Anda dapat menyolder kabel langsung ke lugs penyearah, tetapi saya menyarankan untuk tidak menyolder langsung ke komponen semikonduktor apa pun karena dua alasan:kemungkinan kerusakan akibat panas selama penyolderan, dan kesulitan mengganti komponen jika terjadi kegagalan.

Perangkat semikonduktor lebih rentan terhadap kegagalan daripada sebagian besar komponen yang tercakup dalam eksperimen ini sejauh ini, dan jadi jika Anda memiliki niat untuk membuat sirkuit permanen, Anda harus membangunnya untuk dirawat. “Konstruksi yang dapat dipertahankan” mencakup, antara lain, membuat semua komponen rumit dapat diganti.

Ini juga berarti membuat "titik uji" dapat diakses oleh probe meter di seluruh rangkaian, sehingga pemecahan masalah dapat dilakukan dengan ketidaknyamanan yang minimal. Strip terminal secara inheren menyediakan titik uji untuk melakukan pengukuran tegangan, dan juga memungkinkan pemutusan kabel dengan mudah tanpa mengorbankan ketahanan koneksi.

Baut unit penyearah ke bagian dalam kotak logam. Area permukaan kotak akan bertindak sebagai radiator, menjaga unit penyearah tetap dingin saat melewati arus tinggi.

Permukaan radiator logam apa pun yang dirancang untuk menurunkan suhu pengoperasian komponen elektronik disebut heat sink . Perangkat semikonduktor, secara umum, rentan terhadap kerusakan akibat panas berlebih, jadi menyediakan jalur untuk perpindahan panas dari perangkat ke udara sekitar sangat penting ketika sirkuit yang bersangkutan dapat menangani daya dalam jumlah besar.

MEMBANGUN BAGIAN FILTER

Sebuah kapasitor disertakan dalam rangkaian untuk bertindak sebagai filter untuk mengurangi tegangan riak. Pastikan Anda menghubungkan kapasitor dengan benar melintasi terminal keluaran DC penyearah sehingga polaritasnya cocok.

Menjadi kapasitor elektrolitik, sensitif terhadap kerusakan oleh pembalikan polaritas. Khususnya di sirkuit ini, di mana resistansi internal transformator dan penyearah rendah dan akibatnya arus hubung singkat tinggi, potensi kerusakannya besar.

Peringatan: kapasitor yang gagal di sirkuit ini kemungkinan akan meledak dengan kekuatan yang mengkhawatirkan!

UJI SIRKUIT

Setelah rangkaian penyearah/filter dibuat, sambungkan ke catu daya AC tegangan rendah seperti ini:

Ukur output tegangan AC dengan catu daya tegangan rendah. Pengukur Anda harus menunjukkan sekitar 6 volt jika sirkuit terhubung seperti yang ditunjukkan.

Pengukuran tegangan ini adalah tegangan RMS dari catu daya AC. Sekarang, alihkan multimeter Anda ke fungsi tegangan DC dan ukur output tegangan DC dengan rangkaian penyearah/filter.

Ini harus membaca jauh lebih tinggi dari tegangan RMS dari input AC yang diukur sebelumnya. Tindakan penyaringan kapasitor memberikan tegangan keluaran DC yang sama dengan puncak Tegangan AC, maka indikasi tegangan yang lebih besar:

Ukur besarnya tegangan riak AC dengan voltmeter digital yang disetel ke volt AC (atau milivolt AC). Anda akan melihat tegangan riak yang jauh lebih kecil di sirkuit ini daripada yang diukur di sirkuit penyearah tanpa filter yang dibuat sebelumnya.

Jangan ragu untuk menggunakan detektor audio Anda untuk "mendengarkan" output tegangan riak AC oleh unit penyearah/filter. Seperti biasa, sambungkan kapasitor “kopling” kecil secara seri dengan detektor sehingga tidak merespon tegangan DC, tetapi hanya riak AC.

Sangat sedikit suara yang harus didengar. Setelah melakukan pengukuran tegangan riak AC tanpa beban, sambungkan bola lampu 25 watt ke output rangkaian penyearah/filter seperti ini:

Ukur kembali tegangan riak yang ada di antara terminal "DC out" unit penyearah/filter. Dengan beban yang berat, kapasitor filter menjadi kosong di antara puncak tegangan yang disearahkan, menghasilkan riak yang lebih besar dari sebelumnya:

MENURUNKAN RIPPLE

Jika lebih sedikit riak yang diinginkan dalam kondisi beban berat, kapasitor yang lebih besar dapat digunakan, atau rangkaian filter yang lebih kompleks dapat dibuat menggunakan dua kapasitor dan sebuah induktor:

Jika Anda memilih untuk membuat rangkaian filter seperti itu, pastikan untuk menggunakan induktor inti besi untuk induktansi maksimum, dan satu dengan kabel yang cukup tebal untuk menangani arus catu daya dengan nilai penuh dengan aman. Induktor yang digunakan untuk tujuan penyaringan kadang-kadang disebut sebagai chokes karena mereka "mencekik" tegangan riak AC agar tidak sampai ke beban.

Jika choke yang sesuai tidak dapat diperoleh, belitan sekunder transformator daya step-down seperti jenis yang digunakan untuk menurunkan tegangan 120 volt AC ke 12 atau 6 volt AC pada catu daya tegangan rendah dapat digunakan. Biarkan belitan primer (120 volt) terbuka:

SIMULASI KOMPUTER

Skematis dengan nomor node SPICE:

Netlist (buat file teks yang berisi teks berikut, kata demi kata):

Penyearah jembatan gelombang penuh 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 

Anda dapat menurunkan nilai R_load dalam simulasi dari 10 kΩ ke beberapa nilai yang lebih rendah untuk mengeksplorasi efek pembebanan pada tegangan riak. Seperti halnya dengan resistor beban 10 kΩ, riak tidak terdeteksi pada bentuk gelombang yang diplot oleh SPICE.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Catu Daya AC-DC Dasar