¿Por qué los circuitos electrónicos necesitan que su fuente de alimentación sea CC o CA rectificada?

Tu impresión es correcta .

La CA cambia de polaridad muy a menudo. La mayoría de los dispositivos semiconductores se han diseñado teniendo en cuenta condiciones de polaridad muy particulares. Si se invirtiera la polaridad entre dos entradas en muchos componentes diferentes, saldría humo mágico.

Por ejemplo, tome la operación mosfet. Se espera que un NMOS bloquee la corriente del drenaje a la fuente hasta que se active la puerta. Si tiene CA a través del drenaje a la fuente, entonces permite que la corriente fluya hacia atrás (perdiendo el control de la puerta).

No es imposible diseñar un circuito electrónico con dispositivos activos alrededor de CA, pero lo hace mucho más desafiante. También debo calificar esta afirmación: muchos circuitos electrónicos tienen señales con componentes de CA, pero generalmente tienen una compensación de CC para evitar el cambio de polaridad. Eso sería algo así como 5VppAC con una compensación de 2.5V CC sería una señal de CA de 0-5 V. Eso sigue siendo la misma polaridad en todo momento, aunque esté pasando una señal de CA.

Una palabra clave, en contexto con la pregunta, es LINEALIDAD.

Tomemos el ejemplo simple de un circuito electrónico, que es ampliamente utilizado: amplificadores "lineales" basados ​​​​en transistores (circuitos agrupados o integrados). Los transistores son dispositivos altamente no lineales.

Para producir señales de salida sinusoidales que muestren una distorsión de señal baja, es necesario usar solo una cierta parte de la característica de entrada-salida. Por lo tanto, usamos un voltaje de CC/corriente de CC para polarizar el dispositivo en un punto de operación adecuado (dentro de una parte casi lineal limitada de la función de entrada-salida). Luego, la señal de entrada provoca una oscilación alrededor de este punto de operación, lo que da como resultado una calidad de salida aceptable.

Tiene razón, el circuito rara vez se alimenta con CA. Algunos circuitos analógicos pueden funcionar con CA, pero los digitales no. Esto se debe a la naturaleza misma de cómo ha sido diseñado y cómo ha demostrado ser eficiente y fácil de implementar. Hay sistemas que utilizan señales de CA para codificar datos en algunos sistemas muy antiguos, pero requieren muchos componentes de alta potencia, lo que no es práctico con la tecnología actual. Un ejemplo serían las antiguas máquinas tragamonedas de casino que usaban una señal analógica para hacer girar los carretes y que el dispensador de monedas dejara caer las monedas una por una. Además, algunos contadores mecánicos usaban alternancia de señal de CA para contar.

Los transistores, tal como están ahora, están diseñados para ser eficientes con señales de CC (si considera los datos digitales como CC, ya que algunos puristas dirían que en realidad es CA compensada). Es lo que es más eficiente en cuanto a energía y espacio en los circuitos integrados. Además, la codificación de datos en una señal de CA (mientras sea posible) es mucho más compleja que con una señal de CC, ya que puede usar un mecanismo simple de detección de bordes. Para hacerlo con CA, debe usar detectores de picos o circuitos como ese, lo cual no es práctico.

Ahora, si desea comprender por qué la tecnología se movió hacia la CC, considere esto: imagine que está tratando de encender/apagar circuitos complejos con CC, es fácil, porque su señal tiene solo dos estados: completamente encendido y completamente apagado. Con CA, tendría (como suposición): una señal de CA o ninguna señal. Los relés pueden ser compatibles con su señal de CA, pero funcionan simplemente por el campo magnético. Para que su relé permanezca firmemente encendido, necesitaría rectificar su señal (para que no oscile), produciendo así una CA rectificada ...

En resumen, se debe tanto a razones históricas como tecnológicas.

El primer tubo de electrones fue el diodo y la propiedad principal es producir voltaje de CC a partir de CA (unidireccional). El tubo triodo se basa en diodo (CC) y fue el primer dispositivo con amplificación estable o propiedades de conmutación. Esto se realizó controlando el flujo de electrones desde un cátodo negativo a un ánodo positivo a través de una rejilla. Entonces, el voltaje de red débil modula un voltaje de CC (columpio de CC) y se hace un amplificador. Este dispositivo lo necesitaban principalmente las áreas de Telegrafía y Radios tempranas. Usar una fuente de alimentación de CA hace que la amplificación sea extremadamente compleja y finalmente inútil.

Después de eso, se introdujeron muchas aplicaciones con tubos de electrones en el mercado y la industria en todo el mundo.

Transistor inventado como un reemplazo directo de los tubos de triodo, basado exactamente en el mismo concepto, y hoy en día los circuitos integrados consisten en millones de transistores que necesitan alimentación de CC.

Sin embargo, hay un dispositivo semiconductor como Thiristor o Triac que se puede alimentar con alimentación de CA, pero en la mayoría de los casos necesita un circuito de cruce por cero con una señal de entrada adecuada que debe estar relacionada de alguna manera con la frecuencia de la alimentación de CA, etc.

La mayoría de los circuitos interesantes mantienen algún estado interno, es decir: almacenan información. Para hacer esto, los circuitos necesitan energía eléctrica. La CA pura (corriente y voltaje en fase) por su naturaleza pasa regularmente por un período en el que no se suministra energía. Esto dificulta la creación de un circuito que pueda almacenar estado: es como si el circuito tuviera que comenzar de nuevo cada período de CA. Puede eludir este problema almacenando energía en alguna otra forma (magnética, mecánica, en un capacitor, etc.), pero ¿por qué molestarse? La CC puede suministrar energía todo el tiempo, por lo que la mayoría de los circuitos funcionan con CC.

Lo anterior se trata principalmente de circuitos digitales. Un circuito analógico podría recibir alimentación de CA, pero entonces el componente de CA estaría presente en la salida, lo que en la mayoría de los casos presentaría un problema (especialmente cuando la salida se alimenta a un oído humano).