ตัว จำกัด และตัวคูณแรงดันไฟฟ้า

นอกเหนือจากวงจรสร้างคลื่นเช่นปัตตาเลี่ยนและแคลมป์เกอร์แล้วไดโอดยังใช้ในการสร้างวงจรอื่น ๆ เช่นลิมิตเตอร์และตัวคูณแรงดันซึ่งเราจะพูดถึงในบทนี้ ไดโอดยังมีแอปพลิเคชันที่สำคัญอีกตัวหนึ่งซึ่งเรียกว่าวงจรเรียงกระแสซึ่งจะกล่าวถึงในภายหลัง

ลิมิตเตอร์

อีกชื่อหนึ่งที่เรามักจะเจอในขณะที่ใช้ปัตตาเลี่ยนและแคลมป์เกอร์คือวงจรลิมิตเตอร์ กlimiter วงจรสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นวงจรที่ จำกัด แรงดันไฟฟ้าขาออกไม่ให้เกินค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้า

นี่คือวงจร clipper มากหรือน้อยซึ่งไม่อนุญาตให้ค่าที่ระบุของสัญญาณเกิน ที่จริงแล้วการตัดสามารถเรียกได้ว่าเป็นการ จำกัด ขอบเขตอย่างมาก ดังนั้นการ จำกัด จึงสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นการตัดแบบเรียบ

ภาพต่อไปนี้แสดงตัวอย่างวงจรลิมิตเตอร์ -

ประสิทธิภาพของวงจรลิมิตเตอร์สามารถเข้าใจได้จากเส้นโค้งลักษณะการถ่ายโอน ตัวอย่างของเส้นโค้งดังกล่าวมีดังนี้

ขีด จำกัด ล่างและบนระบุไว้ในกราฟซึ่งระบุลักษณะลิมิตเตอร์ แรงดันไฟฟ้าขาออกสำหรับกราฟดังกล่าวสามารถเข้าใจได้ว่า

$$ V_ {0} = L _ {-}, KV_ {i}, L _ {+} $$

ที่ไหน

$$ L _ {-} = V_ {i} \ leq \ frac {L _ {-}} {k} $$

$$ KV_ {i} = \ frac {L _ {-}} {k} <V_ {i} <\ frac {L _ {+}} {k} $$

$$ L _ {+} = V_ {i} \ geq \ frac {L _ {+}} {K} $$

ประเภทของลิมิตเตอร์

มีตัว จำกัด ไม่กี่ประเภทเช่น

Unipolar Limiter - วงจรนี้ จำกัด สัญญาณด้วยวิธีเดียว
Bipolar Limiter - วงจรนี้ จำกัด สัญญาณสองทาง
Soft Limiter - เอาต์พุตอาจเปลี่ยนแปลงในวงจรนี้แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงอินพุตเล็กน้อย
Hard Limiter - เอาต์พุตจะไม่เปลี่ยนไปอย่างง่ายดายเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงสัญญาณอินพุต
Single Limiter - วงจรนี้ใช้ไดโอดหนึ่งตัวในการ จำกัด
Double Limiter - วงจรนี้ใช้ไดโอดสองตัวเพื่อ จำกัด

ตัวคูณแรงดันไฟฟ้า

มีแอพพลิเคชั่นที่ต้องคูณแรงดันไฟฟ้าในบางกรณี สิ่งนี้สามารถทำได้อย่างง่ายดายด้วยความช่วยเหลือของวงจรง่ายๆโดยใช้ไดโอดและตัวเก็บประจุ แรงดันไฟฟ้าถ้าเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าวงจรดังกล่าวเรียกว่า Voltage Doubler สิ่งนี้สามารถขยายเพื่อสร้าง Voltage Tripler หรือ Voltage Quadrupler หรืออื่น ๆ เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสูง

เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้นให้เราพิจารณาวงจรที่คูณแรงดันไฟฟ้าด้วยตัวประกอบของ 2 วงจรนี้สามารถเรียกได้ว่าเป็น Voltage Doubler. รูปต่อไปนี้แสดงวงจรของแรงดันไฟฟ้าสองเท่า

แรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ใช้จะเป็นสัญญาณ AC ซึ่งอยู่ในรูปของคลื่นไซน์ดังแสดงในรูปด้านล่าง

กำลังทำงาน

วงจรตัวคูณแรงดันไฟฟ้าสามารถเข้าใจได้โดยการวิเคราะห์แต่ละครึ่งรอบของสัญญาณอินพุต แต่ละรอบทำให้ไดโอดและตัวเก็บประจุทำงานในลักษณะที่แตกต่างกัน ให้เราพยายามเข้าใจสิ่งนี้

During the first positive half cycle- เมื่อใช้สัญญาณอินพุตตัวเก็บประจุ $ C_ {1} $ จะถูกชาร์จและไดโอด $ D_ {1} $ จะเอนเอียงไปข้างหน้า ในขณะที่ไดโอด $ D_ {2} $ กลับลำเอียงและตัวเก็บประจุ $ C_ {2} $ ไม่ได้รับประจุใด ๆ สิ่งนี้ทำให้เอาต์พุต $ V_ {0} $ เป็น $ V_ {m} $

สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้จากรูปต่อไปนี้

ดังนั้นในช่วง 0 ถึง $ \ pi $ แรงดันเอาต์พุตที่ผลิตจะเป็น $ V_ {max} $ ตัวเก็บประจุ $ C_ {1} $ จะถูกชาร์จผ่านไดโอดแบบเอนเอียงไปข้างหน้า $ D_ {1} $ เพื่อให้เอาต์พุตในขณะที่ $ C_ {2} $ ไม่คิดค่าบริการ แรงดันไฟฟ้านี้ปรากฏที่เอาต์พุต

During the negative half cycle- หลังจากนั้นเมื่อถึงครึ่งวัฏจักรเชิงลบไดโอด $ D_ {1} $ จะเอนเอียงแบบย้อนกลับและไดโอด $ D_ {2} $ จะเอนเอียงไปข้างหน้า ไดโอด $ D_ {2} $ รับประจุผ่านตัวเก็บประจุ $ C_ {2} $ ซึ่งจะถูกชาร์จในระหว่างกระบวนการนี้ จากนั้นกระแสจะไหลผ่านตัวเก็บประจุ $ C_ {1} $ ซึ่งปล่อยออกมา สามารถเข้าใจได้จากรูปต่อไปนี้

ดังนั้นในช่วง $ \ pi $ ถึง $ 2 \ pi $ แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ $ C_ {2} $ จะเป็น $ V_ {max} $ ในขณะที่ตัวเก็บประจุ $ C_ {1} $ ซึ่งชาร์จเต็มแล้วมีแนวโน้มที่จะคายประจุออก ตอนนี้แรงดันไฟฟ้าจากตัวเก็บประจุทั้งสองพร้อมกันจะปรากฏที่เอาต์พุตซึ่งคือ $ 2V_ {max} $ ดังนั้นแรงดันเอาต์พุต $ V_ {0} $ ในรอบนี้คือ $ 2V_ {max} $

During the next positive half cycle- ตัวเก็บประจุ $ C_ {1} $ ถูกเรียกเก็บเงินจากแหล่งจ่ายและไดโอด $ D_ {1} $ ถูกส่งต่อแบบเอนเอียง ตัวเก็บประจุ $ C_ {2} $ เก็บประจุไว้เนื่องจากจะไม่พบวิธีการคายประจุและไดโอด $ D_ {2} $ จะเอนเอียงแบบย้อนกลับ ตอนนี้แรงดันขาออก $ V_ {0} $ ของรอบนี้ได้รับแรงดันไฟฟ้าจากทั้งตัวเก็บประจุที่รวมกันปรากฏที่เอาต์พุตซึ่งคือ $ 2V_ {max} $

During the next negative half cycle- ครึ่งรอบติดลบถัดไปทำให้ตัวเก็บประจุ $ C_ {1} $ คายประจุอีกครั้งจากการชาร์จเต็มและไดโอด $ D_ {1} $ เพื่อย้อนกลับในขณะที่ $ D_ {2} $ ไปข้างหน้าและตัวเก็บประจุ $ C_ {2} $ เพื่อชาร์จเพิ่มเติมเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้า ตอนนี้แรงดันขาออก $ V_ {0} $ ของรอบนี้ได้รับแรงดันไฟฟ้าจากทั้งตัวเก็บประจุที่รวมกันปรากฏที่เอาต์พุตซึ่งคือ $ 2V_ {max} $

ดังนั้นแรงดันขาออก $ V_ {0} $ จึงคงไว้ที่ $ 2V_ {max} $ ตลอดการทำงานซึ่งทำให้วงจรมีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า

ส่วนใหญ่จะใช้ตัวคูณแรงดันไฟฟ้าในกรณีที่ต้องใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสูง ตัวอย่างเช่นหลอดรังสีแคโทดและจอคอมพิวเตอร์

ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า

ในขณะที่ใช้ไดโอดในการคูณแรงดันไฟฟ้าชุดของตัวต้านทานแบบอนุกรมสามารถสร้างเป็นเครือข่ายขนาดเล็กเพื่อแบ่งแรงดันไฟฟ้าได้ เครือข่ายดังกล่าวเรียกว่าVoltage Divider เครือข่าย

ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าคือวงจรที่เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่ใหญ่กว่าให้เป็นวงจรที่เล็กกว่า ทำได้โดยใช้ตัวต้านทานที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม เอาต์พุตจะเป็นเศษส่วนของอินพุต แรงดันขาออกขึ้นอยู่กับความต้านทานของโหลดที่ขับเคลื่อน

ให้เราพยายามที่จะรู้ว่าวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าทำงานอย่างไร รูปด้านล่างเป็นตัวอย่างของเครือข่ายตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าอย่างง่าย

ถ้าเราพยายามวาดนิพจน์สำหรับแรงดันขาออก

$$ V_ {i} = i \ left (R_ {1} + R_ {2} \ right) $$

$$ i = \ frac {V- {i}} {\ left (R_ {1} + R_ {2} \ right)} $$

$$ V_ {0} = i \: R_ {2} \ rightarrow \: i \: = \ frac {V_ {0}} {R_ {2}} $$

เปรียบเทียบทั้งสองอย่าง

$$ \ frac {V_ {0}} {R_ {2}} = \ frac {V_ {i}} {\ left (R_1 + R_ {2} \ right)} $$

$$ V_ {0} = \ frac {V_ {i}} {\ left (R_1 + R_ {2} \ right)} R_ {2} $$

นี่คือนิพจน์เพื่อรับค่าของแรงดันไฟฟ้าขาออก ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาออกจะถูกแบ่งขึ้นอยู่กับค่าความต้านทานของตัวต้านทานในเครือข่าย มีการเพิ่มตัวต้านทานเพิ่มเติมเพื่อให้มีเศษส่วนของแรงดันเอาต์พุตที่แตกต่างกัน

ให้เรามีตัวอย่างปัญหาเพื่อทำความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า