Διάταξη:
- Παλμογεννήτρια
- Μετασχηματιστής
- 4 δίοδοι κατάλληλα συνδεδεμένοι μεταξύ τους
- Αντίσταση 1 ΚΩ
- Παλμογράφος Δυο Καναλιών
Διαδικασία:
Συνδέουμε τη παλμογεννήτρια με το μετασχηματιστή (για ν’ απομονώσουμε την γείωση) και στην συνέχεια τον μετασχηματιστή με το κύκλωμα στα σημεία Α και Γ ενώ στα σημεία Β και Δ συνδέουμε την αντίσταση. Συνδέουμε το Channel 1 του παλμογράφου στα σημεία Α και Γ. Τροφοδοτούμε το κύκλωμα με ημιτονοειδές σήμα με την βοήθεια της παλμογεννήτριας. Ρυθμίζουμε τον παλμογράφο ώστε να απεικονίζονται στην οθόνη του το Channel 1. Παρατηρούμε ότι το Channel 1 παριστάνει μια ημιτονοειδή συνάρτηση στην οποία η τάση παίρνει θετικές και αρνητικές τιμές. Συνδέουμε το Channel 1 με την αντίσταση. Παρατηρούμε ότι η τάση έχει την μορφή μιας ημιτονοειδούς συνάρτησης στην οποία όμως εμφανίζονται μόνο θετικές τιμές.
Γιατί συμβαίνει αυτό;
Εξήγηση:
Η δίοδος είναι μια διάταξη που επιτρέπει στο ηλεκτρικό ρεύμα να διέρχεται μέσα από αυτή κατά την μια φορά (πολικότητα) πολύ εύκολα, δηλαδή με μικρή αντίσταση, ενώ το αποκόπτει δηλαδή έχει τεράστια αντίσταση κατά την αντίθετη φορά.
Ανόρθωση λέμε τη μετατροπή της εναλλασσόμενης τάσης σε συνεχή. Η μετατροπή αυτή είναι απαραίτητη γιατί τα περισσότερα ηλεκτρονικά κυκλώματα, που για την τροφοδότησή τους χρειάζονται συνεχής τάση.
Η διάταξη του πειράματός μας έχει έναν συνδυασμό διόδων που επιτρέπουν ρεύμα να διαρρέει το κύκλωμα με φορά πάντα προς τα πάνω, όποια και να είναι η φορά του ρεύματος από την πηγή AC.
Κατά το θετικό κομμάτι του κύκλου της πηγής οι δίοδοι 1, 4 πολώνονται ορθά και άγουν, ενώ οι δίοδοι 2, 3 δεν άγουν. Έτσι προκαλείται ροή ρεύματος στο κύκλωμα και παλμός εξόδου στα άκρα της αντίστασης. Κατά το αρνητικό κομμάτι, οι δίοδοι 2, 3 πολώνονται ορθά και άγουν, ενώ οι 1, 3 δεν άγουν. Και τότε όμως έχουμε πάλι ροή ρεύματος κατά την ίδια φορά στα άκρα της αντίστασης. Για κάθε εναλλαγή η ροή ρεύματος είναι ίδια, έτσι και ο παλμός εξόδου δεν αλλάζει φορά πράγμα που επιβεβαιώνεται και από το πείραμα μας. Το πλάτος του παλμού εξόδου είναι μειωμένο σε σχέση με το πλάτος του αρχικού παλμού λόγω της αντίστασης που έχει η κάθε δίοδος και της αντίστασης R.
Αν συνδέσουμε έναν πυκνωτή χωρητικότητας C= 1 μF παράλληλα με την αντίσταση R παρατηρούμε ότι οι θετικές τιμές της ανορθωμένης τάσης βρίσκονται όχι μεταξύ Vmax και 0 όπως ήταν όταν δεν είχαμε πυκνωτή αλλά μεταξύ Vmax και Vmin με Vmin>0. Αν συνδέσουμε μεγαλύτερης χωρητικότητας πυκνωτή C=100 μF παρατηρούμε ότι η διακύμανση της τάσης είναι πάρα πολύ μικρή, σχεδόν μηδενική.
Αυτό συμβαίνει γιατί όταν συνδέσουμε τον πυκνωτή παράλληλα με την αντίσταση αυτός αποφορτίζετε πολύ πιο αργά σε σχέση με την περίοδο Τ του «ημιτονοειδούς» ανορθωμένου σήματος με αποτέλεσμα να διατηρεί την τάση σε θετικές και υψηλές τιμές για μεγαλύτερο χρόνο σε σχέση με την περίοδο Τ. Όταν αυξάνουμε την χωρητικότητα αυξάνουμε και τον χρόνο αποφόρτισης του πυκνωτή με αποτέλεσμα ο χρόνος που η τάση παραμένει σταθερή είναι πάρα πολύ μεγαλύτερος από την περίοδο Τ και έτσι έχουμε και ανορθωμένο και σταθεροποιημένο ρεύμα, δηλαδή ρεύμα DC.
