Lassen Sie mich beginnen, indem Sie sagen, dass dieser Beitrag wurde inspiriert durch ein fantastisches Physik-demo sah ich an der North Carolina-Abschnitt der American Association Physik Lehrer. Die Version der Demo (die ich unten zeigen werde) wurde von High-School-Physiklehrer Jeff Regester erstellt. Tatsächlich können Sie seine Seite zu Netzteilen hier sehen (einschließlich dieser Demo).
AC vs. DC
Ohne Ihr Smartphone-Ladegerät können Sie nicht leben. Ich verstehe das. Das Ladegerät benötigt jedoch eine DC-Versorgung., DC steht für Gleichstrom (dies bedeutet, dass Sie nicht „Gleichstrom“ sagen können – das wäre wie Gleichstrom). Dies ist die Art von Strom, den Sie erhalten, wenn Sie eine Batterie an eine Glühbirne anschließen. Dies bedeutet, dass sich der Strom in der Schaltung in eine Richtung bewegt und hoffentlich der Strom größtenteils konstant ist. Viele Geräte in Ihrem Haus benötigen, DC.
Wenn Sie Dinge an die Steckdose in Ihrem Haus anschließen, erhalten Sie keine DC., Haushaltssteckdosen sind Wechselstrom-Wechselstrom. Dieser Strom hat eine Frequenz von 60 Hz und würde ungefähr so aussehen (wenn Sie Strom als Funktion der Zeit zeichnen).
Dieser Wechselstrom würde mit so etwas wie einer Glühlampe gut funktionieren, aber nicht so gut für Ihren Smartphone-Akku.
Aber warum verwenden wir AC anstelle von DC? Es gibt zwei Gründe., Erstens, wenn Sie einen Wechselstrom haben, können Sie die Spannung einfach mit einem Transformator ändern (im Wesentlichen nur zwei Drahtspulen mit unterschiedlicher Windungszahl). Zweitens können Sie mit Wechselstrom eine sehr hohe Spannung für die Stromleitungsübertragung verwenden. Hohe Spannungen bedeuten niedrige Ströme in den Stromleitungen. Es stellt sich heraus, dass Sie viel Energie verlieren, wenn Sie große Ströme in der Übertragung haben. So ermöglicht AC die Verwendung, um Strom leichter über große Entfernungen zu verteilen.,
Brückengleichrichter
Wenn es nur eine Möglichkeit gäbe, eine Wechselstromquelle zu nehmen und DC zu erzeugen. Nun, natürlich gibt es – den Brückengleichrichter. Dies ist eigentlich eine ziemlich einfache Schaltung, aber sie hängt von einem Schlüsselelement ab – der Diode. Die Diode ist ein Festkörpergerät, das im Wesentlichen nur eine Sache tut. Wenn sich Strom in eine Richtung durch die Diode bewegt, ist es so, als wäre die Diode nicht einmal da. Wenn sich Strom in die entgegengesetzte Richtung durch die Diode bewegt, hat er einen nahezu unendlichen Widerstand., Der Effekt ist, dass Strom nur einen Weg durch eine Diode gehen kann. Es ist wie ein Einwegventil an einer Wasserleitung mit Ausnahme von Strom.
Wenn ich eine Wechselstromquelle habe, kann ich sie mit dieser Schaltung gleichstromartiger machen.
Wenn die AC-Quelle hat die aktuelle Schalt-Richtungen, der Weg durch die dioden verpasst. Das Ergebnis dieses Brückengleichrichters besteht darin, die Ausgangsdrähte auf der einen Seite immer positiv und auf der anderen Seite negativ zu machen., Wenn Sie diesen Strom messen könnten, der aus dem Brückengleichrichter kommt, würde es so aussehen.
Das ist noch nicht die DC, aber es ist besser.
Jetzt springen wir zur Demo. Jeff Regester machte einen Brückengleichrichter mit einer kleinen Änderung. Anstelle von Dioden verwendete er Dioden – Leuchtdioden (LED). Ja, eine LED ist eine diode. Das Ergebnis der Verwendung von LEDs für die Dioden ist, dass Sie sehen können, welche Drähte in der Schaltung Strom durch sie leiten., Wenn Sie dies mit einem 60 Hz-Signal verwenden, ist es natürlich ziemlich schwer zu sehen. In diesem Beispielvideo beträgt die Quelle nur 3 Hz.
Ich habe dir gesagt, das war großartig. Aber warte! Es gibt mehr. Sie können einen noch besseren DC-Ausgang erhalten, wenn Sie einen Kondensator verwenden. Die Grundidee ist, dass der Kondensator parallel zum Ausgang ist. Wenn der Strom vom Gleichrichter so hoch ist, lädt er diesen Kondensator auf., Wenn die Ausgangsspannung niedriger als die Spannung des Kondensators wird, entlädt sich der Kondensator und hält den Strom hoch. In gewissem Sinne „glättet“ es den Strom.
In dieser nächsten Demo können Sie sehen, was mit dem Ausgang des Gleichrichters passiert, wenn Sie einen Kondensator hinzufügen.
Wie gesagt, das ist ziemlich cool. Es macht eine große demo. Es gibt nur ein kleines problem., Sie könnten einfach (und billig) dieselbe Demo erstellen. Das einzige, was nicht billig ist, ist der Funktionsgenerator, den Sie benötigen würden, um die Wechselstromquelle auf etwa 3 Hz herunterzufahren. Jeff schlägt vor, dass Sie den Funktionsgenerator nur durch eine manuelle Wechselstromquelle ersetzen können, indem Sie die Leitungen an einer Batterie hin und her schalten.
Echte AC-DC-Wandler
Manche Leute nennen diese AC – DC-Wandler „Wandwarzen“, da sie überall angeschlossen sind. Was ist, wenn du eines dieser Dinge auseinander nimmst? Nur damit du es weißt, diese Dinge sind nicht immer so leicht auseinander zu ziehen., Ich musste eine Bügelsäge benutzen, um eine zu öffnen. Hier ist, wie es innen aussieht.
Es ist genau dort. Vier Dioden und ein Kondensator. Es wird nicht einfacher – aber es kann komplizierter werden. Neuere und kleinere AC / DC-Wandler verwenden häufig andere Methoden, um einen Gleichstrom zu erzeugen. Mit diesen älteren Stilkonvertern können Sie jedoch möglicherweise ein Problem feststellen. Die Wechselstromquelle ist direkt an eine Spule angeschlossen., Diese Spule induziert dann einen Strom in einer anderen Spule, um die Ausgangsspannung zu ändern. Aber was passiert, wenn Sie Ihr DC-Gerät vom Konverter trennen? Die Wechselstromspule ist weiterhin an die Steckdose angeschlossen. Diese Dinge ziehen immer noch einen Strom (aber nicht so viel). Einige Leute bezeichnen diese Konverter als Stromvampire, da sie Energie verschwenden.
Dennoch ist der Brückengleichrichter ziemlich einfach zu verstehen und die LED-Version macht eine großartige Demo.