Vorrei iniziare dicendo che questo post è stato ispirato da una demo fisica impressionante che ho visto presso la sezione North Carolina della American Association of Physics Teachers. La versione della demo (che mostrerò di seguito) è stata creata dall’insegnante di fisica del liceo Jeff Regester. In effetti, puoi vedere la sua pagina sugli adattatori di alimentazione CA qui (inclusa questa demo).
AC vs DC
Non si può vivere senza il caricabatterie smart phone. Lo capisco. Tuttavia, il caricabatterie ha bisogno di un alimentatore CC., DC sta per Corrente continua (questo significa che non si può dire “Corrente continua” – sarebbe come dire Corrente continua). Questo è il tipo di corrente che si ottiene quando si collega una batteria alla lampadina. Significa che la corrente si muove in una direzione nel circuito e si spera che la corrente sia per lo più costante. Molti dispositivi nella tua casa hanno bisogno di DC.
Quando si collega nella presa di corrente nella vostra casa, non si ottiene DC., Le prese domestiche sono a corrente alternata alternata. Questa corrente ha una frequenza di 60 Hz e sarebbe simile a questa (se hai tracciato la corrente in funzione del tempo).
Questa corrente alternata funzionerebbe bene con qualcosa come una lampadina a incandescenza, ma non così bene per la batteria del tuo smartphone.
Ma perché usiamo AC invece di DC? Ci sono due ragioni., Innanzitutto, se si dispone di una corrente alternata, è possibile modificare facilmente la tensione utilizzando un trasformatore (essenzialmente solo due bobine di filo con diversi numeri di giri). In secondo luogo, con AC è possibile utilizzare molto alta tensione per la trasmissione della linea di alimentazione. Alte tensioni significano basse correnti nelle linee elettriche. Si scopre che si perde molta energia quando si hanno grandi correnti in trasmissione. Quindi, l’AC consente di distribuire più facilmente l’elettricità su grandi distanze.,
Raddrizzatore a ponte
Se solo ci fosse un modo per prendere una sorgente AC e produrre DC. Beh, certo che c’è-il raddrizzatore a ponte. Questo è in realtà un circuito piuttosto semplice, ma dipende da un elemento chiave: il diodo. Il diodo è un dispositivo a stato solido che essenzialmente fa solo una cosa. Quando la corrente si muove in un modo attraverso il diodo, è come se il diodo non fosse nemmeno lì. Quando la corrente si muove in senso opposto attraverso il diodo, ha una resistenza quasi infinita., L’effetto è che la corrente può passare solo in un modo attraverso un diodo. È come una valvola unidirezionale su un tubo dell’acqua tranne che per la corrente.
Se ho una sorgente AC, posso renderla più DC-like con questo circuito.
Quando la sorgente AC ha le direzioni di commutazione corrente, il percorso attraverso i diodi cambia. Il risultato di questo raddrizzatore a ponte è di rendere i fili di uscita sempre positivi da un lato e negativi dall’altro., Se tu fossi in grado di misurare questa corrente che esce dal raddrizzatore a ponte, sarebbe simile a questo.
Questo non è ancora DC, ma è meglio.
Ora passiamo alla demo. Jeff Regester ha fatto un raddrizzatore a ponte con un piccolo cambiamento. Invece di diodi, ha usato diodi-diodi emettitori di luce (LED). Sì, un LED è un diodo. Il risultato dell’utilizzo di LED per i diodi è che è possibile vedere quali fili nel circuito hanno corrente che li attraversa., Ovviamente se lo usi con un segnale a 60 hz, è piuttosto difficile da vedere. In questo video di esempio, la sorgente è solo 3 hz.
Ti ho detto che è stato fantastico. Ma aspetta! C’e ‘ dell’altro. È possibile ottenere un’uscita DC ancora migliore se si utilizza un condensatore. L’idea di base è che il condensatore sia in parallelo con l’uscita. Quando la corrente dal raddrizzatore più in alto, si caricherà questo condensatore., Quando la tensione di uscita diventa inferiore alla tensione del condensatore, il condensatore si scarica mantenendo alta la corrente. In un certo senso, “leviga” la corrente.
In questa prossima demo, puoi vedere cosa succede all’uscita del raddrizzatore quando aggiungi un condensatore.
Come ho detto, questo è piuttosto bello. Fa una grande demo. C’è solo un piccolo problema., Potresti facilmente (ed economicamente) costruire questa stessa demo. L’unica cosa che non è economica è il generatore di funzioni di cui avresti bisogno per ottenere la sorgente CA a qualcosa come 3 hz. Jeff suggerisce che è possibile sostituire il generatore di funzioni con una semplice sorgente CA manuale commutando i cavi su una batteria avanti e indietro.
Convertitori reali da CA a CC
Alcune persone chiamano questi convertitori da CA a CC “verruche da parete” poiché sono collegati ovunque. E se smontassi una di queste cose? Giusto perche ‘tu lo sappia, queste cose non sono sempre cosi’ facili da separare., Ho dovuto usare un seghetto per aprirne uno. Ecco come appare all’interno.
È proprio lì. Quattro diodi e un condensatore. Non diventa più semplice di così – ma può diventare più complicato. I convertitori AC-DC più recenti e più piccoli utilizzano spesso altri metodi per produrre una corrente continua. Tuttavia, con questi vecchi convertitori di stile, potresti essere in grado di vedere un problema. La sorgente CA è collegata direttamente a una bobina., Questa bobina induce quindi una corrente in un’altra bobina per modificare la tensione di uscita. Ma cosa succede quando si scollega il dispositivo DC dal convertitore? La bobina CA è ancora collegata alla presa CA. Queste cose disegnano ancora una corrente (ma non tanto). Alcune persone si riferiscono a questi convertitori come vampiri di elettricità poiché sprecano energia.
Ancora, il raddrizzatore a ponte è abbastanza semplice da capire e la versione LED fa una grande demo.