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

Tu impresión es correcta .

AC cambia la polaridad muy a menudo. La mayoría de los dispositivos semiconductores han sido diseñados teniendo en cuenta condiciones de polaridad muy particulares. Si uno invirtiera la polaridad entre dos entradas en muchos componentes diferentes, obtendría humo mágico saliendo de él.

Por ejemplo, tomar la operación Mosfet. Se espera que un NMOS bloquee la corriente de drenaje a la fuente hasta que se active la compuerta. Si tiene CA a través del drenaje a la fuente, entonces la corriente fluye hacia atrás (perdiendo el control de la compuerta).

No es imposible diseñar un circuito electrónico con dispositivos activos alrededor de AC, pero lo hace mucho más desafiante. También debería calificar esta afirmación: muchos circuitos electrónicos tienen señales con componentes de CA, pero generalmente tienen un desplazamiento de CC para evitar el cambio de polaridad. Eso sería algo así como que 5VppAC con un offset de 2.5V DC sería una señal de CA de 0-5 V. Esa es la misma polaridad en todo momento, incluso si pasa una señal de CA.

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

Tomemos el ejemplo simple de un circuito electrónico, que se usa ampliamente: Amplificadores "lineales" basados en transistores (circuitos concentrados o integrados). Los transistores son dispositivos altamente no lineales.

Para producir señales de salida sinusoidales que exhiban una distorsión de señal baja, es necesario usar solo una parte de la característica de entrada-salida. Por lo tanto, utilizamos una tensión de corriente continua / corriente continua para BIAS el dispositivo en un punto de operación adecuado (dentro de una parte casi lineal de la función de entrada-salida). Luego, la señal de entrada provoca un giro alrededor de este punto de operación que resulta en una calidad de salida aceptable.

Tienes razón, los circuitos rara vez se alimentan con CA. Algunos circuitos analógicos pueden funcionar en CA, pero el digital no. Esto se debe a la naturaleza misma de cómo se ha diseñado y cómo ha demostrado ser eficiente y fácil de implementar. Hay un sistema que utiliza la señal de CA para codificar datos en algunos sistemas muy antiguos, pero requiere 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 el dispensador de monedas soltaba las monedas una por una. Además, algunos contadores mecánicos utilizaron la alternancia de la señal de CA para contar.

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

Ahora, si quiere comprender por qué la tecnología se movió hacia DC, considere esto: imagine que está intentando encender / apagar circuitos complejos con DC, es fácil, porque su señal solo tiene dos estados: encendido y apagado. Con CA, tendría (como una suposición): una señal de CA o ninguna señal. Los relés podrían ser compatibles con su señal de CA, pero funcionan simplemente debido al campo magnético. Para que su relé permanezca firmemente encendido, necesitaría rectificar su señal (para que no gire), lo que produce una CA rectificada ...

En resumen, se debe a razones históricas y tecnológicas.

El primer tubo de electrones era el diodo y la propiedad principal es producir voltaje de CC a partir de CA (una forma). El tubo de triodo se basa en diodo (DC) y fue el primer dispositivo con propiedades de amplificación o conmutación estables. Esto se realizó controlando el flujo de electrones desde un cátodo negativo a un ánodo positivo a través de una rejilla. De modo que la tensión de red débil modula una tensión de CC (dc swing) y se crea un amplificador. Este dispositivo se necesita principalmente por Telegrafía y área de Radios tempranas. Usar una alimentación de CA hace que la amplificación sea extremadamente útil y, finalmente, inútil.

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

El transistor se inventó como un reemplazo directo de los tubos de triodo, basado exactamente en el mismo concepto, y en la actualidad, los IC consisten en millones de transistores que necesitan una 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. en

Los circuitos más interesantes mantienen algún estado interno, es decir: almacenan información. Para ello, los circuitos necesitan energía eléctrica. La CA pura (corriente y tensión en fase) por su naturaleza atraviesa regularmente un período en el que no se suministra energía. Esto hace que sea difícil hacer un circuito que pueda almacenar el estado: es como si el circuito tuviera que comenzar de nuevo cada período de CA. Puede evitar este problema almacenando energía de alguna otra forma (magnética, mecánica, en un condensador, etc.) pero ¿por qué molestarse? DC puede suministrar energía todo el tiempo, por lo que la mayoría de los circuitos funcionan con DC.

Lo anterior es principalmente sobre 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 introduce en un oído humano).