วงจรอิเล็กทรอนิกส์ - คู่มือฉบับย่อ

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เรามีส่วนประกอบต่างๆที่ตอบสนองวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน มีองค์ประกอบต่าง ๆ ที่ใช้ในวงจรหลายประเภทขึ้นอยู่กับการใช้งาน

ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์

คล้ายกับอิฐที่สร้างกำแพงส่วนประกอบคืออิฐพื้นฐานของวงจร กComponent เป็นองค์ประกอบพื้นฐานที่ก่อให้เกิดการพัฒนาความคิดให้เป็นไฟล์ circuit สำหรับการดำเนินการ

ส่วนประกอบแต่ละอย่างมีคุณสมบัติพื้นฐานบางประการและส่วนประกอบจะทำงานตามนั้น ขึ้นอยู่กับคำขวัญของผู้พัฒนาที่จะใช้ในการสร้างวงจรที่ต้องการ ภาพต่อไปนี้แสดงตัวอย่างชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ

เพื่อรวบรวมแนวคิดให้เราดูประเภทของส่วนประกอบ พวกเขาสามารถเป็นได้Active Components หรือ Passive Components.

ส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่

• ส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่คือส่วนประกอบที่ทำหน้าที่ในการให้พลังงานภายนอก

• ส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ผลิตพลังงานในรูปของแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้า

• Examples - ไดโอดทรานซิสเตอร์หม้อแปลง ฯลฯ

ส่วนประกอบแบบ Passive

• ส่วนประกอบแบบพาสซีฟคือส่วนประกอบที่เริ่มทำงานเมื่อเชื่อมต่อแล้ว ไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานจากภายนอกในการทำงาน

• ส่วนประกอบแบบพาสซีฟเก็บและรักษาพลังงานในรูปของแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้า

• Examples - ตัวต้านทานตัวเก็บประจุตัวเหนี่ยวนำ ฯลฯ

เรายังมีการจัดหมวดหมู่อีกประเภทหนึ่งด้วย Linear และ Non-Linear องค์ประกอบ

ส่วนประกอบเชิงเส้น

• องค์ประกอบเชิงเส้นหรือส่วนประกอบคือองค์ประกอบที่มีความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างกระแสและแรงดันไฟฟ้า

• พารามิเตอร์ขององค์ประกอบเชิงเส้นจะไม่เปลี่ยนแปลงตามกระแสและแรงดันไฟฟ้า

• Examples - ไดโอดทรานซิสเตอร์หม้อแปลง ฯลฯ

ส่วนประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้น

• องค์ประกอบหรือส่วนประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้นคือองค์ประกอบที่มีความสัมพันธ์แบบไม่เป็นเชิงเส้นระหว่างกระแสและแรงดันไฟฟ้า

• พารามิเตอร์ขององค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้นจะเปลี่ยนไปตามกระแสและแรงดันไฟฟ้า

• Examples - ตัวต้านทานตัวเก็บประจุตัวเหนี่ยวนำ ฯลฯ

ส่วนประกอบเหล่านี้มีไว้สำหรับวัตถุประสงค์ต่างๆซึ่งทั้งหมดสามารถทำงานที่ต้องการซึ่งสร้างขึ้นได้ การรวมกันของส่วนประกอบต่าง ๆ ดังกล่าวเรียกว่า aCircuit.

วงจรอิเล็กทรอนิกส์

ส่วนประกอบจำนวนหนึ่งเมื่อเชื่อมต่อกับวัตถุประสงค์ในรูปแบบเฉพาะทำให้ก circuit. วงจรคือเครือข่ายของส่วนประกอบต่างๆ มีวงจรประเภทต่างๆ

ภาพต่อไปนี้แสดงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ประเภทต่างๆ แสดงแผงวงจรพิมพ์ซึ่งเป็นกลุ่มของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่เชื่อมต่ออยู่บนกระดาน

วงจรอิเล็กทรอนิกส์สามารถจัดกลุ่มตามประเภทต่างๆได้ขึ้นอยู่กับการทำงานการเชื่อมต่อโครงสร้าง ฯลฯ เรามาดูรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับประเภทของวงจรอิเล็กทรอนิกส์กัน

วงจรที่ใช้งานอยู่

• วงจรที่สร้างโดยใช้ส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่เรียกว่าเป็น Active Circuit.

• โดยปกติจะมีแหล่งจ่ายไฟที่วงจรดึงพลังงานออกมามากขึ้นและส่งไปยังโหลด

• กำลังไฟฟ้าเพิ่มเติมจะถูกเพิ่มให้กับเอาต์พุตและด้วยเหตุนี้กำลังขับจึงมากกว่ากำลังไฟฟ้าเข้าที่ใช้เสมอ

• การได้รับพลังจะมากกว่าความสามัคคีเสมอ

วงจร Passive

• วงจรที่สร้างโดยใช้ส่วนประกอบแบบพาสซีฟเรียกว่าเป็น Passive Circuit.

• แม้ว่าจะมีแหล่งจ่ายไฟ แต่วงจรจะไม่ดึงพลังงานใด ๆ ออกมา

• พลังงานเพิ่มเติมจะไม่ถูกเพิ่มลงในเอาต์พุตและด้วยเหตุนี้กำลังขับจึงน้อยกว่ากำลังอินพุตที่ใช้เสมอ

• การได้รับพลังจะน้อยกว่าความสามัคคีเสมอ

วงจรอิเล็กทรอนิกส์สามารถจำแนกได้เช่นกัน Analog, Digital, หรือ Mixed.

วงจรอนาล็อก

• วงจรอะนาล็อกอาจเป็นวงจรที่มีส่วนประกอบเชิงเส้นอยู่ ดังนั้นจึงเป็นวงจรเชิงเส้น

• วงจรอนาล็อกมีอินพุตสัญญาณอนาล็อกซึ่งเป็นช่วงแรงดันไฟฟ้าต่อเนื่อง

วงจรดิจิตอล

• วงจรดิจิทัลอาจเป็นวงจรที่มีส่วนประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้น ดังนั้นจึงเป็นวงจรที่ไม่ใช่เชิงเส้น

• สามารถประมวลผลสัญญาณดิจิตอลเท่านั้น

• วงจรดิจิทัลมีอินพุตสัญญาณดิจิทัลซึ่งเป็นค่าที่ไม่ต่อเนื่อง

วงจรสัญญาณผสม

• วงจรสัญญาณผสมสามารถเป็นวงจรที่มีทั้งส่วนประกอบเชิงเส้นและไม่เชิงเส้นอยู่ในนั้น ดังนั้นจึงเรียกว่าเป็นวงจรสัญญาณผสม

• วงจรเหล่านี้ประกอบด้วยวงจรอนาล็อกพร้อมกับไมโครโปรเซสเซอร์เพื่อประมวลผลอินพุต

ขึ้นอยู่กับประเภทของการเชื่อมต่อวงจรสามารถแบ่งได้เป็นอย่างใดอย่างหนึ่ง Series Circuit หรือ Parallel Circuit. วงจรอนุกรมคือวงจรที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมและparallel circuit เป็นส่วนประกอบที่เชื่อมต่อแบบขนาน

ตอนนี้เรามีแนวคิดพื้นฐานเกี่ยวกับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์แล้วให้เราไปต่อและหารือเกี่ยวกับวัตถุประสงค์ของพวกเขาซึ่งจะช่วยให้เราสร้างวงจรที่ดีขึ้นสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน ไม่ว่าวงจรอิเล็กทรอนิกส์จะมีจุดประสงค์อะไร (เพื่อประมวลผลส่งรับเพื่อวิเคราะห์) กระบวนการจะดำเนินการในรูปแบบของสัญญาณ ในบทต่อไปเราจะกล่าวถึงสัญญาณและประเภทของสัญญาณที่มีอยู่ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์

ก Signalสามารถเข้าใจได้ว่าเป็น "การแสดงที่ให้ข้อมูลบางอย่างเกี่ยวกับข้อมูลที่มีอยู่ในแหล่งที่มาของข้อมูล" โดยปกติเวลาจะแตกต่างกันไป ดังนั้นสัญญาณสามารถเป็นsource of energy which transmits some information. สิ่งนี้สามารถแสดงบนกราฟได้อย่างง่ายดาย

ตัวอย่าง

• นาฬิกาปลุกให้สัญญาณว่าถึงเวลาแล้ว
• นกหวีดของหม้อหุงยืนยันว่าอาหารสุกแล้ว
• ไฟแดงส่งสัญญาณอันตราย
• สัญญาณจราจรบ่งบอกถึงการเคลื่อนไหวของคุณ
• โทรศัพท์ดังส่งสัญญาณว่าโทรหาคุณ

สัญญาณอาจเป็นประเภทใดก็ได้ที่สื่อถึงข้อมูลบางอย่าง สัญญาณที่ผลิตจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์นี้เรียกว่าElectronic Signal หรือ Electrical Signal. โดยทั่วไปเป็นตัวแปรของเวลา

ประเภทของสัญญาณ

สัญญาณสามารถแบ่งได้เป็นอนาล็อกหรือดิจิตอลขึ้นอยู่กับลักษณะของสัญญาณ สัญญาณอนาล็อกและดิจิตอลสามารถจำแนกได้อีกดังที่แสดงในภาพต่อไปนี้

สัญญาณอนาล็อก

สัญญาณแปรผันตามเวลาอย่างต่อเนื่องซึ่งแสดงถึงปริมาณที่แปรผันตามเวลาสามารถเรียกได้ว่าเป็น Analog Signal. สัญญาณนี้เปลี่ยนแปลงไปเรื่อย ๆ ตามเวลาตามค่าของปริมาณที่แสดงถึง

สัญญาณดิจิตอล

สัญญาณซึ่งเป็น discrete ในธรรมชาติหรือที่เป็น non-continuous ในรูปแบบสามารถเรียกได้ว่าเป็นไฟล์ Digital signal. สัญญาณนี้มีค่าแต่ละค่าซึ่งแสดงแยกกันซึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับค่าก่อนหน้าราวกับว่าสัญญาณเหล่านี้ได้มาในช่วงเวลานั้น ๆ

สัญญาณเป็นระยะและสัญญาณ Aperiodic

สัญญาณอนาล็อกหรือดิจิทัลใด ๆ ที่ทำซ้ำรูปแบบในช่วงเวลาหนึ่งเรียกว่าเป็น Periodic Signal. สัญญาณนี้มีรูปแบบต่อเนื่องซ้ำ ๆ กันและง่ายต่อการสันนิษฐานหรือคำนวณ

สัญญาณอนาล็อกหรือดิจิตอลใด ๆ ที่ไม่ซ้ำรูปแบบในช่วงเวลาหนึ่งเรียกว่าเป็น Aperiodic Signal. สัญญาณนี้มีรูปแบบต่อเนื่อง แต่รูปแบบไม่ซ้ำและไม่ง่ายที่จะสันนิษฐานหรือคำนวณ

สัญญาณและสัญลักษณ์

ท่ามกลาง Periodic Signalsสัญญาณที่ใช้กันมากที่สุด ได้แก่ คลื่นไซน์, คลื่นโคไซน์, รูปคลื่นสามเหลี่ยม, คลื่นสี่เหลี่ยม, คลื่นสี่เหลี่ยม, รูปคลื่นฟันเลื่อย, รูปคลื่นพัลส์หรือรถไฟชีพจรเป็นต้นให้เราดูรูปคลื่นเหล่านั้น

สัญญาณขั้นตอนของหน่วย

สัญญาณขั้นตอนของหน่วยมีค่าหนึ่งหน่วยจากจุดเริ่มต้นถึงหนึ่งหน่วยบนแกน X ส่วนใหญ่จะใช้เป็นสัญญาณทดสอบ ภาพสัญญาณขั้นตอนของหน่วยแสดงอยู่ด้านล่าง

ฟังก์ชันขั้นตอนของหน่วยแสดงโดย $u\left ( t \right )$. ถูกกำหนดให้เป็น -

$$ u \ left (t \ right) = \ left \ {\ begin {matrix} 1 & t \ geq 0 \\ 0 & t <0 \ end {matrix} \ right. $$

สัญญาณอิมพัลส์ยูนิต

สัญญาณอิมพัลส์ของหน่วยมีค่าหนึ่งหน่วยที่จุดกำเนิด พื้นที่เป็นหนึ่งหน่วย ภาพของสัญญาณอิมพัลส์หน่วยแสดงอยู่ด้านล่าง

ฟังก์ชันอิมพัลส์ของหน่วยแสดงโดย ẟ(t). ถูกกำหนดให้เป็น

$$\delta \left ( t \right )=\left\{\begin{matrix} \infty \:\:if \:\:t=0\\0 \:\:if \:\:t\neq 0\end{matrix}\right.$$

$$\int_{-\infty }^{\infty }\delta \left ( t \right )d\left ( t \right )=1$$

$$\int_{-\infty }^{t }\delta \left ( t \right )d\left ( t \right )=u\left ( t \right )$$

$$\delta \left ( t \right )=\frac{du\left ( t \right )}{d\left ( t \right )} $$

สัญญาณทางลาดของหน่วย

สัญญาณทางลาดของหน่วยมีค่าเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณจากจุดเริ่มต้น ภาพสัญญาณทางลาดของยูนิตแสดงอยู่ด้านล่าง

ฟังก์ชันทางลาดของหน่วยแสดงโดย u(t). ถูกกำหนดให้เป็น -

$$\int_{0}^{t}u\left ( t \right ) d\left ( t \right )=\int_{0}^{t} 1 dt =t=r\left ( t \right )$$

$$u\left ( t \right )=\frac{dr\left ( t \right )}{dt}$$

สัญญาณพาราโบลาของหน่วย

สัญญาณพาราโบลาของหน่วยมีค่าเปลี่ยนแปลงเหมือนพาราโบลาที่จุดกำเนิด ภาพของสัญญาณพาราโบลาของหน่วยแสดงอยู่ด้านล่าง

ฟังก์ชันพาราโบลาของหน่วยแสดงโดย $u\left ( t \right )$. ถูกกำหนดให้เป็น -

$$\int_{0}^{t}\int_{0}^{t}u\left ( t \right )dtdt=\int_{0}^{t}r\left ( t \right )dt=\int_{0}^{t} t.dt=\frac{t^{2}}{2}dt=x\left ( t \right )$$

$$r\left ( t \right )=\frac{dx\left ( t \right )}{dt}$$

$$u\left ( t \right )=\frac{d^{2}x\left ( t \right )}{dt^{2}}$$

ฟังก์ชัน Signum

ฟังก์ชัน Signum มีการกระจายอย่างเท่าเทียมกันทั้งในระนาบบวกและลบจากจุดเริ่มต้น ภาพของฟังก์ชัน Signum แสดงอยู่ด้านล่าง

ฟังก์ชัน Signum แสดงโดย sgn(t). ถูกกำหนดให้เป็น

$$ sgn \ left (t \ right) = \ left \ {\ begin {matrix} 1 \: \: for \: \: t \ geq 0 \\ - 1 \: \: for \: \: t <0 \ end {matrix} \ right. $$

$$sgn\left ( t \right )=2u\left ( t \right ) -1$$

สัญญาณเอกซ์โปเนนเชียล

สัญญาณเอกซ์โพเนนเชียลมีค่าแตกต่างกันไปตามจุดกำเนิด ฟังก์ชันเอกซ์โพเนนเชียลอยู่ในรูปของ -

$$x\left ( t \right ) =e^{\alpha t}$$

รูปร่างของเลขชี้กำลังสามารถกำหนดได้โดย $\alpha$. ฟังก์ชั่นนี้สามารถเข้าใจได้ใน 3 กรณี

Case 1 -

ถ้า $\alpha = 0\rightarrow x\left ( t \right )=e^{0}=1$

Case 2 -

ถ้า $ \ alpha <0 $ แล้ว $x\left ( t \right )=e^{\alpha t}$ ที่ไหน $\alpha$เป็นลบ รูปร่างนี้เรียกว่าdecaying exponential.

Case 3 -

ถ้า $\alpha > 0$ แล้ว $x\left ( t \right )=e^{\alpha t}$ ที่ไหน $\alpha$เป็นบวก รูปร่างนี้เรียกว่าraising exponential.

สัญญาณสี่เหลี่ยม

สัญญาณสี่เหลี่ยมมีค่ากระจายเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าทั้งในระนาบบวกและลบจากจุดเริ่มต้น ภาพของสัญญาณสี่เหลี่ยมแสดงด้านล่าง

ฟังก์ชันสี่เหลี่ยมแสดงโดย $x\left ( t \right )$. ถูกกำหนดให้เป็น

$$x\left ( t \right )=A \:rect\left [ \frac{t}{T} \right ]$$

สัญญาณสามเหลี่ยม

สัญญาณสี่เหลี่ยมมีค่ากระจายเป็นรูปสามเหลี่ยมทั้งในระนาบบวกและลบตั้งแต่ต้นทาง ภาพของสัญญาณสามเหลี่ยมแสดงอยู่ด้านล่าง

ฟังก์ชันสามเหลี่ยมแสดงโดย$x\left ( t \right )$. ถูกกำหนดให้เป็น

$$x\left ( t \right )=A \left [ 1-\frac{\left | t \right |}{T} \right ]$$

สัญญาณไซน์

สัญญาณไซน์มีค่าที่แตกต่างกันไปตามแหล่งกำเนิดของสัญญาณไซน์ ภาพของสัญญาณไซนัสแสดงอยู่ด้านล่าง

ฟังก์ชัน sinusoidal แสดงด้วย x (t) ถูกกำหนดให้เป็น -

$$x\left ( t \right )=A \cos \left ( w_{0} t\pm \phi \right )$$

หรือ

$$x\left ( t \right )=A sin\left ( w_{0}t\pm \phi \right )$$

ที่ไหน $T_{0}=\frac{2 \pi}{w_{0}}$

ฟังก์ชัน Sinc

สัญญาณ Sinc มีค่าแตกต่างกันไปตามความสัมพันธ์เฉพาะดังสมการที่กำหนดด้านล่าง มันมีค่าสูงสุดที่จุดกำเนิดและจะลดลงเมื่อมันเคลื่อนออกไป ภาพของสัญญาณฟังก์ชัน Sinc แสดงอยู่ด้านล่าง

ฟังก์ชัน Sinc แสดงโดย sinc(t). ถูกกำหนดให้เป็น -

$$sinc\left ( t \right )=\frac{sin\left ( \pi t \right )}{\pi t}$$

ดังนั้นนี่คือสัญญาณต่าง ๆ ที่เราส่วนใหญ่พบในสาขาอิเล็กทรอนิกส์และการสื่อสาร ทุกสัญญาณสามารถกำหนดในสมการทางคณิตศาสตร์เพื่อให้การวิเคราะห์สัญญาณง่ายขึ้น

สัญญาณแต่ละตัวมีรูปร่างคลื่นเฉพาะดังที่กล่าวมาแล้ว รูปร่างของคลื่นอาจเปลี่ยนแปลงเนื้อหาที่มีอยู่ในสัญญาณ อย่างไรก็ตามวิศวกรผู้ออกแบบจะต้องตัดสินใจว่าจะเปลี่ยนคลื่นหรือไม่สำหรับวงจรใด ๆ แต่ในการปรับเปลี่ยนรูปร่างของคลื่นมีเทคนิคบางอย่างที่จะกล่าวถึงในหน่วยต่อไป

สัญญาณสามารถเรียกได้ว่าเป็นไฟล์ Wave. คลื่นทุกลูกมีรูปร่างที่แน่นอนเมื่อแสดงในกราฟ รูปร่างนี้อาจมีหลายประเภทเช่นรูปไซน์สี่เหลี่ยมสามเหลี่ยม ฯลฯ ซึ่งแตกต่างกันไปตามช่วงเวลาหรืออาจมีรูปร่างสุ่มบางอย่างโดยไม่คำนึงถึงช่วงเวลา

ประเภทของ Wave Shaping

การสร้างคลื่นมีสองประเภทหลัก ๆ พวกเขาคือ -

• การสร้างคลื่นเชิงเส้น
• การสร้างคลื่นที่ไม่ใช่เชิงเส้น

การสร้างคลื่นเชิงเส้น

องค์ประกอบเชิงเส้นเช่นตัวต้านทานตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดรูปร่างของสัญญาณในการสร้างคลื่นเชิงเส้นนี้ อินพุตคลื่นไซน์มีเอาต์พุตคลื่นไซน์และด้วยเหตุนี้อินพุตที่ไม่ใช่ไซน์จึงถูกนำมาใช้อย่างชัดเจนเพื่อทำความเข้าใจการสร้างคลื่นเชิงเส้น

Filtering เป็นกระบวนการลดทอนสัญญาณที่ไม่ต้องการหรือสร้างซ้ำส่วนที่เลือกของส่วนประกอบความถี่ของสัญญาณเฉพาะ

ฟิลเตอร์

ในกระบวนการสร้างสัญญาณหากรู้สึกว่าสัญญาณบางส่วนไม่เป็นที่ต้องการก็สามารถตัดออกได้โดยใช้วงจรกรอง A Filter is a circuit that can remove unwanted portions of a signal at its input. กระบวนการลดความแรงของสัญญาณเรียกอีกอย่างว่าAttenuation.

เรามีส่วนประกอบไม่กี่อย่างที่ช่วยเราในการกรองเทคนิค

• ก Capacitor มีคุณสมบัติที่จะ allow AC และ block DC

• อัน Inductor มีคุณสมบัติที่จะ allow DC แต่ blocks AC.

การใช้คุณสมบัติเหล่านี้ส่วนประกอบทั้งสองนี้ถูกใช้โดยเฉพาะเพื่อบล็อกหรืออนุญาต AC หรือ DC. สามารถออกแบบฟิลเตอร์ได้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติเหล่านี้

เรามีตัวกรองสี่ประเภทหลัก -

• กรองผ่านต่ำ
• ตัวกรองความถี่สูง
• แบนด์พาสฟิลเตอร์
• ตัวกรองหยุดวง

ตอนนี้ให้เราพูดถึงรายละเอียดของตัวกรองประเภทนี้

กรองผ่านต่ำ

วงจรกรองซึ่งอนุญาตให้ชุดความถี่ที่ต่ำกว่าค่าที่ระบุสามารถเรียกได้ว่าเป็น Low pass filter. ตัวกรองนี้ส่งผ่านความถี่ต่ำ แผนภาพวงจรของตัวกรองความถี่ต่ำโดยใช้ RC และ RL ดังแสดงด้านล่าง

ตัวกรองตัวเก็บประจุหรือ RC ตัวกรองและตัวกรองตัวเหนี่ยวนำหรือตัวกรอง RL ทั้งสองทำหน้าที่เป็นตัวกรองความถี่ต่ำ

• The RC filter- เนื่องจากตัวเก็บประจุวางอยู่ในส่วนแบ่ง AC ที่อนุญาตจะต่อสายดิน โดยส่งผ่านส่วนประกอบความถี่สูงทั้งหมดในขณะที่ให้ DC ที่เอาต์พุต

• The RL filter- เนื่องจากตัวเหนี่ยวนำวางอยู่ในอนุกรมจึงอนุญาตให้ใช้ DC ไปยังเอาต์พุตได้ ตัวเหนี่ยวนำบล็อก AC ซึ่งไม่ได้รับอนุญาตที่เอาต์พุต

สัญลักษณ์สำหรับตัวกรองความถี่ต่ำ (LPF) มีดังที่ระบุด้านล่าง

การตอบสนองความถี่

การตอบสนองความถี่ของตัวกรองที่ใช้งานได้จริงแสดงไว้ที่นี่และการตอบสนองความถี่ของ LPF ในอุดมคติเมื่อไม่ได้พิจารณาการพิจารณาในทางปฏิบัติของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จะเป็นดังนี้

ความถี่ตัดสำหรับตัวกรองใด ๆ คือความถี่วิกฤต $f_{c}$ซึ่งตัวกรองมีไว้เพื่อลดทอน (ตัด) สัญญาณ ตัวกรองในอุดมคติมีการตัดที่สมบูรณ์แบบในขณะที่ตัวกรองที่ใช้งานได้จริงมีข้อ จำกัด เล็กน้อย

ตัวกรอง RLC

หลังจากทราบเกี่ยวกับตัวกรอง RC และ RL แล้วเราอาจมีความคิดว่าการเพิ่มวงจรทั้งสองนี้จะเป็นการดีเพื่อให้มีการตอบสนองที่ดีขึ้น รูปต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าวงจร RLC มีลักษณะอย่างไร

สัญญาณที่อินพุตจะผ่านตัวเหนี่ยวนำซึ่งปิดกั้น AC และยอมให้ DC ตอนนี้เอาต์พุตนั้นจะถูกส่งผ่านอีกครั้งผ่านตัวเก็บประจุแบบแบ่งซึ่งเป็นสาเหตุของส่วนประกอบ AC ที่เหลืออยู่หากมีอยู่ในสัญญาณโดยปล่อยให้ DC ที่เอาต์พุต ดังนั้นเราจึงมี DC บริสุทธิ์ที่เอาต์พุต นี่คือวงจร low pass ที่ดีกว่าทั้งสองตัว

ตัวกรองความถี่สูง

วงจรกรองซึ่งช่วยให้สามารถกำหนดความถี่ได้ above a specified value สามารถเรียกได้ว่าเป็นไฟล์ High pass filter. ตัวกรองนี้ส่งผ่านความถี่ที่สูงขึ้น แผนภาพวงจรของตัวกรองความถี่สูงโดยใช้ RC และ RL ดังแสดงด้านล่าง

ตัวกรองตัวเก็บประจุหรือ RC ตัวกรองและตัวกรองตัวเหนี่ยวนำหรือ RL ตัวกรองทั้งสองทำหน้าที่เป็นตัวกรองความถี่สูง

ตัวกรอง RC

เนื่องจากตัวเก็บประจุวางอยู่ในอนุกรมจะบล็อกส่วนประกอบ DC และอนุญาตให้ส่วนประกอบ AC ไปยังเอาต์พุต ดังนั้นส่วนประกอบความถี่สูงจึงปรากฏที่เอาต์พุตข้ามตัวต้านทาน

ตัวกรอง RL

เนื่องจากตัวเหนี่ยวนำถูกวางไว้ในส่วนแบ่ง DC จึงได้รับอนุญาตให้ต่อสายดินได้ ส่วนประกอบ AC ที่เหลือจะปรากฏที่เอาต์พุต สัญลักษณ์สำหรับตัวกรองความถี่สูง (HPF) มีดังที่ระบุด้านล่าง

การตอบสนองความถี่

การตอบสนองความถี่ของตัวกรองที่ใช้งานได้จริงมีดังที่แสดงไว้ที่นี่และการตอบสนองความถี่ของ HPF ในอุดมคติเมื่อไม่คำนึงถึงการพิจารณาในทางปฏิบัติของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จะเป็นดังนี้

ความถี่ตัดสำหรับตัวกรองใด ๆ คือความถี่วิกฤต $f_{c}$ซึ่งตัวกรองมีไว้เพื่อลดทอน (ตัด) สัญญาณ ตัวกรองในอุดมคติมีการตัดที่สมบูรณ์แบบในขณะที่ตัวกรองที่ใช้งานได้จริงมีข้อ จำกัด เล็กน้อย

ตัวกรอง RLC

หลังจากทราบเกี่ยวกับตัวกรอง RC และ RL แล้วเราอาจมีความคิดว่าการเพิ่มวงจรทั้งสองนี้จะเป็นการดีเพื่อให้มีการตอบสนองที่ดีขึ้น รูปต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าวงจร RLC มีลักษณะอย่างไร

สัญญาณที่อินพุตจะผ่านตัวเก็บประจุซึ่งบล็อก DC และอนุญาตให้ใช้ AC ตอนนี้เอาต์พุตนั้นจะถูกส่งผ่านตัวเหนี่ยวนำอีกครั้งใน shunt ซึ่งเป็นสาเหตุของส่วนประกอบ DC ที่เหลืออยู่หากมีอยู่ในสัญญาณโดยอนุญาตให้ AC ที่เอาต์พุต ดังนั้นเราจึงมี AC บริสุทธิ์ที่เอาต์พุต นี่คือวงจร high pass ที่ดีกว่าทั้งสองตัว

แบนด์พาสฟิลเตอร์

วงจรกรองซึ่งช่วยให้สามารถกำหนดความถี่ได้ between two specified values สามารถเรียกได้ว่าเป็นไฟล์ Band pass filter. ตัวกรองนี้ส่งผ่านย่านความถี่

เนื่องจากเราจำเป็นต้องกำจัดความถี่ต่ำและความถี่สูงเพียงไม่กี่ความถี่เพื่อเลือกชุดความถี่ที่ระบุเราจึงต้องเรียงซ้อน HPF และ LPF เพื่อให้ได้ BPF สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้ง่ายแม้สังเกตจากเส้นโค้งการตอบสนองความถี่

แผนภาพวงจรของตัวกรองสัญญาณแบนด์มีดังแสดงด้านล่าง

วงจรข้างต้นสามารถสร้างโดยใช้วงจร RL หรือวงจร RLC ข้างบนนี้เป็นวงจร RC ที่เลือกมาเพื่อความเข้าใจง่ายๆ

สัญลักษณ์สำหรับ band pass filter (BPF) มีดังต่อไปนี้

การตอบสนองความถี่

การตอบสนองความถี่ของตัวกรองที่ใช้งานได้จริงมีดังที่แสดงไว้ที่นี่และการตอบสนองความถี่ของ BPF ในอุดมคติเมื่อไม่พิจารณาการพิจารณาในทางปฏิบัติของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จะเป็นดังนี้

ความถี่ตัดสำหรับตัวกรองใด ๆ คือความถี่วิกฤต $f_{c}$ซึ่งตัวกรองมีไว้เพื่อลดทอน (ตัด) สัญญาณ ตัวกรองในอุดมคติมีการตัดที่สมบูรณ์แบบในขณะที่ตัวกรองที่ใช้งานได้จริงมีข้อ จำกัด เล็กน้อย

วงดนตรีหยุดตัวกรอง

วงจรกรองที่ปิดกั้นหรือลดทอนชุดความถี่ที่เป็น between two specified values สามารถเรียกได้ว่าเป็นไฟล์ Band Stop filter. ตัวกรองนี้จะปฏิเสธย่านความถี่ดังนั้นจึงสามารถเรียกได้ว่าเป็นBand Reject Filter.

เนื่องจากเราจำเป็นต้องกำจัดความถี่ต่ำและสูงเพียงไม่กี่ความถี่ในการเลือกชุดความถี่ที่ระบุเราจึงต้องเรียง LPF และ HPF เพื่อให้ได้ BSF สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้ง่ายแม้สังเกตจากเส้นโค้งการตอบสนองความถี่

แผนภาพวงจรของฟิลเตอร์หยุดแบนด์มีดังที่แสดงด้านล่าง

วงจรข้างต้นสามารถสร้างโดยใช้วงจร RL หรือวงจร RLC ข้างบนนี้เป็นวงจร RC ที่เลือกมาเพื่อความเข้าใจง่ายๆ

สัญลักษณ์สำหรับ band stop filter (BSF) มีดังต่อไปนี้

การตอบสนองความถี่

การตอบสนองความถี่ของตัวกรองที่ใช้งานได้จริงแสดงไว้ที่นี่และการตอบสนองความถี่ของ BSF ในอุดมคติเมื่อไม่ได้พิจารณาการพิจารณาในทางปฏิบัติของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จะเป็นดังนี้

ความถี่ตัดสำหรับตัวกรองใด ๆ คือความถี่วิกฤต $f_{c}$ซึ่งตัวกรองมีไว้เพื่อลดทอน (ตัด) สัญญาณ ตัวกรองในอุดมคติมีการตัดที่สมบูรณ์แบบในขณะที่ตัวกรองที่ใช้งานได้จริงมีข้อ จำกัด เล็กน้อย

วงจรกรองความถี่ต่ำและความถี่สูงใช้เป็นวงจรพิเศษในการใช้งานหลายประเภท Low-pass filter (LPF) สามารถทำงานเป็นไฟล์Integratorในขณะที่ตัวกรองความถี่สูง (HPF) สามารถทำงานเป็นไฟล์ Differentiator. ฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์ทั้งสองนี้เป็นไปได้เฉพาะกับวงจรเหล่านี้ซึ่งลดความพยายามของวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ในหลาย ๆ แอปพลิเคชัน

ตัวกรองความถี่ต่ำเป็นตัวรวม

ที่ความถี่ต่ำรีแอคแตนซ์ความจุมีแนวโน้มที่จะไม่สิ้นสุดและที่ความถี่สูงรีแอคแตนซ์จะกลายเป็นศูนย์ ดังนั้นที่ความถี่ต่ำ LPF จึงมีเอาต์พุต จำกัด และที่ความถี่สูงเอาต์พุตจะเป็นศูนย์ซึ่งเหมือนกันสำหรับวงจรอินทิเกรเตอร์ ดังนั้นตัวกรองความถี่ต่ำจึงสามารถกล่าวได้ว่าทำงานเป็นไฟล์integrator.

เพื่อให้ LPF ทำงานเป็นตัวรวม

$$\tau \gg T$$

ที่ไหน $\tau = RC$ เวลาคงที่ของวงจร

จากนั้นการแปรผันของแรงดันไฟฟ้าใน C จะน้อยมาก

$$V_{i}=iR+\frac{1}{C} \int i \:dt$$

$$V_{i}\cong iR$$

$$Since \:\: \frac{1}{C} \int i \:dt \ll iR$$

$$i=\frac{V_{i}}{R}$$

$$ Since \:\: V_{0}=\frac{1}{C}\int i dt =\frac{1}{RC}\int V_{i}dt=\frac{1}{\tau }\int V_{i} dt$$

$$Output \propto \int input$$

ดังนั้น LPF ที่มีค่าคงที่ของเวลามากจึงสร้างเอาต์พุตที่เป็นสัดส่วนกับอินทิกรัลของอินพุต

การตอบสนองความถี่

การตอบสนองต่อความถี่ของตัวกรองความถี่ต่ำที่ใช้งานได้จริงเมื่อทำงานเป็นตัวรวมมีดังที่แสดงด้านล่าง

รูปคลื่นเอาต์พุต

ถ้าวงจรอินทิเกรเตอร์ได้รับอินพุตไซน์เวฟเอาต์พุตจะเป็นคลื่นโคไซน์ หากอินพุตเป็นคลื่นสี่เหลี่ยมรูปคลื่นเอาท์พุตจะเปลี่ยนรูปร่างและปรากฏดังรูปด้านล่าง

ตัวกรองความถี่สูงเป็นตัวแยกความแตกต่าง

ที่ความถี่ต่ำเอาต์พุตของตัวแยกความแตกต่างจะเป็นศูนย์ในขณะที่ความถี่สูงเอาต์พุตจะมีค่า จำกัด สิ่งนี้เหมือนกับการสร้างความแตกต่าง ดังนั้นตัวกรองความถี่สูงจึงถูกกล่าวว่ามีพฤติกรรมที่แตกต่าง

หากค่าคงที่เวลาของ RC HPF มีค่าน้อยกว่าช่วงเวลาของสัญญาณอินพุตมากวงจรจะทำงานเป็นตัวสร้างความแตกต่าง จากนั้นแรงดันตกคร่อม R มีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับการตกคร่อม C

$$V_{i}=\frac{1}{C}\int i \:dt +iR$$

แต่ $iR=V_{0}$ เล็ก

$$since V_{i}=\frac{1}{C}\int i \:dt$$

$$i=\frac{V_{0}}{R}$$

$$Since \: V_{i} =\frac{1}{\tau }\int V_{0} \:dt$$

ที่ไหน $\tau =RC$ เวลาคงที่ของวงจร

ความแตกต่างทั้งสองด้าน

$$\frac{dV_{i}}{dt}=\frac{V_0}{\tau }$$

$$V_{0}=\tau \frac{dV_{i}}{dt}$$

$$Since \:V_{0}\propto \frac{dV_{i}}{dt}$$

เอาต์พุตเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของสัญญาณอินพุต

การตอบสนองความถี่

การตอบสนองความถี่ของตัวกรองความถี่สูงที่ใช้งานได้จริงเมื่อทำงานเป็นตัวแยกความแตกต่างดังที่แสดงด้านล่าง

รูปคลื่นเอาท์พุท

หากวงจรดิฟเฟอเรนเอเตอร์ได้รับอินพุตไซน์เวฟเอาต์พุตจะเป็นคลื่นโคไซน์ หากอินพุตเป็นคลื่นสี่เหลี่ยมรูปคลื่นเอาท์พุตจะเปลี่ยนรูปร่างและปรากฏดังรูปด้านล่าง

วงจรทั้งสองนี้ส่วนใหญ่ใช้ในงานอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ วงจรที่แตกต่างจะสร้างแรงดันเอาต์พุตคงที่เมื่ออินพุตที่ใช้มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนไปเรื่อย ๆ วงจรอินทิเกรเตอร์สร้างแรงดันไฟฟ้าขาออกที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องเมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ใช้คงที่

นอกจากตัวต้านทานแล้วองค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้นเช่น diodesใช้ในวงจรการสร้างคลื่นแบบไม่เชิงเส้นเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เปลี่ยนแปลงตามต้องการ รูปร่างของคลื่นจะถูกลดทอนหรือระดับกระแสตรงของคลื่นถูกเปลี่ยนแปลงในการสร้างคลื่นที่ไม่ใช่เชิงเส้น

กระบวนการสร้างรูปคลื่นเอาต์พุตที่ไม่ใช่ไซน์จากอินพุตไซน์โดยใช้องค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้นเรียกว่าเป็น nonlinear wave shaping.

วงจรคลิปเปอร์

วงจร Clipper เป็นวงจรที่ rejects the part ของคลื่นอินพุตที่ระบุในขณะที่ allowing the remainingส่วน. ส่วนของคลื่นด้านบนหรือด้านล่างของแรงดันไฟฟ้าที่ถูกตัดออกจะถูกตัดออกหรือถูกตัดออก

วงจรการตัดประกอบด้วยองค์ประกอบเชิงเส้นและไม่เชิงเส้นเช่นตัวต้านทานและไดโอด แต่ไม่ใช่องค์ประกอบกักเก็บพลังงานเช่นตัวเก็บประจุ วงจรการตัดเหล่านี้มีการใช้งานมากมายเนื่องจากมีข้อได้เปรียบ

• ข้อได้เปรียบหลักของการตัดวงจรคือการกำจัดสัญญาณรบกวนที่ไม่ต้องการที่มีอยู่ในแอมพลิจูด

• สิ่งเหล่านี้สามารถทำงานเป็นตัวแปลงคลื่นสี่เหลี่ยมเนื่องจากสามารถแปลงคลื่นไซน์เป็นคลื่นสี่เหลี่ยมได้โดยการตัด

• สามารถรักษาความกว้างของคลื่นที่ต้องการได้ในระดับคงที่

ในบรรดา Diode Clippers มีสองประเภทหลักคือ positive และ negative clippers. เราจะพูดถึงปัตตาเลี่ยนทั้งสองประเภทนี้ในสองบทถัดไป

วงจร Clipper ที่มีไว้เพื่อลดทอนส่วนที่เป็นบวกของสัญญาณอินพุตสามารถเรียกได้ว่าเป็น Positive Clipper. ในบรรดาวงจรปัตตาเลี่ยนไดโอดบวกเรามีประเภทต่อไปนี้ -

• Clipper ซีรี่ส์ Positive
• Positive Series Clipper พร้อมบวก $V_{r}$ (แรงดันไฟฟ้าอ้างอิง)
• คลิปเปอร์ซีรีส์บวกลบ $V_{r}$
• Positive Shunt Clipper
• Positive Shunt Clipper พร้อมบวก $V_{r}$
• Positive Shunt Clipper กับค่าลบ $V_{r}$

ให้เราพิจารณารายละเอียดแต่ละประเภทเหล่านี้

Clipper ซีรี่ส์ Positive

วงจร Clipper ที่ไดโอดเชื่อมต่อเป็นอนุกรมกับสัญญาณอินพุตและลดทอนส่วนที่เป็นบวกของรูปคลื่นเรียกว่า Positive Series Clipper. รูปต่อไปนี้แสดงถึงแผนภาพวงจรสำหรับปัตตาเลี่ยนซีรีส์บวก

Positive Cycle of the Input- เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าอินพุตวงจรบวกของอินพุตจะทำให้จุด A ในวงจรเป็นบวกเมื่อเทียบกับจุด B ซึ่งทำให้ไดโอดกลับด้านเอนเอียงและด้วยเหตุนี้จึงทำหน้าที่เหมือนสวิตช์เปิด ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานโหลดจะกลายเป็นศูนย์เนื่องจากไม่มีกระแสไหลผ่านและด้วยเหตุนี้$V_{0}$ จะเป็นศูนย์

Negative Cycle of the Input- วงจรลบของอินพุททำให้จุด A ในวงจรเป็นลบเมื่อเทียบกับจุด B ซึ่งทำให้ไดโอดไปข้างหน้ามีความเอนเอียงและด้วยเหตุนี้จึงทำหน้าที่เหมือนสวิตช์ปิด ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานโหลดจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่ใช้ตามที่ปรากฏที่เอาต์พุตอย่างสมบูรณ์$V_{0}$.

รูปคลื่น

จากตัวเลขข้างต้นหากสังเกตเห็นรูปคลื่นเราจะเข้าใจได้ว่ามีการตัดยอดบวกเพียงบางส่วนเท่านั้น นี่เป็นเพราะแรงดันไฟฟ้าทั่ว V0 แต่ผลลัพธ์ในอุดมคติไม่ได้หมายความว่าจะเป็นเช่นนั้น ให้เราดูที่ตัวเลขต่อไปนี้

ซึ่งแตกต่างจากเอาต์พุตในอุดมคติส่วนบิตของวงจรบวกจะมีอยู่ในเอาต์พุตที่ใช้งานได้จริงเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของไดโอดซึ่งเท่ากับ 0.7v ดังนั้นจะมีความแตกต่างในรูปคลื่นเอาต์พุตที่ใช้งานได้จริงและในอุดมคติ

Positive Series Clipper พร้อมบวก $V_{r}$

วงจร Clipper ที่ไดโอดเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับสัญญาณอินพุตและเอนเอียงด้วยแรงดันอ้างอิงบวก $V_{r}$ และลดทอนส่วนที่เป็นบวกของรูปคลื่นเรียกว่า Positive Series Clipper with positive $V_{r}$. รูปต่อไปนี้แสดงถึงแผนภาพวงจรสำหรับปัตตาเลี่ยนอนุกรมบวกเมื่อแรงดันอ้างอิงที่ใช้เป็นบวก

ในระหว่างรอบบวกของอินพุตไดโอดจะเอนเอียงแบบย้อนกลับและแรงดันอ้างอิงจะปรากฏที่เอาต์พุต ในระหว่างวัฏจักรเชิงลบไดโอดจะเอนเอียงไปข้างหน้าและทำหน้าที่เหมือนสวิตช์ปิด ดังนั้นรูปคลื่นเอาต์พุตจึงปรากฏดังแสดงในรูปด้านบน

คลิปเปอร์ซีรีส์บวกลบ $V_{r}$

วงจร Clipper ที่ไดโอดเชื่อมต่อเป็นอนุกรมกับสัญญาณอินพุตและเอนเอียงด้วยแรงดันอ้างอิงเชิงลบ $V_{r}$ และลดทอนส่วนที่เป็นบวกของรูปคลื่นเรียกว่า Positive Series Clipper with negative $V_{r}$. รูปต่อไปนี้แสดงถึงแผนภาพวงจรสำหรับปัตตาเลี่ยนซีรีส์บวกเมื่อแรงดันอ้างอิงที่ใช้เป็นลบ

ในระหว่างรอบบวกของอินพุตไดโอดจะเอนเอียงแบบย้อนกลับและแรงดันอ้างอิงจะปรากฏที่เอาต์พุต เนื่องจากแรงดันอ้างอิงเป็นลบจะแสดงแรงดันไฟฟ้าเดียวกันกับแอมพลิจูดคงที่ ในระหว่างวัฏจักรเชิงลบไดโอดจะเอนเอียงไปข้างหน้าและทำหน้าที่เหมือนสวิตช์ปิด ดังนั้นสัญญาณอินพุตที่มากกว่าแรงดันอ้างอิงจะปรากฏที่เอาต์พุต

Positive Shunt Clipper

วงจร Clipper ที่ไดโอดเชื่อมต่อแบบปัดไปยังสัญญาณอินพุตและลดทอนส่วนที่เป็นบวกของรูปคลื่นเรียกว่า Positive Shunt Clipper. รูปต่อไปนี้แสดงถึงแผนภาพวงจรสำหรับปัตตาเลี่ยนปัดบวก

Positive Cycle of the Input- เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าอินพุตวงจรบวกของอินพุตจะทำให้จุด A ในวงจรเป็นบวกเมื่อเทียบกับจุด B ซึ่งทำให้ไดโอดไปข้างหน้ามีความเอนเอียงและด้วยเหตุนี้จึงทำหน้าที่เหมือนสวิตช์ปิด ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานโหลดจะกลายเป็นศูนย์เนื่องจากไม่มีกระแสไหลผ่านและด้วยเหตุนี้$V_{0}$ จะเป็นศูนย์

Negative Cycle of the Input- วงจรลบของอินพุททำให้จุด A ในวงจรเป็นลบเมื่อเทียบกับจุด B ซึ่งทำให้ไดโอดย้อนกลับเอนเอียงและด้วยเหตุนี้จึงทำงานเหมือนสวิตช์เปิด ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานโหลดจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่ใช้ตามที่ปรากฏที่เอาต์พุตอย่างสมบูรณ์$V_{0}$.

รูปคลื่น

จากตัวเลขข้างต้นหากสังเกตเห็นรูปคลื่นเราจะเข้าใจได้ว่ามีการตัดยอดบวกเพียงบางส่วนเท่านั้น นี่เป็นเพราะแรงดันไฟฟ้าตกคร่อม$V_{0}$. แต่ผลลัพธ์ในอุดมคติไม่ได้หมายความว่าจะเป็นเช่นนั้น ให้เราดูที่ตัวเลขต่อไปนี้

ซึ่งแตกต่างจากเอาต์พุตในอุดมคติส่วนบิตของวงจรบวกจะมีอยู่ในเอาต์พุตที่ใช้งานได้จริงเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของไดโอดซึ่งเท่ากับ 0.7v ดังนั้นจะมีความแตกต่างในรูปคลื่นเอาต์พุตที่ใช้งานได้จริงและในอุดมคติ

Positive Shunt Clipper พร้อมบวก $V_{r}$

วงจร Clipper ที่เชื่อมต่อไดโอดแบบปัดเข้ากับสัญญาณอินพุตและเอนเอียงด้วยแรงดันอ้างอิงบวก $V_{r}$ และลดทอนส่วนที่เป็นบวกของรูปคลื่นเรียกว่า Positive Shunt Clipper with positive $V_{r}$. รูปต่อไปนี้แสดงถึงแผนภาพวงจรสำหรับปัตตาเลี่ยนปัดบวกเมื่อแรงดันอ้างอิงที่ใช้เป็นบวก

ระหว่างวงจรบวกของอินพุตไดโอดจะเอนเอียงไปข้างหน้าและไม่มีอะไรนอกจากแรงดันอ้างอิงจะปรากฏที่เอาต์พุต ในระหว่างวัฏจักรเชิงลบไดโอดจะเอนเอียงแบบย้อนกลับและทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิด อินพุตทั้งหมดจะปรากฏที่เอาต์พุต ดังนั้นรูปคลื่นเอาต์พุตจึงปรากฏดังแสดงในรูปด้านบน

Positive Shunt Clipper กับค่าลบ $V_{r}$

วงจร Clipper ที่เชื่อมต่อไดโอดแบบปัดเข้ากับสัญญาณอินพุตและเอนเอียงด้วยแรงดันอ้างอิงเชิงลบ $V_{r}$ และลดทอนส่วนที่เป็นบวกของรูปคลื่นเรียกว่า Positive Shunt Clipper with negative $V_{r}$.

รูปต่อไปนี้แสดงถึงแผนภาพวงจรสำหรับปัตตาเลี่ยนปัดบวกเมื่อแรงดันอ้างอิงที่ใช้เป็นลบ

ในระหว่างวงจรบวกของอินพุตไดโอดจะเอนเอียงไปข้างหน้าและแรงดันอ้างอิงจะปรากฏที่เอาต์พุต เนื่องจากแรงดันอ้างอิงเป็นลบจะแสดงแรงดันไฟฟ้าเดียวกันกับแอมพลิจูดคงที่ ในระหว่างวัฏจักรเชิงลบไดโอดจะเอนเอียงแบบย้อนกลับและทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิด ดังนั้นสัญญาณอินพุตที่มากกว่าแรงดันอ้างอิงจะปรากฏที่เอาต์พุต

วงจร Clipper ที่มีไว้เพื่อลดทอนส่วนลบของสัญญาณอินพุตสามารถเรียกได้ว่าเป็น Negative Clipper. ในบรรดาวงจรปัตตาเลี่ยนไดโอดลบเรามีประเภทต่อไปนี้

• Clipper ซีรี่ส์เชิงลบ
• Negative Series Clipper พร้อมบวก $V_{r}$ (แรงดันไฟฟ้าอ้างอิง)
• Negative Series Clipper พร้อมค่าลบ $V_{r}$
• Clipper Shunt เชิงลบ
• Negative Shunt Clipper พร้อมบวก $V_{r}$
• Negative Shunt Clipper พร้อมค่าลบ $V_{r}$

ให้เราพิจารณารายละเอียดแต่ละประเภทเหล่านี้

Clipper ซีรี่ส์เชิงลบ

วงจร Clipper ที่ไดโอดเชื่อมต่อเป็นอนุกรมกับสัญญาณอินพุตและลดทอนส่วนลบของรูปคลื่นเรียกว่า Negative Series Clipper. รูปต่อไปนี้แสดงถึงแผนภาพวงจรสำหรับปัตตาเลี่ยนลบซีรีส์

Positive Cycle of the Input- เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าอินพุตวงจรบวกของอินพุตจะทำให้จุด A ในวงจรเป็นบวกเมื่อเทียบกับจุด B ซึ่งทำให้ไดโอดไปข้างหน้ามีความเอนเอียงและด้วยเหตุนี้จึงทำหน้าที่เหมือนสวิตช์ปิด ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะปรากฏทั่วตัวต้านทานโหลดเพื่อสร้างเอาต์พุต$V_{0}$.

Negative Cycle of the Input- วงจรลบของอินพุททำให้จุด A ในวงจรเป็นลบเมื่อเทียบกับจุด B ซึ่งทำให้ไดโอดย้อนกลับลำเอียงและด้วยเหตุนี้จึงทำหน้าที่เหมือนสวิตช์เปิด ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานโหลดจะเป็นศูนย์$V_{0}$ ศูนย์.

รูปคลื่น

ในรูปด้านบนหากสังเกตเห็นรูปคลื่นเราจะเข้าใจได้ว่ามีการตัดยอดลบเพียงบางส่วนเท่านั้น นี่เป็นเพราะแรงดันไฟฟ้าตกคร่อม$V_{0}$. แต่ผลลัพธ์ในอุดมคติไม่ได้หมายความว่าจะเป็นเช่นนั้น ให้เราดูที่ตัวเลขต่อไปนี้

ซึ่งแตกต่างจากเอาต์พุตในอุดมคติส่วนบิตของวงจรลบจะมีอยู่ในเอาต์พุตที่ใช้งานได้จริงเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของไดโอดซึ่งเท่ากับ 0.7v ดังนั้นจะมีความแตกต่างในรูปคลื่นเอาต์พุตที่ใช้งานได้จริงและในอุดมคติ

Negative Series Clipper พร้อมบวก $V_{r}$

วงจร Clipper ที่ไดโอดเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับสัญญาณอินพุตและเอนเอียงด้วยแรงดันอ้างอิงบวก $V_{r}$ และลดทอนส่วนที่เป็นลบของรูปคลื่นเรียกว่า Negative Series Clipper with positive $V_{r}$. รูปต่อไปนี้แสดงถึงแผนภาพวงจรสำหรับ clipper อนุกรมเชิงลบเมื่อแรงดันอ้างอิงที่ใช้เป็นบวก

ในระหว่างวงจรบวกของอินพุตไดโอดจะเริ่มดำเนินการก็ต่อเมื่อค่าแรงดันขั้วบวกเกินค่าแรงดันไฟฟ้าแคโทดของไดโอด เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของแคโทดเท่ากับแรงดันอ้างอิงที่ใช้เอาต์พุตจะเป็นดังที่แสดง

Negative Series Clipper พร้อมค่าลบ $V_{r}$

วงจร Clipper ที่ไดโอดเชื่อมต่อเป็นอนุกรมกับสัญญาณอินพุตและเอนเอียงด้วยแรงดันอ้างอิงเชิงลบ $V_{r}$ และลดทอนส่วนที่เป็นลบของรูปคลื่นเรียกว่า Negative Series Clipper with negative $V_{r}$. รูปต่อไปนี้แสดงถึงแผนภาพวงจรสำหรับปัตตาเลี่ยนซีรีส์ลบเมื่อแรงดันอ้างอิงที่ใช้เป็นลบ

ในระหว่างรอบบวกของอินพุตไดโอดจะเอนเอียงไปข้างหน้าและสัญญาณอินพุตจะปรากฏที่เอาต์พุต ในระหว่างวัฏจักรเชิงลบไดโอดจะเอนเอียงแบบย้อนกลับและด้วยเหตุนี้จะไม่ดำเนินการ แต่แรงดันอ้างอิงเชิงลบที่ใช้จะปรากฏที่เอาต์พุต ดังนั้นวงจรเชิงลบของรูปคลื่นเอาท์พุตจะถูกตัดออกหลังจากระดับการอ้างอิงนี้

Clipper Shunt เชิงลบ

วงจร Clipper ที่เชื่อมต่อไดโอดแบบปัดเข้ากับสัญญาณอินพุตและลดทอนส่วนลบของรูปคลื่นเรียกว่า Negative Shunt Clipper รูปต่อไปนี้แสดงถึงแผนภาพวงจรสำหรับnegative shunt clipper.

Positive Cycle of the Input- เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าอินพุตวงจรบวกของอินพุตจะทำให้จุด A ในวงจรเป็นบวกเมื่อเทียบกับจุด B ซึ่งทำให้ไดโอดกลับด้านเอนเอียงและด้วยเหตุนี้จึงทำหน้าที่เหมือนสวิตช์เปิด ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวต้านทานโหลดจึงเท่ากับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ปรากฏที่เอาต์พุตอย่างสมบูรณ์$V_{0}$

Negative Cycle of the Input- วงจรลบของอินพุททำให้จุด A ในวงจรเป็นลบเมื่อเทียบกับจุด B ซึ่งทำให้ไดโอดไปข้างหน้ามีความเอนเอียงและด้วยเหตุนี้จึงทำหน้าที่เหมือนสวิตช์ปิด ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานโหลดจะกลายเป็นศูนย์เนื่องจากไม่มีกระแสไหลผ่าน

รูปคลื่น

ในรูปด้านบนหากสังเกตเห็นรูปคลื่นเราจะเข้าใจได้ว่ามีการตัดยอดลบเพียงบางส่วนเท่านั้น นี่เป็นเพราะแรงดันไฟฟ้าตกคร่อม$V_{0}$. แต่ผลลัพธ์ในอุดมคติไม่ได้หมายความว่าจะเป็นเช่นนั้น ให้เราดูที่ตัวเลขต่อไปนี้

ซึ่งแตกต่างจากเอาต์พุตในอุดมคติส่วนบิตของวงจรลบจะมีอยู่ในเอาต์พุตที่ใช้งานได้จริงเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของไดโอดซึ่งเท่ากับ 0.7v ดังนั้นจะมีความแตกต่างในรูปคลื่นเอาต์พุตที่ใช้งานได้จริงและในอุดมคติ

Negative Shunt Clipper พร้อมบวก $V_{r}$

วงจร Clipper ที่เชื่อมต่อไดโอดแบบปัดเข้ากับสัญญาณอินพุตและเอนเอียงด้วยแรงดันอ้างอิงบวก $V_{r}$ และลดทอนส่วนที่เป็นลบของรูปคลื่นเรียกว่า Negative Shunt Clipper with positive $V_{r}$. รูปต่อไปนี้แสดงถึงแผนภาพวงจรสำหรับปัตตาเลี่ยนปัดลบเมื่อแรงดันอ้างอิงที่ใช้เป็นบวก

ในระหว่างวงจรบวกของอินพุตไดโอดจะเอนเอียงย้อนกลับและทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิด ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาเข้าทั้งหมดซึ่งมากกว่าแรงดันอ้างอิงที่ใช้จะปรากฏที่เอาต์พุต สัญญาณด้านล่างระดับแรงดันอ้างอิงถูกตัดออก

ในช่วงครึ่งรอบเชิงลบเนื่องจากไดโอดได้รับการเอนเอียงไปข้างหน้าและลูปจะเสร็จสมบูรณ์จึงไม่มีเอาต์พุต

Negative Shunt Clipper พร้อมค่าลบ $V_{r}$

วงจร Clipper ที่เชื่อมต่อไดโอดแบบปัดเข้ากับสัญญาณอินพุตและเอนเอียงด้วยแรงดันอ้างอิงเชิงลบ $V_{r}$ และลดทอนส่วนที่เป็นลบของรูปคลื่นเรียกว่า Negative Shunt Clipper with negative $V_{r}$. รูปต่อไปนี้แสดงถึงแผนภาพวงจรสำหรับปัตตาเลี่ยนปัดลบเมื่อแรงดันอ้างอิงที่ใช้เป็นลบ

ในระหว่างวงจรบวกของอินพุตไดโอดจะเอนเอียงย้อนกลับและทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิด ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาเข้าทั้งหมดจะปรากฏที่เอาต์พุต$V_{o}$. ในช่วงครึ่งรอบเชิงลบไดโอดจะเอนเอียงไปข้างหน้า แรงดันไฟฟ้าลบจนถึงแรงดันอ้างอิงรับที่เอาต์พุตและสัญญาณที่เหลือจะถูกตัดออก

คลิปเปอร์สองทาง

นี่คือปัตตาเลี่ยนบวกและลบที่มีแรงดันไฟฟ้าอ้างอิง $V_{r}$. แรงดันไฟฟ้าขาเข้าถูกตัดสองทางทั้งส่วนบวกและส่วนลบของรูปคลื่นอินพุตที่มีแรงดันอ้างอิงสองตัว สำหรับสิ่งนี้สองไดโอด$D_{1}$ และ $D_{2}$ พร้อมกับแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงสองตัว $V_{r1}$ และ $V_{r2}$ เชื่อมต่ออยู่ในวงจร

วงจรนี้เรียกอีกอย่างว่า a Combinational Clipperวงจร. รูปด้านล่างแสดงการจัดเรียงวงจรสำหรับสองทางหรือวงจรปัตตาเลี่ยนแบบรวมพร้อมกับรูปคลื่นเอาต์พุต

ในช่วงครึ่งบวกของสัญญาณอินพุตไดโอด $D_{1}$ ดำเนินการสร้างแรงดันไฟฟ้าอ้างอิง $V_{r1}$ปรากฏที่เอาต์พุต ในช่วงครึ่งลบของสัญญาณอินพุตไดโอด$D_{2}$ ดำเนินการสร้างแรงดันไฟฟ้าอ้างอิง $V_{r1}$ปรากฏที่เอาต์พุต ดังนั้นไดโอดทั้งสองจึงดำเนินการอีกทางหนึ่งเพื่อตัดเอาท์พุทระหว่างทั้งสองรอบ เอาต์พุตจะถูกนำข้ามตัวต้านทานโหลด

ด้วยสิ่งนี้เราจึงเสร็จสิ้นด้วยวงจรปัตตาเลี่ยนหลัก ให้เราไปที่วงจร clamper ในบทถัดไป

Clamper Circuit คือวงจรที่เพิ่มระดับ DC ให้กับสัญญาณ AC ที่จริงแล้วยอดบวกและลบของสัญญาณสามารถวางในระดับที่ต้องการได้โดยใช้วงจรหนีบ เมื่อระดับ DC ถูกเลื่อนออกไปวงจร clamper จะถูกเรียกว่า aLevel Shifter.

วงจร Clamper ประกอบด้วยองค์ประกอบกักเก็บพลังงานเช่นตัวเก็บประจุ วงจร clamper อย่างง่ายประกอบด้วยตัวเก็บประจุไดโอดตัวต้านทานและแบตเตอรี่กระแสตรงหากจำเป็น

วงจร Clamper

วงจร Clamper สามารถกำหนดให้เป็นวงจรที่ประกอบด้วยไดโอดตัวต้านทานและตัวเก็บประจุที่เปลี่ยนรูปคลื่นไปยังระดับ DC ที่ต้องการโดยไม่เปลี่ยนลักษณะที่แท้จริงของสัญญาณที่ใช้

เพื่อรักษาช่วงเวลาของรูปคลื่นไฟล์ tau ต้องมากกว่าครึ่งหนึ่งของช่วงเวลา (เวลาการคายประจุของตัวเก็บประจุควรช้า)

$$\tau = Rc$$

ที่ไหน

• R คือความต้านทานของตัวต้านทานที่ใช้
• C คือความจุของตัวเก็บประจุที่ใช้

ค่าคงที่ของเวลาและการคายประจุของตัวเก็บประจุจะกำหนดเอาท์พุทของวงจร clamper

• ในวงจร clamper การเลื่อนขึ้นหรือลงในแนวตั้งจะเกิดขึ้นในรูปคลื่นเอาต์พุตที่เกี่ยวกับสัญญาณอินพุต

• ตัวต้านทานโหลดและตัวเก็บประจุมีผลต่อรูปคลื่น ดังนั้นเวลาในการคายประจุของตัวเก็บประจุควรมีขนาดใหญ่พอ

ส่วนประกอบ DC ที่มีอยู่ในอินพุตจะถูกปฏิเสธเมื่อใช้เครือข่ายคู่ของตัวเก็บประจุ (เป็นตัวเก็บประจุบล็อก dc) ดังนั้นเมื่อdc จำเป็นต้องเป็น restoredใช้วงจรหนีบ

ประเภทของแคลมป์เกอร์

วงจร clamper มีไม่กี่ประเภทเช่น

• Clamper บวก
• บวก clamper บวก $V_r$
• clamper บวกกับลบ $V_r$
• Clamper เชิงลบ
• ปรบมือเชิงลบกับบวก $V_{r}$
• clamper เชิงลบกับลบ $V_{r}$

ให้เราดูรายละเอียด

วงจรคร่อมบวก

วงจรหนีบจะคืนระดับ DC เมื่อจุดสูงสุดติดลบของสัญญาณถูกยกขึ้นเหนือระดับศูนย์สัญญาณจะถูกกล่าวว่าเป็นpositively clamped.

วงจร Positive Clamper คือวงจรที่ประกอบด้วยไดโอดตัวต้านทานและตัวเก็บประจุและเปลี่ยนสัญญาณเอาต์พุตไปยังส่วนบวกของสัญญาณอินพุต รูปด้านล่างอธิบายการสร้างวงจรคร่อมบวก

เริ่มแรกเมื่อได้รับอินพุตตัวเก็บประจุจะยังไม่ถูกชาร์จและไดโอดจะเอนเอียงแบบย้อนกลับ ผลลัพธ์ไม่ได้รับการพิจารณาในช่วงเวลานี้ ในช่วงครึ่งรอบเชิงลบที่ค่าสูงสุดตัวเก็บประจุจะถูกประจุลบบนแผ่นหนึ่งและบวกกับอีกแผ่นหนึ่ง ตอนนี้ตัวเก็บประจุถูกชาร์จถึงค่าสูงสุดแล้ว$V_{m}$. ไดโอดจะเอนเอียงไปข้างหน้าและทำงานหนัก

ในช่วงครึ่งรอบบวกถัดไปตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จเป็น Vm บวกในขณะที่ไดโอดกลับลำเอียงและเปิดวงจร ผลลัพธ์ของวงจรในขณะนี้จะเป็น

$$V_{0}=V_{i}+V_{m}$$

ดังนั้นสัญญาณจะถูกจับในเชิงบวกดังแสดงในรูปด้านบน สัญญาณเอาท์พุตจะเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงของอินพุต แต่จะเปลี่ยนระดับตามประจุบนตัวเก็บประจุเนื่องจากจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าขาเข้า

Clamper บวกกับ Positive V _r

วงจรคร่อมบวกหากลำเอียงด้วยแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงที่เป็นบวกแรงดันไฟฟ้านั้นจะถูกเพิ่มลงในเอาต์พุตเพื่อเพิ่มระดับที่ยึด การใช้สิ่งนี้จะสร้างวงจรของตัวหนีบบวกที่มีแรงดันอ้างอิงบวกดังต่อไปนี้

ในช่วงครึ่งรอบที่เป็นบวกแรงดันอ้างอิงจะถูกนำไปใช้ผ่านไดโอดที่เอาต์พุตและเมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเพิ่มขึ้นแรงดันไฟฟ้าแคโทดของไดโอดจะเพิ่มขึ้นตามแรงดันขั้วบวกและด้วยเหตุนี้จึงหยุดดำเนินการ ในช่วงครึ่งรอบเชิงลบไดโอดจะเอนเอียงไปข้างหน้าและเริ่มดำเนินการ แรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวเก็บประจุและแรงดันอ้างอิงร่วมกันรักษาระดับแรงดันเอาต์พุต

Clamper เชิงบวกกับเชิงลบ $V_{r}$

วงจรคร่อมบวกหากลำเอียงด้วยแรงดันอ้างอิงเชิงลบบางส่วนแรงดันไฟฟ้านั้นจะถูกเพิ่มลงในเอาต์พุตเพื่อเพิ่มระดับที่ยึด การใช้สิ่งนี้จะสร้างวงจรของตัวหนีบบวกที่มีแรงดันอ้างอิงบวกดังต่อไปนี้

ในช่วงครึ่งรอบบวกแรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวเก็บประจุและแรงดันอ้างอิงร่วมกันจะรักษาระดับแรงดันเอาต์พุต ในช่วงครึ่งรอบที่เป็นลบไดโอดจะดำเนินการเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแคโทดน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าขั้วบวก การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ทำให้แรงดันเอาต์พุตดังแสดงในรูปด้านบน

Clamper เชิงลบ

วงจร Negative Clamper คือวงจรที่ประกอบด้วยไดโอดตัวต้านทานและตัวเก็บประจุและเปลี่ยนสัญญาณเอาต์พุตไปยังส่วนลบของสัญญาณอินพุต รูปด้านล่างอธิบายการสร้างวงจรแคลมเปอร์ลบ

ในช่วงครึ่งรอบบวกตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จถึงค่าสูงสุด $v_{m}$. ไดโอดจะเอนเอียงไปข้างหน้าและดำเนินการ ในช่วงครึ่งรอบที่เป็นลบไดโอดจะได้รับความเอนเอียงแบบย้อนกลับและเปิดวงจร ผลลัพธ์ของวงจรในขณะนี้จะเป็น

$$V_{0}=V_{i}+V_{m}$$

ดังนั้นสัญญาณจึงถูกจับในเชิงลบดังแสดงในรูปด้านบน สัญญาณเอาท์พุตจะเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงของอินพุต แต่จะเปลี่ยนระดับตามประจุบนตัวเก็บประจุเนื่องจากจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าขาเข้า

clamper เชิงลบกับ V _rบวก

วงจร clamper เชิงลบหากมีความลำเอียงด้วยแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงที่เป็นบวกแรงดันไฟฟ้านั้นจะถูกเพิ่มลงในเอาต์พุตเพื่อเพิ่มระดับที่ยึด การใช้สิ่งนี้จะสร้างวงจรของ clamper เชิงลบที่มีแรงดันอ้างอิงเป็นบวกดังต่อไปนี้

แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าขาออกจะถูกจับเป็นลบ แต่ส่วนหนึ่งของรูปคลื่นสัญญาณขาออกจะเพิ่มขึ้นเป็นระดับบวกเนื่องจากแรงดันอ้างอิงที่ใช้เป็นค่าบวก ในช่วงครึ่งรอบบวกไดโอดจะดำเนินการ แต่เอาท์พุทเท่ากับแรงดันอ้างอิงบวกที่ใช้ ในช่วงครึ่งรอบที่เป็นลบไดโอดจะทำหน้าที่เป็นวงจรเปิดและแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเก็บประจุจะสร้างเอาต์พุต

Clamper เชิงลบกับ Negative V _r

วงจร clamper เชิงลบหากมีความลำเอียงด้วยแรงดันอ้างอิงเชิงลบแรงดันไฟฟ้านั้นจะถูกเพิ่มลงในเอาต์พุตเพื่อเพิ่มระดับที่ยึด การใช้สิ่งนี้จะสร้างวงจรของแคลมเปอร์ลบที่มีแรงดันอ้างอิงเชิงลบดังต่อไปนี้

แคโทดของไดโอดเชื่อมต่อด้วยแรงดันอ้างอิงเชิงลบซึ่งน้อยกว่าของศูนย์และแรงดันไฟฟ้าขั้วบวก ดังนั้นไดโอดจึงเริ่มดำเนินการในช่วงครึ่งรอบบวกก่อนที่ระดับแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ ในช่วงครึ่งรอบเชิงลบแรงดันไฟฟ้าทั่วตัวเก็บประจุจะปรากฏที่เอาต์พุต ดังนั้นรูปคลื่นจึงถูกยึดเข้ากับส่วนลบ

การใช้งาน

มีแอพพลิเคชั่นมากมายสำหรับทั้ง Clippers และ Clampers เช่น

กรรไกร

• ใช้สำหรับการสร้างและสร้างรูปคลื่น
• ใช้สำหรับป้องกันวงจรจากเหล็กแหลม
• ใช้สำหรับตัวปรับความกว้าง
• ใช้เป็นตัว จำกัด แรงดันไฟฟ้า
• ใช้ในวงจรโทรทัศน์
• ใช้ในเครื่องส่งสัญญาณ FM

แคลมป์เกอร์

• ใช้เป็นตัวเรียกคืนกระแสตรง
• ใช้เพื่อลบการบิดเบือน
• ใช้เป็นตัวคูณแรงดันไฟฟ้า
• ใช้สำหรับป้องกันเครื่องขยายเสียง
• ใช้เป็นอุปกรณ์ทดสอบ
• ใช้เป็นโคลงพื้นฐาน

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 สามารถขยายเพื่อสร้าง 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 $C_{1}$ ถูกชาร์จและไดโอด $D_{1}$ไปข้างหน้าลำเอียง ในขณะที่ไดโอด$D_{2}$ มีความเอนเอียงย้อนกลับและตัวเก็บประจุ $C_{2}$ไม่ได้รับค่าใช้จ่ายใด ๆ สิ่งนี้ทำให้ผลลัพธ์$V_{0}$ เป็น $V_{m}$

สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้จากรูปต่อไปนี้

ดังนั้นในช่วง 0 ถึง $\pi$แรงดันขาออกที่ผลิตจะเป็น $V_{max}$. ตัวเก็บประจุ$C_{1}$ จะถูกชาร์จผ่านไดโอดเอนเอียงไปข้างหน้า $D_{1}$ เพื่อให้ผลลัพธ์ในขณะที่ $C_{2}$ไม่คิดเงิน แรงดันไฟฟ้านี้ปรากฏที่เอาต์พุต

During the negative half cycle - หลังจากนั้นเมื่อครึ่งรอบเชิงลบมาถึงไดโอด $D_{1}$ ได้รับอคติย้อนกลับและไดโอด $D_{2}$ลำเอียงไปข้างหน้า ไดโอด$D_{2}$ รับประจุผ่านตัวเก็บประจุ $C_{2}$ซึ่งจะถูกเรียกเก็บเงินในระหว่างกระบวนการนี้ จากนั้นกระแสจะไหลผ่านตัวเก็บประจุ$C_{1}$ซึ่งปล่อย สามารถเข้าใจได้จากรูปต่อไปนี้

ดังนั้นในช่วง $\pi$ ถึง $2\pi$, แรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวเก็บประจุ $C_{2}$ จะ $V_{max}$. ในขณะที่ตัวเก็บประจุ$C_{1}$ซึ่งชาร์จเต็มแล้วมีแนวโน้มที่จะคายประจุออก ตอนนี้แรงดันไฟฟ้าจากตัวเก็บประจุทั้งสองพร้อมกันจะปรากฏที่เอาต์พุตซึ่งก็คือ$2V_{max}$. ดังนั้นแรงดันขาออก$V_{0}$ ในรอบนี้คือ $2V_{max}$

During the next positive half cycle - ตัวเก็บประจุ $C_{1}$ ถูกเรียกเก็บเงินจากแหล่งจ่ายและไดโอด $D_{1}$ลำเอียงไปข้างหน้า ตัวเก็บประจุ$C_{2}$ เก็บประจุไว้เนื่องจากจะไม่พบวิธีการคายประจุและไดโอด $D_{2}$กลับลำเอียง ตอนนี้แรงดันขาออก$V_{0}$ ของวัฏจักรนี้ได้รับแรงดันไฟฟ้าจากทั้งตัวเก็บประจุที่รวมกันปรากฏที่เอาต์พุตซึ่งก็คือ $2V_{max}$.

During the next negative half cycle - ครึ่งรอบถัดไปที่เป็นลบทำให้ตัวเก็บประจุ $C_{1}$ เพื่อปล่อยประจุไฟฟ้าเต็มและไดโอดอีกครั้ง $D_{1}$ เพื่อย้อนกลับอคติในขณะที่ $D_{2}$ ไปข้างหน้าและตัวเก็บประจุ $C_{2}$เพื่อชาร์จเพิ่มเติมเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้า ตอนนี้แรงดันขาออก$V_{0}$ ของวัฏจักรนี้ได้รับแรงดันไฟฟ้าจากทั้งตัวเก็บประจุที่รวมกันปรากฏที่เอาต์พุตซึ่งก็คือ $2V_{max}$.

ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาออก $V_{0}$ ได้รับการดูแลให้เป็น $2V_{max}$ ตลอดการทำงานซึ่งทำให้วงจรมีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า

ส่วนใหญ่จะใช้ตัวคูณแรงดันไฟฟ้าในกรณีที่ต้องใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสูง ตัวอย่างเช่นหลอดรังสีแคโทดและจอคอมพิวเตอร์

ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า

ในขณะที่ใช้ไดโอดในการคูณแรงดันไฟฟ้าชุดของตัวต้านทานแบบอนุกรมสามารถสร้างเป็นเครือข่ายขนาดเล็กเพื่อแบ่งแรงดันไฟฟ้าได้ เครือข่ายดังกล่าวเรียกว่าVoltage Divider เครือข่าย

ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเป็นวงจรที่เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่ใหญ่กว่าให้เป็นวงจรที่เล็กกว่า 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

ตัวอย่าง

คำนวณแรงดันไฟฟ้าขาออกของเครือข่ายที่มีแรงดันไฟฟ้าขาเข้า 10v พร้อมตัวต้านทาน 2 ชุด2kΩและ5kΩ

แรงดันไฟฟ้าขาออก $V_{0}$ ให้โดย

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

$$=\frac{10}{\left ( 2 + 5 \right )k\Omega }5k\Omega$$

$$=\frac{10}{7}\times 5=\frac{50}{7}$$

$$=7.142v$$

แรงดันไฟฟ้าขาออก $V_0$ สำหรับปัญหาข้างต้นคือ 7.14v

Diode เป็นทางแยก PN สองขั้วที่สามารถใช้ในแอพพลิเคชั่นต่างๆ หนึ่งในแอปพลิเคชันดังกล่าวคือสวิตช์ไฟฟ้า ทางแยก PN เมื่อลำเอียงไปข้างหน้าทำหน้าที่ปิดวงจรและเมื่อลำเอียงย้อนกลับทำหน้าที่เป็นวงจรเปิด ดังนั้นการเปลี่ยนสถานะเอนเอียงไปข้างหน้าและย้อนกลับทำให้ไดโอดทำงานเป็นสวิตช์forward การเป็น ON และ reverse การเป็น OFF สถานะ.

สวิตช์ไฟฟ้าเหนือสวิตช์เชิงกล

สวิตช์ไฟฟ้าเป็นทางเลือกที่ดีกว่าสวิตช์เชิงกลเนื่องจากเหตุผลดังต่อไปนี้ -

• สวิตช์เชิงกลมีแนวโน้มที่จะเกิดออกซิเดชันของโลหะในขณะที่สวิตช์ไฟฟ้าไม่ทำ
• สวิตช์เชิงกลมีหน้าสัมผัสที่เคลื่อนย้ายได้
• พวกเขามีแนวโน้มที่จะเกิดความเครียดและกดดันมากกว่าสวิตช์ไฟฟ้า
• สวิตช์เชิงกลที่สึกหรอและฉีกขาดมักส่งผลต่อการทำงาน

ดังนั้นสวิตช์ไฟฟ้าจึงมีประโยชน์มากกว่าสวิตช์เชิงกล

การทำงานของไดโอดเป็นสวิตช์

เมื่อใดก็ตามที่แรงดันไฟฟ้าเกินที่กำหนดความต้านทานของไดโอดจะเพิ่มขึ้นทำให้ไดโอดกลับด้านเอนเอียงและทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิด เมื่อใดก็ตามที่แรงดันไฟฟ้าที่ใช้อยู่ต่ำกว่าแรงดันอ้างอิงความต้านทานของไดโอดจะลดลงทำให้ไดโอดไปข้างหน้าเอนเอียงและทำหน้าที่เป็นสวิตช์ปิด

วงจรต่อไปนี้อธิบายถึงไดโอดที่ทำหน้าที่เป็นสวิตช์

ไดโอดสวิตชิ่งมีจุดเชื่อมต่อ PN ซึ่ง P-region ถูกเจือเล็กน้อยและ N-region ถูกเจืออย่างมาก วงจรด้านบนเป็นสัญลักษณ์ว่าไดโอดเปิดขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าบวกไปข้างหน้าทำให้ไดโอดมีอคติและจะดับลงเมื่อแรงดันไฟฟ้าเชิงลบย้อนกลับไบโอดไดโอด

เสียงเรียกเข้า

เมื่อกระแสไปข้างหน้าไหลจนถึงตอนนั้นด้วยแรงดันย้อนกลับอย่างกะทันหันกระแสย้อนกลับจะไหลไปยังอินสแตนซ์แทนที่จะปิดทันที กระแสไฟรั่วยิ่งสูงการสูญเสียก็ยิ่งมากขึ้น การไหลของกระแสย้อนกลับเมื่อไดโอดกลับลำเอียงอย่างกะทันหันบางครั้งอาจสร้างการสั่นเล็กน้อยเรียกว่าRINGING.

สภาพเสียงเรียกเข้านี้เป็นการสูญเสียดังนั้นจึงควรลดให้น้อยที่สุด ในการทำเช่นนี้ควรเข้าใจเวลาในการเปลี่ยนไดโอด

เวลาเปลี่ยนไดโอด

ในขณะที่เปลี่ยนเงื่อนไขไบแอสไดโอดจะผ่าน a transient response. การตอบสนองของระบบต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันจากตำแหน่งสมดุลเรียกว่าเป็นการตอบสนองชั่วคราว

การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันจากไปข้างหน้าเป็นย้อนกลับและจากการย้อนกลับเป็นอคติไปข้างหน้ามีผลต่อวงจร เวลาที่ใช้ในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันดังกล่าวเป็นเกณฑ์สำคัญในการกำหนดประสิทธิภาพของสวิตช์ไฟฟ้า

• เวลาที่ดำเนินการก่อนที่ไดโอดจะกู้คืนสถานะคงที่เรียกว่าเป็น Recovery Time.

• ช่วงเวลาที่ไดโอดใช้เพื่อเปลี่ยนจากสถานะเอนเอียงย้อนกลับเป็นสถานะลำเอียงไปข้างหน้าเรียกว่าเป็น Forward Recovery Time.($t_{fr}$)

• ช่วงเวลาที่ไดโอดใช้เพื่อเปลี่ยนจากสถานะเอนเอียงไปข้างหน้าเป็นสถานะลำเอียงย้อนกลับเรียกว่าเป็น Reverse Recovery Time. ($t_{fr}$)

เพื่อให้เข้าใจสิ่งนี้ชัดเจนยิ่งขึ้นให้เราลองวิเคราะห์สิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับไดโอด PN แบบสวิตชิ่ง

ความเข้มข้นของผู้ให้บริการ

ความเข้มข้นของผู้ให้บริการรายย่อยจะลดลงแบบทวีคูณเมื่อมองเห็นได้จากทางแยก เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าเนื่องจากสภาวะเอนเอียงไปข้างหน้าผู้ให้บริการส่วนใหญ่ของด้านหนึ่งจะเคลื่อนไปทางอีกด้านหนึ่ง พวกเขากลายเป็นผู้ให้บริการของชนกลุ่มน้อยในอีกด้านหนึ่ง ความเข้มข้นนี้จะมากขึ้นที่ทางแยก

ตัวอย่างเช่นหากพิจารณาประเภท N ส่วนเกินของรูที่เข้าสู่ประเภท N หลังจากใช้อคติไปข้างหน้าจะเพิ่มให้กับพาหะของชนกลุ่มน้อยที่มีอยู่แล้วของวัสดุประเภท N

ให้เราพิจารณาสัญกรณ์เล็กน้อย

• ผู้ให้บริการส่วนใหญ่ในประเภท P (หลุม) = $P_{po}$
• พาหะส่วนใหญ่ในประเภท N (อิเล็กตรอน) = $N_{no}$
• ผู้ให้บริการส่วนน้อยในประเภท P (อิเล็กตรอน) = $N_{po}$
• ผู้ให้บริการส่วนใหญ่ในประเภท N (หลุม) = $P_{no}$

During Forward biased Condition- ผู้ให้บริการรายย่อยอยู่ใกล้ทางแยกมากกว่าและอยู่ห่างจากทางแยกน้อยกว่า กราฟด้านล่างอธิบายสิ่งนี้

ค่าบริการของผู้ให้บริการรายย่อยส่วนเกินใน P-type = $P_n-P_{no}$ ด้วย $p_{no}$ (ค่าสถานะคงที่)

ค่าบริการของผู้ให้บริการรายย่อยส่วนเกินใน N-type = $N_p-N_{po}$ ด้วย $N_{po}$ (ค่าสถานะคงที่)

During reverse bias condition- ผู้ให้บริการรายใหญ่ไม่นำกระแสผ่านทางแยกและด้วยเหตุนี้จึงไม่เข้าร่วมในสภาพปัจจุบัน ไดโอดสวิตชิ่งจะทำงานเป็นไฟฟ้าลัดวงจรสำหรับอินสแตนซ์ในทิศทางย้อนกลับ

ผู้ให้บริการรายย่อยจะข้ามทางแยกและดำเนินการในปัจจุบันซึ่งเรียกว่าเป็น Reverse Saturation Current. กราฟต่อไปนี้แสดงถึงเงื่อนไขระหว่างอคติย้อนกลับ

ในรูปด้านบนเส้นประแสดงถึงค่าสมดุลและเส้นทึบแทนค่าจริง เนื่องจากกระแสไฟฟ้าเนื่องจากพาหะของประจุไฟฟ้าส่วนน้อยมีขนาดใหญ่พอที่จะดำเนินการได้วงจรจะเปิดจนกว่าประจุส่วนเกินนี้จะถูกลบออก

เรียกเวลาที่ต้องการสำหรับไดโอดในการเปลี่ยนจากอคติไปข้างหน้าเป็นอคติย้อนกลับ Reverse recovery time ($t_{rr}$). กราฟต่อไปนี้จะอธิบายรายละเอียดเวลาในการเปลี่ยนไดโอด

จากรูปด้านบนให้เราพิจารณากราฟกระแสของไดโอด

ที่ $t_{1}$ทันใดนั้นไดโอดจะเข้าสู่สถานะปิดจากสถานะเปิด เรียกว่า Storage timeStorage timeเป็นเวลาที่ต้องใช้ในการลบค่าธรรมเนียมของผู้ให้บริการขนส่งรายย่อยส่วนเกิน กระแสลบที่ไหลจากวัสดุประเภท N ไปยัง P มีจำนวนมากในช่วงเวลาการจัดเก็บ กระแสเชิงลบนี้คือ

$$-I_R= \frac{-V_{R}}{R}$$

ช่วงเวลาถัดไปคือ transition time” (จาก $t_2$ ถึง $t_3$)

เวลาเปลี่ยนคือเวลาที่ไดโอดเข้าสู่สภาวะวงจรเปิดอย่างสมบูรณ์ หลังจาก$t_3$ไดโอดจะอยู่ในสภาวะอคติย้อนกลับคงที่ ก่อน$t_1$ ไดโอดอยู่ภายใต้สภาวะอคติไปข้างหน้าคงที่

ดังนั้นเวลาที่ใช้ในการเข้าสู่สภาพวงจรเปิดอย่างสมบูรณ์คือ

$$Reverse \:\:recovery\:\: time\left ( t_{rr} \right )= Storage \:\:time \left ( T_{s} \right )+Transition \:\: time \left ( T_{t} \right )$$

ในขณะที่การเข้าสู่สภาพ ON จาก OFF จะใช้เวลาน้อยกว่าที่เรียกว่า as Forward recovery time. เวลาการกู้คืนย้อนกลับมากกว่าเวลากู้คืนไปข้างหน้า ไดโอดทำงานเป็นสวิตช์ที่ดีกว่าหากเวลาในการกู้คืนย้อนกลับน้อยลง

คำจำกัดความ

ให้เราดูคำจำกัดความของช่วงเวลาที่กล่าวถึง

• Storage time - ช่วงเวลาที่ไดโอดยังคงอยู่ในสถานะการนำไฟฟ้าแม้ในสถานะเอนเอียงย้อนกลับเรียกว่าเป็น Storage time.

• Transition time - เวลาที่ผ่านไปในการย้อนกลับไปสู่สถานะของการไม่นำไฟฟ้าคือสภาวะคงตัวย้อนกลับเรียกว่า Transition time.

• Reverse recovery time - เวลาที่ไดโอดต้องเปลี่ยนจากอคติไปข้างหน้าเป็นอคติย้อนกลับเรียกว่า Reverse recovery time.

• Forward recovery time - เวลาที่ต้องการสำหรับไดโอดในการเปลี่ยนจาก reverse bias เป็น forward bias เรียกว่า as Forward recovery time.

ปัจจัยที่มีผลต่อเวลาในการเปลี่ยนไดโอด

มีปัจจัยบางอย่างที่ส่งผลต่อเวลาในการเปลี่ยนไดโอดเช่น

• Diode Capacitance - ความจุของทางแยก PN เปลี่ยนแปลงไปตามเงื่อนไขอคติ

• Diode Resistance - ความต้านทานที่นำเสนอโดยไดโอดเพื่อเปลี่ยนสถานะ

• Doping Concentration - ระดับการเจือของไดโอดมีผลต่อเวลาในการเปลี่ยนไดโอด

• Depletion Width- ยิ่งความกว้างของเลเยอร์พร่องแคบลงการเปลี่ยนก็จะเร็วขึ้น ซีเนอร์ไดโอดมีพื้นที่พร่องแคบกว่าไดโอดหิมะถล่มซึ่งทำให้อดีตสวิตช์ดีกว่า

การใช้งาน

มีแอพพลิเคชั่นมากมายที่ใช้วงจรสวิตชิ่งไดโอดเช่น -

• วงจรแก้ไขความเร็วสูง
• วงจรสวิตชิ่งความเร็วสูง
• เครื่องรับ RF
• การใช้งานทั่วไป
• แอปพลิเคชันสำหรับผู้บริโภค
• การใช้งานยานยนต์
• แอปพลิเคชั่นโทรคมนาคมเป็นต้น

บทนี้ให้การเริ่มต้นใหม่เกี่ยวกับส่วนอื่นของวงจรไดโอด สิ่งนี้ให้ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับวงจรแหล่งจ่ายไฟที่เราพบเจอในชีวิตประจำวัน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใด ๆ ประกอบด้วยหน่วยจ่ายไฟซึ่งจัดหาแหล่งจ่ายไฟ AC หรือ DC ตามจำนวนที่ต้องการไปยังส่วนต่างๆของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์นั้น

ต้องการแหล่งจ่ายไฟ

มีส่วนเล็ก ๆ มากมายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เช่นคอมพิวเตอร์โทรทัศน์แคโทดเรย์ออสซิลโลสโคปเป็นต้น แต่ส่วนทั้งหมดนั้นไม่จำเป็นต้องมีแหล่งจ่ายไฟ AC 230V ที่เราได้รับ

หนึ่งส่วนหรือมากกว่านั้นอาจต้องใช้ 12v DC แทนในขณะที่บางส่วนอาจต้องการ 30v DC เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ต้องการแหล่งจ่ายไฟ 230v AC ที่เข้ามาจะต้องถูกแปลงเป็น DC บริสุทธิ์สำหรับการใช้งาน Power supply units เพื่อจุดประสงค์เดียวกัน

หน่วยจ่ายไฟที่ใช้งานได้จริงมีลักษณะดังรูปต่อไปนี้

ตอนนี้ให้เราดูส่วนต่างๆที่สร้างหน่วยจ่ายไฟ

ชิ้นส่วนของแหล่งจ่ายไฟ

หน่วยจ่ายไฟทั่วไปประกอบด้วยสิ่งต่อไปนี้

• Transformer - หม้อแปลงอินพุตสำหรับการก้าวลงของแหล่งจ่ายไฟ AC 230v

• Rectifier - วงจร Rectifier เพื่อแปลงส่วนประกอบ AC ที่มีอยู่ในสัญญาณเป็นส่วนประกอบ DC

• Smoothing - วงจรการกรองเพื่อปรับรูปแบบที่มีอยู่ในเอาต์พุตที่แก้ไขให้เรียบขึ้น

• Regulator - วงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้าเพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าให้อยู่ในระดับเอาต์พุตที่ต้องการ

• Load - โหลดที่ใช้เอาต์พุต dc บริสุทธิ์จากเอาต์พุตที่มีการควบคุม

แผนภาพบล็อกของหน่วยจ่ายไฟ

แผนภาพบล็อกของชุดจ่ายไฟที่มีการควบคุมมีดังที่แสดงด้านล่าง

จากแผนภาพด้านบนจะเห็นว่าหม้อแปลงมีอยู่ในระยะเริ่มต้น แม้ว่าเราจะผ่านแนวคิดเกี่ยวกับหม้อแปลงไฟฟ้าไปแล้วในแบบฝึกหัด BASIC ELECTRONICS แต่ขอให้เราได้เห็นมัน

หม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้ามี primary coil ซึ่ง input ได้รับและ secondary coil ซึ่งจาก outputถูกรวบรวม ขดลวดทั้งสองนี้พันอยู่บนวัสดุหลัก โดยปกติฉนวนจะเป็นรูปแบบCore ของหม้อแปลง

รูปต่อไปนี้แสดงหม้อแปลงที่ใช้งานได้จริง

จากรูปด้านบนจะเห็นว่าสัญกรณ์บางประการเป็นเรื่องธรรมดา มีดังนี้ -

• $N_{p}$ = จำนวนรอบในขดลวดปฐมภูมิ

• $N_{s}$ = จำนวนรอบในขดลวดทุติยภูมิ

• $I_{p}$ = กระแสที่ไหลในกระแสหลักของหม้อแปลง

• $I_{s}$ = กระแสที่ไหลในตัวรองของหม้อแปลง

• $V_{p}$ = แรงดันไฟฟ้าคร่อมหลักของหม้อแปลง

• $V_{s}$ = แรงดันไฟฟ้าข้ามรองของหม้อแปลง

• $\phi$ = ฟลักซ์แม่เหล็กอยู่รอบแกนของหม้อแปลง

หม้อแปลงไฟฟ้าในวงจร

รูปต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าหม้อแปลงแสดงในวงจรอย่างไร ขดลวดปฐมภูมิขดลวดทุติยภูมิและแกนของหม้อแปลงจะแสดงในรูปต่อไปนี้

ดังนั้นเมื่อเชื่อมต่อหม้อแปลงในวงจรแหล่งจ่ายอินพุตจะถูกกำหนดให้กับขดลวดปฐมภูมิเพื่อให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็กที่แตกต่างกันด้วยแหล่งจ่ายไฟนี้และฟลักซ์จะถูกเหนี่ยวนำเข้าสู่ขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงซึ่งจะสร้าง EMF ที่แตกต่างกันของ ฟลักซ์ที่แตกต่างกัน เนื่องจากฟลักซ์ควรแตกต่างกันไปสำหรับการถ่ายโอน EMF จากหลักไปยังทุติยภูมิหม้อแปลงจะทำงานกับ AC กระแสสลับเสมอ

ขึ้นอยู่กับจำนวนรอบในขดลวดทุติยภูมิหม้อแปลงสามารถจำแนกเป็น a Step-up หรือก Step-down หม้อแปลงไฟฟ้า.

Step-Up Transformer

เมื่อขดลวดทุติยภูมิมีจำนวนรอบมากกว่าขดลวดปฐมภูมิแสดงว่าหม้อแปลงเป็น a Step-upหม้อแปลงไฟฟ้า. ที่นี่ EMF ที่เหนี่ยวนำมีค่ามากกว่าสัญญาณอินพุต

รูปด้านล่างแสดงสัญลักษณ์ของหม้อแปลงแบบ step-up

Step-Down Transformer

เมื่อขดลวดทุติยภูมิมีจำนวนรอบน้อยกว่าขดลวดปฐมภูมิแสดงว่าหม้อแปลงเป็น a Step-downหม้อแปลงไฟฟ้า. ที่นี่ EMF ที่เหนี่ยวนำจะน้อยกว่าสัญญาณอินพุต

รูปด้านล่างแสดงสัญลักษณ์ของหม้อแปลงแบบ step-down

ในวงจรแหล่งจ่ายไฟของเราเราใช้ไฟล์ Step-down transformerเนื่องจากเราจำเป็นต้องลดไฟ AC เป็น DC เอาต์พุตของหม้อแปลงแบบ Step-down นี้จะมีกำลังน้อยลงและจะถูกกำหนดให้เป็นอินพุตไปยังส่วนถัดไปที่เรียกว่าrectifier. เราจะพูดถึงวงจรเรียงกระแสในบทถัดไป

เมื่อใดก็ตามที่จำเป็นต้องแปลงไฟ AC เป็น DC วงจรเรียงกระแสจะมาเพื่อช่วยเหลือ ไดโอดทางแยก PN ธรรมดาทำหน้าที่เป็นวงจรเรียงกระแส การให้น้ำหนักไปข้างหน้าและเงื่อนไขการให้น้ำหนักย้อนกลับของไดโอดทำให้การแก้ไข

การแก้ไข

กระแสสลับมีคุณสมบัติในการเปลี่ยนสถานะอย่างต่อเนื่อง สิ่งนี้เข้าใจได้โดยการสังเกตคลื่นไซน์ซึ่งระบุกระแสสลับ มันเพิ่มขึ้นในทิศทางบวกไปสู่ค่าบวกสูงสุดลดจากตรงนั้นเป็นปกติและอีกครั้งไปที่ส่วนลบและถึงจุดสูงสุดที่เป็นลบและกลับสู่สภาวะปกติอีกครั้งและดำเนินต่อไป

ในระหว่างการเดินทางในการก่อตัวของคลื่นเราสามารถสังเกตได้ว่าคลื่นไปในทิศทางบวกและลบ จริงๆแล้วมันเปลี่ยนแปลงอย่างสมบูรณ์และด้วยเหตุนี้ชื่อกระแสสลับ

แต่ในระหว่างกระบวนการแก้ไขกระแสสลับนี้จะเปลี่ยนเป็นกระแสตรงกระแสตรง คลื่นที่ไหลไปในทิศทางบวกและลบจนถึงตอนนั้นจะได้รับทิศทางที่ จำกัด เฉพาะทิศทางบวกเมื่อแปลงเป็น DC ดังนั้นกระแสจึงได้รับอนุญาตให้ไหลในทิศทางบวกเท่านั้นและต่อต้านในทิศทางลบเช่นเดียวกับในรูปด้านล่าง

วงจรที่ทำการแก้ไขเรียกว่าเป็น Rectifier circuit. ไดโอดถูกใช้เป็นวงจรเรียงกระแสเพื่อสร้างวงจรเรียงกระแส

ประเภทของวงจรเรียงกระแส

วงจรเรียงกระแสมีสองประเภทหลักขึ้นอยู่กับเอาต์พุต พวกเขาเป็น

• วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น
• วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น

วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นจะแก้ไขครึ่งรอบบวกของแหล่งจ่ายอินพุตเท่านั้นในขณะที่วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นจะแก้ไขทั้งครึ่งรอบบวกและลบของแหล่งจ่ายอินพุต

วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น

ชื่อวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นระบุว่า rectification ทำเฉพาะสำหรับ halfของวงจร สัญญาณ AC จะได้รับผ่านหม้อแปลงอินพุตซึ่งจะขึ้นหรือลงตามการใช้งาน ส่วนใหญ่จะใช้หม้อแปลงแบบ step down ในวงจรเรียงกระแสเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าขาเข้า

สัญญาณอินพุตที่กำหนดให้กับหม้อแปลงจะถูกส่งผ่านไดโอดทางแยก PN ซึ่งทำหน้าที่เป็นวงจรเรียงกระแส ไดโอดนี้จะแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็นกระแสตรงแบบพัลซิ่งสำหรับครึ่งรอบบวกของอินพุตเท่านั้น ตัวต้านทานโหลดเชื่อมต่อที่ส่วนท้ายของวงจร รูปด้านล่างแสดงวงจรของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น

การทำงานของ HWR

T สัญญาณอินพุตถูกกำหนดให้กับหม้อแปลงซึ่งจะช่วยลดระดับแรงดันไฟฟ้า เอาต์พุตจากหม้อแปลงจะถูกกำหนดให้กับไดโอดซึ่งทำหน้าที่เป็นวงจรเรียงกระแส ไดโอดนี้จะเปิด (ดำเนินการ) สำหรับครึ่งรอบของสัญญาณอินพุตที่เป็นบวก ดังนั้นกระแสจะไหลในวงจรและจะมีแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานโหลด ไดโอดจะปิด (ไม่ทำงาน) สำหรับครึ่งรอบที่เป็นลบและด้วยเหตุนี้เอาต์พุตสำหรับครึ่งรอบที่เป็นลบจะเป็น$i_{D} = 0$ และ $V_{o}=0$.

ดังนั้นเอาต์พุตจึงมีอยู่สำหรับครึ่งรอบบวกของแรงดันไฟฟ้าอินพุตเท่านั้น (ละเลยกระแสรั่วไหลย้อนกลับ) เอาต์พุตนี้จะเต้นเป็นจังหวะซึ่งถูกนำข้ามตัวต้านทานโหลด

รูปคลื่นของ HWR

รูปคลื่นอินพุตและเอาต์พุตมีดังแสดงในรูปต่อไปนี้

ดังนั้นเอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นจึงเป็นกระแสตรงแบบพัลซิ่ง ให้เราลองวิเคราะห์วงจรข้างต้นโดยทำความเข้าใจกับค่าเล็กน้อยที่ได้รับจากเอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น

การวิเคราะห์ Half-Wave Rectifier

ในการวิเคราะห์วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นให้เราพิจารณาสมการของแรงดันไฟฟ้าขาเข้า

$$v_{i}=V_{m} \sin \omega t$$

$V_{m}$ คือค่าสูงสุดของแรงดันไฟฟ้า

ให้เราถือว่าไดโอดนั้นเหมาะ

• ความต้านทานในทิศทางไปข้างหน้าเช่นในสถานะเปิดคือ $R_f$.
• ความต้านทานในทิศทางย้อนกลับกล่าวคือในสถานะปิดคือ $R_r$.

ปัจจุบัน i ในไดโอดหรือตัวต้านทานโหลด $R_L$ ให้โดย

$i=I_m \sin \omega t \quad for\quad 0\leq \omega t\leq 2 \pi$

$ i=0 \quad\quad\quad\quad for \quad \pi\leq \omega t\leq 2 \pi$

ที่ไหน

$$I_m= \frac{V_m}{R_f+R_L}$$

กระแสไฟขาออก DC

กระแสเฉลี่ย $I_{dc}$ ให้โดย

$$I_{dc}=\frac{1}{2 \pi}\int_{0}^{2 \pi} i \:d\left ( \omega t \right )$$

$$=\frac{1}{2 \pi}\left [ \int_{0}^{\pi}I_m \sin \omega t \:d\left ( \omega t \right )+\int_{0}^{2 \pi}0\: d\left ( \omega t \right )\right ]$$

$$=\frac{1}{2 \pi}\left [ I_m\left \{-\cos \omega t \right \}_{0}^{\pi} \right ]$$

$$=\frac{1}{2 \pi}\left [ I_m\left \{ +1-\left ( -1 \right ) \right \} \right ]=\frac{I_m}{\pi}=0.318 I_m$$

การแทนที่ค่าของ $I_m$, เราได้รับ

$$I_{dc}=\frac{V_m}{\pi\left ( R_f+R_L \right )}$$

ถ้า $R_L >> R_f$แล้ว

$$I_{dc}=\frac{V_m}{\pi R_L}=0.318 \frac{V_m}{R_L}$$

แรงดันขาออก DC

แรงดันไฟฟ้าขาออก DC กำหนดโดย

$$ V_{dc}=I_{dc}\times R_L=\frac{I_m}{\pi}\times R_L$$

$$=\frac{V_m\times R_L}{\pi\left (R_f+R_L \right )}=\frac{V_m}{\pi\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$

ถ้า $R_L>>R_f$แล้ว

$$V_{dc}=\frac{V_m}{\pi}=0.318 V_m$$

RMS กระแสและแรงดัน

ค่าของกระแส RMS กำหนดโดย

$$I_{rms}=\left [ \frac{1}{2 \pi}\int_{0}^{2\pi} i^{2} d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$I_{rms}=\left [ \frac{1}{2 \pi}\int_{0}^{2\pi}I_{m}^{2} \sin^{2}\omega t \:d\left (\omega t \right ) +\frac{1}{2\pi}\int_{\pi}^{2\pi} 0 \:d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{2 \pi}\int_{0}^{\pi}\left ( \frac{1-\cos 2 \omega t}{2} \right )d\left ( \omega t \right ) \right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{4 \pi}\left \{ \left ( \omega t \right )-\frac{\sin 2 \omega t}{2} \right \}_{0}^{\pi}\right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{4 \pi}\left \{ \pi - 0 - \frac{\sin 2 \pi}{2}+ \sin 0 \right \} \right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{4 \pi} \right ]^{\frac{1}{2}}=\frac{I_m}{2}$$

$$=\frac{V_m}{2\left ( R_f+R_L \right )}$$

แรงดันไฟฟ้า RMS ตลอดโหลดคือ

$$V_{rms}=I_{rms} \times R_L= \frac{V_m \times R_L}{2\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=\frac{V_m}{2\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$

ถ้า $R_L>>R_f$แล้ว

$$V_{rms}=\frac{V_m}{2}$$

ประสิทธิภาพของวงจรเรียงกระแส

วงจรใด ๆ ต้องมีประสิทธิภาพในการทำงานเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้น ในการคำนวณประสิทธิภาพของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นจะต้องพิจารณาอัตราส่วนของกำลังขับต่อกำลังไฟฟ้าเข้า

ประสิทธิภาพของวงจรเรียงกระแสถูกกำหนดเป็น

$$\eta =\frac{d.c.power\:\: delivered \:\: to \:\: the \:\: load}{a.c.input \:\: power\:\:from\:\:transformer\:\:secondary}=\frac{P_{ac}}{P_{dc}}$$

ตอนนี้

$$P_{dc}=\left ( {I_{dc}} \right )^2 \times R_L=\frac{I_m R_L}{\pi^2}$$

เพิ่มเติม

$$P_{ac}=P_a+P_r$$

ที่ไหน

$P_a = power \:dissipated \:at \:the \:junction \:of \:diode$

$$=I_{rms}^{2}\times R_f=\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_f$$

และ

$$P_r = power \:dissipated \:in \:the \:load \:resistance$$

$$=I_{rms}^{2}\times R_L=\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_L$$

$$P_{ac}=\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_f+\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_L =\frac{I_{m}^{2}}{4}\left ( R_f+R_L \right )$$

จากทั้งสองนิพจน์ของ $P_{ac}$ และ $P_{dc}$เราสามารถเขียน

$$\eta =\frac{I_{m}^{2}R_L/\pi^2}{I_{m}^{2}\left ( R_f+R_L \right )/4}=\frac{4}{\pi^2}\frac{R_L}{\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=\frac{4}{\pi^2}\frac{1}{\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}=\frac{0.406}{\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$

ประสิทธิภาพของวงจรเรียงกระแสร้อยละ

$$\eta =\frac{40.6}{\lbrace1+\lgroup\: R_{f}/R_{L}\rgroup\rbrace}$$

ในทางทฤษฎีค่าสูงสุดของประสิทธิภาพวงจรเรียงกระแสของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นคือ 40.6% เมื่อ $R_{f}/R_{L} = 0$

นอกจากนี้ประสิทธิภาพอาจคำนวณได้ด้วยวิธีต่อไปนี้

$$\eta =\frac{P_{dc}}{P_{ac}}=\frac{\left (I_{dc} \right )^2R_L}{\left ( I_{rms} \right )^2R_L}=\frac{\left ( V_{dc}/R_L \right )^2R_L}{\left (V_{rms}/R_L \right )^2R_L} =\frac{\left ( V_{dc} \right )^2}{\left ( V_{rms} \right )^2}$$

$$=\frac{\left ( V_m/ \pi \right )^2}{\left ( V_m/2 \right )^2}=\frac{4}{\pi^2}=0.406$$

$$=40.6\%$$

Ripple Factor

เอาต์พุตที่แก้ไขแล้วมีส่วนประกอบ AC จำนวนหนึ่งอยู่ในนั้นในรูปแบบของระลอกคลื่น สิ่งนี้เข้าใจได้โดยการสังเกตรูปคลื่นเอาท์พุตของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น เพื่อให้ได้ dc ที่บริสุทธิ์เราต้องมีความคิดเกี่ยวกับส่วนประกอบนี้

ปัจจัยการกระเพื่อมให้ความกระเพื่อมของเอาต์พุตที่แก้ไข แสดงโดยy. สิ่งนี้สามารถกำหนดเป็นอัตราส่วนของค่าประสิทธิผลของส่วนประกอบ ac ของแรงดันหรือกระแสต่อค่าโดยตรงหรือค่าเฉลี่ย

$$\gamma =\frac{ripple \: voltage}{d.c \:voltage} =\frac{rms\:value\:of\: a.c.component}{d.c.value\:of\:wave}=\frac{\left ( V_r \right )_{rms}}{v_{dc}}$$

ที่นี่

$$\left ( V_r \right )_{rms}=\sqrt{V_{rms}^{2}-V_{dc}^{2}}$$

ดังนั้น,

$$\gamma =\frac{\sqrt{V_{rms}^{2}-V_{dc}^{2}}}{V_{dc}}=\sqrt{\left (\frac{V_{rms}}{V_{dc}} \right )^2-1}$$

ตอนนี้

$$V_{rms}=\left [ \frac{1}{2\pi}\int_{0}^{2\pi} V_{m}^{2} \sin^2\omega t\:d\left ( \omega t \right ) \right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=V_m\left [ \frac{1}{4\pi} \int_{0}^{\pi}\left ( 1- \cos2 \:\omega t \right )d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}=\frac{V_m}{2}$$

$$V_{dc}=V_{av}=\frac{1}{2\pi}\left [ \int_{0}^{\pi}V_m \sin \omega t \:d\left ( \omega t \right )+\int_{0}^{2\pi} 0.d\left ( \omega t \right )\right ]$$

$$=\frac{V_m}{2 \pi}\left [ -\cos \omega t \right ]_{0}^{\pi}=\frac{V_m}{\pi}$$

$$\gamma =\sqrt{\left [ \left \{ \frac{\left ( V_m/2 \right )}{\left ( V_m/\pi \right )} \right \}^2-1 \right ]}=\sqrt{\left \{ \left ( \frac{\pi}{2} \right )^2-1 \right \}}=1.21$$

ปัจจัยการกระเพื่อมยังถูกกำหนดให้เป็น

$$\gamma =\frac{\left ( I_r \right )_{rms}}{I_{dc}}$$

เนื่องจากค่าของปัจจัยการกระเพื่อมที่มีอยู่ในวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นคือ 1.21 หมายความว่าจำนวน ac ที่มีอยู่ในเอาต์พุตคือ $121\%$ ของแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง

ระเบียบข้อบังคับ

กระแสไฟฟ้าผ่านโหลดอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความต้านทานต่อโหลด แต่ถึงแม้จะอยู่ในสภาพเช่นนี้เราก็คาดหวังว่าแรงดันไฟฟ้าขาออกของเราซึ่งนำมาใช้กับตัวต้านทานโหลดนั้นคงที่ ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าของเราจำเป็นต้องได้รับการควบคุมแม้ในสภาวะโหลดที่แตกต่างกัน

รูปแบบของแรงดันเอาต์พุต DC ที่มีการเปลี่ยนแปลงของกระแสโหลด DC ถูกกำหนดให้เป็น Regulation. ระเบียบเปอร์เซ็นต์คำนวณได้ดังนี้

$$Percentage\:regulation=\frac{V_{no \:load}-V_{full\:load}}{V_{full\:load}} \times 100\%$$

การควบคุมเปอร์เซ็นต์ที่ต่ำกว่าจะเป็นแหล่งจ่ายไฟที่ดีกว่า แหล่งจ่ายไฟในอุดมคติจะมีการควบคุมเป็นศูนย์เปอร์เซ็นต์

ปัจจัยการใช้หม้อแปลง

กำลังไฟฟ้ากระแสตรงที่จะส่งไปยังโหลดในวงจรเรียงกระแสจะกำหนดพิกัดของหม้อแปลงที่ใช้ในวงจร

ดังนั้นปัจจัยการใช้หม้อแปลงจึงถูกกำหนดเป็น

$$TUF=\frac{d.c.power\:to\:be\:delivered\:to\:the\:load}{a.c.rating\:of\:the\:transformer\:secondary}$$

$$=\frac{P_{d.c}}{P_{a.c\left ( rated \right )}}$$

ตามทฤษฎีของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของทุติยภูมิจะเป็น

$$V_m/\sqrt{2}$$

แรงดันไฟฟ้า RMS ที่ไหลผ่านจะเป็น

$$I_m/2$$

ดังนั้น

$$TUF=\frac{\left ( I_m/\pi \right )^2\times R_L}{\left ( V_m/\sqrt{2} \right )\times\left ( I_m/2 \right )}$$

แต่

$$V_m=I_m\left ( R_f+R_L \right )$$

ดังนั้น

$$TUF=\frac{\left ( I_m/\pi \right )^2\times R_L}{\left \{ I_m\left ( R_f+R_L \right )/\sqrt{2} \right \}\times \left ( I_m/2 \right )}$$

$$=\frac{2\sqrt{2}}{\pi^2}\times \frac{R_L}{\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=\frac{2\sqrt{2}}{\pi^2} = 0.287$$

แรงดันไฟฟ้าผกผันสูงสุด

ไดโอดเมื่อเชื่อมต่อแบบไบแอสย้อนกลับควรใช้งานภายใต้ระดับแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมได้ หากเกินแรงดันไฟฟ้าที่ปลอดภัยไดโอดจะเสียหาย ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญมากที่จะต้องรู้เกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดนั้น

แรงดันไฟฟ้าผกผันสูงสุดที่ไดโอดสามารถทนได้โดยไม่ถูกทำลายเรียกว่า as Peak Inverse Voltage. ในระยะสั้นPIV.

ที่นี่ PIV คืออะไรนอกจาก Vm

ฟอร์มแฟกเตอร์

สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นค่าเฉลี่ยทางคณิตศาสตร์ของค่าสัมบูรณ์ของทุกจุดบนรูปคลื่น form factorถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของค่า RMS ต่อค่าเฉลี่ย แสดงโดยF.

$$F=\frac{rms\:value}{average\:value}=\frac{I_m/2}{I_m/\pi}=\frac{0.5I_m}{0.318I_m}=1.57$$

ปัจจัยสูงสุด

ต้องพิจารณาค่าของจุดสูงสุดในระลอกเพื่อให้ทราบว่าการแก้ไขมีประสิทธิภาพเพียงใด มูลค่าของปัจจัยสูงสุดยังเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญPeak factor ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของค่าสูงสุดต่อค่า RMS

ดังนั้น

$$Peak Factor=\frac{Peak\:value}{r.m.s\:value}=\frac{V_m}{V_m/2}=2$$

ทั้งหมดนี้เป็นพารามิเตอร์สำคัญที่ต้องพิจารณาขณะศึกษาเกี่ยวกับวงจรเรียงกระแส

วงจรเรียงกระแสที่แก้ไขทั้งครึ่งรอบบวกและลบสามารถเรียกได้ว่าเป็นวงจรเรียงกระแสคลื่นเต็มเมื่อแก้ไขวงจรที่สมบูรณ์ การสร้างวงจรเรียงกระแสคลื่นเต็มสามารถทำได้สองประเภท พวกเขาเป็น

• เครื่องปรับคลื่นเต็มคลื่นที่เคาะตรงกลาง
• บริดจ์วงจรเรียงกระแสคลื่นเต็ม

ทั้งสองคนมีข้อดีและข้อเสีย ตอนนี้ให้เราดูทั้งการสร้างและการทำงานพร้อมกับรูปคลื่นเพื่อทราบว่าอันไหนดีกว่าและทำไม

วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นที่เคาะตรงกลาง

วงจรเรียงกระแสที่มีการเคาะหม้อแปลงรองเพื่อให้ได้แรงดันเอาต์พุตที่ต้องการโดยใช้ไดโอดสองตัวหรือเพื่อแก้ไขวงจรที่สมบูรณ์เรียกว่าเป็น Center-tapped Full wave rectifier circuit. หม้อแปลงอยู่ตรงกลางเคาะที่นี่ไม่เหมือนกรณีอื่น ๆ

คุณสมบัติของหม้อแปลงศูนย์กรีดคือ -

• การกรีดทำได้โดยการวาดตะกั่วที่จุดกึ่งกลางของขดลวดทุติยภูมิ ขดลวดนี้แบ่งออกเป็นสองส่วนเท่า ๆ กันโดยการทำเช่นนั้น

• แรงดันไฟฟ้าที่จุดกึ่งกลางที่เคาะเป็นศูนย์ นี่เป็นจุดที่เป็นกลาง

• การแตะตรงกลางให้แรงดันเอาต์พุตแยกกันสองตัวซึ่งมีขนาดเท่ากัน แต่ตรงกันข้ามในขั้วซึ่งกันและกัน

• สามารถดึงเทปออกมาได้หลายแบบเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าในระดับต่างๆ

หม้อแปลงไฟฟ้าแบบเคาะตรงกลางที่มีไดโอดเรียงกระแสสองตัวใช้ในการสร้าง a Center-tapped full wave rectifier. แผนภาพวงจรของวงจรเรียงกระแสคลื่นเต็มรูปแบบเคาะตรงกลางดังแสดงด้านล่าง

การทำงานของ CT- FWR

การทำงานของวงจรเรียงกระแสคลื่นเต็มรูปแบบเคาะตรงกลางสามารถเข้าใจได้จากรูปด้านบน เมื่อใช้ครึ่งรอบบวกของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจุด M ที่หม้อแปลงรองจะกลายเป็นบวกเมื่อเทียบกับจุด N ทำให้ไดโอด$D_1$ไปข้างหน้าลำเอียง ดังนั้นในปัจจุบัน$i_1$ ไหลผ่านตัวต้านทานโหลดจาก A ถึง B ตอนนี้เรามีครึ่งรอบบวกในเอาต์พุต

เมื่อใช้ครึ่งรอบที่เป็นลบของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจุด M ที่รองหม้อแปลงจะกลายเป็นลบเมื่อเทียบกับจุด N ทำให้ไดโอด $D_2$ไปข้างหน้าลำเอียง ดังนั้นในปัจจุบัน$i_2$ ไหลผ่านตัวต้านทานโหลดจาก A ถึง B ขณะนี้เรามีครึ่งรอบบวกในเอาต์พุตแม้ในช่วงครึ่งรอบที่เป็นลบของอินพุต

รูปคลื่นของ CT FWR

รูปคลื่นอินพุตและเอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสคลื่นเต็มรูปแบบเคาะตรงกลางมีดังต่อไปนี้

จากรูปด้านบนจะเห็นว่าได้รับเอาต์พุตทั้งครึ่งรอบบวกและลบ นอกจากนี้ยังสังเกตว่าเอาต์พุตของตัวต้านทานโหลดอยู่ในsame direction สำหรับทั้งครึ่งรอบ

แรงดันไฟฟ้าผกผันสูงสุด

เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของขดลวดทุติยภูมิครึ่งหนึ่งคือ $V_m$แรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิทั้งหมดจะปรากฏบนไดโอดที่ไม่นำไฟฟ้า ดังนั้นpeak inverse voltage เป็นสองเท่าของแรงดันไฟฟ้าสูงสุดตลอดขดลวดครึ่งทุติยภูมินั่นคือ

$$PIV=2V_m$$

ข้อเสีย

มีข้อเสียเล็กน้อยสำหรับวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบเคาะตรงกลางเช่น -

• ตำแหน่งของการกรีดตรงกลางทำได้ยาก
• แรงดันเอาต์พุต dc มีขนาดเล็ก
• PIV ของไดโอดควรสูง

วงจรเรียงกระแสคลื่นเต็มชนิดต่อไปคือ Bridge Full wave rectifier circuit.

สะพานเรียงกระแสเต็มคลื่น

นี่คือวงจรเรียงกระแสคลื่นเต็มรูปแบบซึ่งใช้ไดโอดสี่ตัวที่เชื่อมต่อในรูปแบบบริดจ์เพื่อไม่เพียง แต่สร้างเอาต์พุตในระหว่างรอบการป้อนข้อมูลเต็มรูปแบบเท่านั้น แต่ยังช่วยขจัดข้อเสียของวงจรเรียงกระแสคลื่นเต็มรูปแบบ

ไม่จำเป็นต้องแตะตรงกลางของหม้อแปลงในวงจรนี้ ไดโอดสี่ตัวเรียกว่า$D_1$, $D_2$, $D_3$ และ $D_4$ใช้ในการสร้างเครือข่ายประเภทบริดจ์เพื่อให้ไดโอดสองตัวดำเนินการเป็นเวลาครึ่งรอบหนึ่งและสองตัวนำสำหรับอีกครึ่งรอบของแหล่งจ่ายอินพุต วงจรของวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์เต็มรูปแบบดังแสดงในรูปต่อไปนี้

การทำงานของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นของสะพาน

วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นที่มีไดโอดสี่ตัวเชื่อมต่อในวงจรบริดจ์ถูกนำมาใช้เพื่อให้ได้การตอบสนองเอาต์พุตคลื่นเต็มที่ดีขึ้น เมื่อกำหนดครึ่งวงจรบวกของแหล่งจ่ายอินพุตจุด P จะเป็นบวกเมื่อเทียบกับจุดนั้นQ. ซึ่งจะทำให้ไดโอด$D_1$ และ $D_3$ ไปข้างหน้าลำเอียงในขณะที่ $D_2$ และ $D_4$กลับลำเอียง ตอนนี้ไดโอดทั้งสองนี้จะอยู่ในอนุกรมกับตัวต้านทานโหลด

รูปต่อไปนี้แสดงถึงสิ่งนี้พร้อมกับการไหลของกระแสไฟฟ้าทั่วไปในวงจร

ดังนั้นไดโอด $D_1$ และ $D_3$ดำเนินการในช่วงครึ่งรอบบวกของแหล่งจ่ายอินพุตเพื่อสร้างเอาต์พุตตามตัวต้านทานโหลด เมื่อไดโอดสองตัวทำงานเพื่อสร้างเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าจะเป็นสองเท่าของแรงดันขาออกของวงจรเรียงกระแสคลื่นเต็มรูปแบบเคาะตรงกลาง

เมื่อกำหนดครึ่งวัฏจักรเชิงลบของแหล่งจ่ายอินพุตจุด P จะกลายเป็นลบเมื่อเทียบกับจุดนั้น Q. ซึ่งจะทำให้ไดโอด$D_1$ และ $D_3$ ย้อนกลับในขณะที่ลำเอียง $D_2$ และ $D_4$ไปข้างหน้าลำเอียง ตอนนี้ไดโอดทั้งสองนี้จะอยู่ในอนุกรมกับตัวต้านทานโหลด

รูปต่อไปนี้แสดงถึงสิ่งนี้พร้อมกับการไหลของกระแสไฟฟ้าทั่วไปในวงจร

ดังนั้นไดโอด $D_{2}$ และ $D_{4}$ดำเนินการในช่วงครึ่งรอบเชิงลบของแหล่งจ่ายอินพุตเพื่อสร้างเอาต์พุตตามตัวต้านทานโหลด นอกจากนี้ยังมีไดโอดสองตัวทำงานเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าขาออก กระแสจะไหลไปในทิศทางเดียวกับในช่วงครึ่งรอบบวกของอินพุต

รูปคลื่นของสะพาน FWR

รูปคลื่นอินพุตและเอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสคลื่นเต็มรูปแบบเคาะตรงกลางมีดังต่อไปนี้

จากรูปด้านบนจะเห็นว่าได้รับเอาต์พุตทั้งครึ่งรอบบวกและลบ นอกจากนี้ยังสังเกตว่าเอาต์พุตของตัวต้านทานโหลดอยู่ในsame direction สำหรับทั้งครึ่งรอบ

แรงดันไฟฟ้าผกผันสูงสุด

เมื่อใดก็ตามที่ไดโอดสองตัวขนานกับทุติยภูมิของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิสูงสุดทั่วหม้อแปลงจะปรากฏที่ไดโอดที่ไม่เป็นตัวนำซึ่งทำให้ PIV ของวงจรเรียงกระแส ดังนั้นpeak inverse voltage คือแรงดันไฟฟ้าสูงสุดตลอดขดลวดทุติยภูมิกล่าวคือ

$$PIV=V_m$$

ข้อดี

มีข้อดีหลายประการสำหรับวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์แบบเต็มคลื่นเช่น -

• ไม่จำเป็นต้องแตะตรงกลาง
• แรงดันไฟฟ้าขาออก dc เป็นสองเท่าของ FWR ศูนย์กลาง
• PIV ของไดโอดมีค่าครึ่งหนึ่งของ FWR กึ่งกลาง
• การออกแบบวงจรทำได้ง่ายขึ้นด้วยเอาต์พุตที่ดีกว่า

ตอนนี้ให้เราวิเคราะห์ลักษณะของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น

การวิเคราะห์วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่น

ในการวิเคราะห์วงจรเรียงกระแสคลื่นเต็มให้เราสมมติแรงดันไฟฟ้าขาเข้า $V_{i}$ เช่น,

$$V_{i}=V_m \sin \omega t$$

ปัจจุบัน $i_1$ ผ่านตัวต้านทานโหลด $R_L$ ให้โดย

$$i_1=I_m \sin \omega t \quad for \quad0 \leq \omega t \leq \pi$$

$$i_1=\quad0 \quad\quad\quad for \quad \pi \leq \omega t \leq 2\pi$$

ที่ไหน

$$I_m=\frac{V_m}{R_f+R_L}$$

$R_f$ เป็นความต้านทานของไดโอดในสภาพ ON

ในทำนองเดียวกันปัจจุบัน $i_2$ ไหลผ่านไดโอด $D_2$ และตัวต้านทานโหลด RL กำหนดโดย

$$i_2=\quad\:0 \quad\quad\quad for \quad 0 \leq \omega t \leq \pi$$

$$i_2=I_m \sin \omega t \quad for \quad\pi \leq \omega t \leq 2\pi$$

กระแสทั้งหมดที่ไหลผ่าน $R_L$ คือผลรวมของสองกระแส $i_1$ และ $i_2$ กล่าวคือ

$$i=i_1+i_2$$

DC หรือกระแสเฉลี่ย

ค่าเฉลี่ยของกระแสเอาต์พุตที่แอมป์มิเตอร์ DC จะระบุนั้นกำหนดโดย

$$I_{dc}=\frac{1}{2\pi} \int_{0}^{2\pi} i_1 \:d\left ( \omega t \right )+\frac{1}{2\pi}\int_{0}^{2\pi}i_2 \:d\left ( \omega t \right )$$

$$=\frac{1}{2\pi\int_{0}^{\pi}}I_m \sin \omega t \:d\left ( \omega t \right )+0+0+$$

$$\frac{1}{2\pi} \int_{0}^{2\pi}I_m \sin \omega t\:d\left ( \omega t \right ) $$

$$=\frac{I_m}{\pi}+ \frac{I_m}{\pi} =\frac{2I_m}{\pi}=0.636I_m$$

นี่คือค่าสองเท่าของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น

แรงดันขาออก DC

แรงดันเอาท์พุท dc ระหว่างโหลดถูกกำหนดโดย

$$V_{dc}=I_{dc}\times R_L = \frac{2I_mR_L}{\pi}=0.636I_mR_L$$

ดังนั้นแรงดันเอาต์พุต dc จึงเป็นสองเท่าของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น

RMS ปัจจุบัน

ค่า RMS ของกระแสถูกกำหนดโดย

$$I_{rms}=\left [ \frac{1}{\pi}\int_{0}^{\pi} t^2 \:d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$

เนื่องจากปัจจุบันมีสองรูปแบบเดียวกันในสองซีก

$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{\pi} \int_{0}^{\pi }\sin^2 \omega t\:d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=\frac{I_m}{\sqrt{2}}$$

ประสิทธิภาพของวงจรเรียงกระแส

ประสิทธิภาพของวงจรเรียงกระแสถูกกำหนดเป็น

$$\eta=\frac{P_{dc}}{P_{ac}}$$

ตอนนี้

$$P_{dc}=\left (V_{dc} \right )^2/R_L=\left ( 2V_m/\pi \right )^2$$

และ,

$$P_{ac}=\left (V_{rms} \right )^2/R_L=\left (V_m/\sqrt{2} \right )^2$$

ดังนั้น,

$$\eta =\frac{P_{dc}}{P_{ac}}=\frac{\left (2V_m/\pi \right )^2}{\left ( V_m/\sqrt{2} \right )^2}=\frac{8}{\pi^2}$$

$$=0.812=81.2\%$$

ประสิทธิภาพของวงจรเรียงกระแสสามารถคำนวณได้ดังนี้ -

กำลังขับ dc,

$$P_{dc}=I_{dc}^{2}R_L=\frac{4I_{m}^{2}}{\pi^2}\times R_L$$

กำลังไฟฟ้าเข้า ac,

$$P_{ac}=I_{rms}^{2}\left (R_f+R_L \right )=\frac{I_{m}^{2}}{2}\left ( R_f+R_L \right )$$

ดังนั้น,

$$\eta=\frac{4I_{m}^{2}R_L/\pi^2}{I_{m}^{2}\left ( R_f+R_L \right )/2}=\frac{8}{\pi^2}\frac{R_L}{\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=\frac{0.812}{\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$

ดังนั้นประสิทธิภาพเปอร์เซ็นต์คือ

$$=\frac{0.812}{ 1+\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=81.2\% \quad if\: R_f=0$$

ดังนั้นวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นจึงมีประสิทธิภาพเป็นสองเท่าของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น

Ripple Factor

ฟอร์มแฟคเตอร์ของแรงดันเอาท์พุตที่แก้ไขแล้วของวงจรเรียงกระแสคลื่นเต็มจะได้รับจาก

$$F=\frac{I_{rms}}{I_{dc}}=\frac{I_m/\sqrt{2}}{2I_m/\pi}=1.11$$

ปัจจัยการกระเพื่อม $\gamma$ ถูกกำหนดให้เป็น (โดยใช้ทฤษฎีวงจร ac)

$$\gamma =\left [ \left ( \frac{I_{rms}}{I_{dc}} \right )-1 \right ]^{\frac{1}{2}}=\left ( F^2 -1\right )^{\frac{1}{2}}$$

$$=\left [ \left ( 1.11 \right )^2 -1\right ]^\frac{1}{2}=0.48$$

นี่เป็นการปรับปรุงที่ดีกว่าปัจจัยการกระเพื่อมของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นซึ่งเท่ากับ 1.21

ระเบียบข้อบังคับ

แรงดันไฟฟ้าขาออก dc กำหนดโดย

$$V_{dc}=\frac{2I_mR_L}{\pi}=\frac{2V_mR_L}{\pi\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=\frac{2V_m}{\pi}\left [ 1-\frac{R_f}{R_f+R_L} \right ]=\frac{2V_m}{\pi}-I_{dc}R_f$$

ปัจจัยการใช้หม้อแปลง

TUF ของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นคือ 0.287

มีขดลวดทุติยภูมิสองเส้นในวงจรเรียงกระแสแบบเคาะตรงกลางและด้วยเหตุนี้ TUF ของวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นตรงกลางคือ

$$\left ( TUF \right )_{avg}=\frac{P_{dc}}{V-A\:rating\:of\:a\:transformer}$$

$$=\frac{\left ( TUF \right )_p+\left ( TUF \right )_s+\left ( TUF \right )_s}{3}$$

$$=\frac{0.812+0.287+0.287}{3}=0.693$$

Half-Wave กับ Full-Wave Rectifier

หลังจากผ่านค่าพารามิเตอร์ต่างๆของวงจรเรียงกระแสคลื่นเต็มแล้วให้เราลองเปรียบเทียบและตัดกันคุณสมบัติของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นและเต็มคลื่น

เงื่อนไข	วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น	ศูนย์เคาะ FWR	สะพาน FWR
จำนวนไดโอด	$1$	$2$	$4$
การเคาะหม้อแปลง	$No$	$Yes$	$No$
แรงดันไฟฟ้าผกผันสูงสุด	$V_m$	$2V_m$	$V_m$
ประสิทธิภาพสูงสุด	$40.6\%$	$81.2\%$	$81.2\%$
ค่าเฉลี่ย / กระแสตรง	$I_m/\pi$	$2I_m/\pi$	$2I_m/\pi$
แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง	$V_m/\pi$	$2V_m/\pi$	$2V_m/\pi$
RMS ปัจจุบัน	$I_m/2$	$I_m/\sqrt{2}$	$I_m/\sqrt{2}$
Ripple Factor	$1.21$	$0.48$	$0.48$
ความถี่ขาออก	$f_{in}$	$2f_{in}$	$2f_{in}$

แผนภาพบล็อกแหล่งจ่ายไฟอธิบายอย่างชัดเจนว่าจำเป็นต้องมีวงจรกรองหลังจากวงจรเรียงกระแส วงจรเรียงกระแสช่วยในการแปลงกระแสสลับแบบเร้าใจเป็นกระแสตรงซึ่งไหลไปในทิศทางเดียวเท่านั้น จนถึงตอนนี้เราได้เห็นวงจรเรียงกระแสประเภทต่างๆ

เอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสเหล่านี้มีปัจจัยการกระเพื่อมบางอย่าง นอกจากนี้เรายังสังเกตเห็นว่าปัจจัยการกระเพื่อมของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นมีค่ามากกว่าตัวปรับคลื่นเต็มคลื่น

ทำไมเราถึงต้องการตัวกรอง?

การกระเพื่อมในสัญญาณแสดงถึงการมีส่วนประกอบ AC บางส่วน ส่วนประกอบ ac นี้จะต้องถูกลบออกทั้งหมดเพื่อให้ได้เอาต์พุต dc ที่บริสุทธิ์ ดังนั้นเราต้องมีวงจรที่smoothens เอาต์พุตที่แก้ไขเป็นสัญญาณ dc บริสุทธิ์

ก filter circuit เป็นองค์ประกอบหนึ่งที่ลบส่วนประกอบ ac ที่มีอยู่ในเอาต์พุตที่แก้ไขและอนุญาตให้ส่วนประกอบ dc เข้าถึงโหลด

รูปต่อไปนี้แสดงการทำงานของวงจรกรอง

วงจรกรองถูกสร้างขึ้นโดยใช้ส่วนประกอบหลักสองตัวคือตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ เราได้เรียนไปแล้วในบทช่วยสอนอิเล็กทรอนิกส์ขั้นพื้นฐานนั้น

• ตัวเหนี่ยวนำช่วยให้ dc และบล็อก ac.

• ตัวเก็บประจุช่วยให้ ac และบล็อก dc.

ให้เราลองสร้างตัวกรองสองสามตัวโดยใช้ส่วนประกอบทั้งสองนี้

ตัวกรองตัวเหนี่ยวนำซีรี่ส์

เนื่องจากตัวเหนี่ยวนำอนุญาตให้ dc และบล็อก ac ตัวกรองที่เรียกว่า Series Inductor Filterสามารถสร้างได้โดยการเชื่อมต่อตัวเหนี่ยวนำเป็นอนุกรมระหว่างวงจรเรียงกระแสและโหลด รูปด้านล่างแสดงวงจรของตัวกรองตัวเหนี่ยวนำแบบอนุกรม

เอาต์พุตที่แก้ไขแล้วเมื่อผ่านตัวกรองนี้ตัวเหนี่ยวนำจะบล็อกส่วนประกอบ ac ที่มีอยู่ในสัญญาณเพื่อให้ได้ dc ที่บริสุทธิ์ นี่คือตัวกรองหลักง่ายๆ

ตัวกรองตัวเก็บประจุแบบปัด

เนื่องจากตัวเก็บประจุช่วยให้ ac ผ่านและบล็อก dc ได้จึงเรียกตัวกรองว่า Shunt Capacitor Filter สามารถสร้างโดยใช้ตัวเก็บประจุซึ่งเชื่อมต่อแบบแบ่งดังแสดงในรูปต่อไปนี้

เอาต์พุตที่แก้ไขแล้วเมื่อผ่านตัวกรองนี้ส่วนประกอบ ac ที่มีอยู่ในสัญญาณจะต่อสายดินผ่านตัวเก็บประจุซึ่งทำให้ส่วนประกอบ ac ส่วนประกอบ dc ที่เหลืออยู่ในสัญญาณจะถูกรวบรวมที่เอาต์พุต

ประเภทตัวกรองที่กล่าวถึงข้างต้นสร้างขึ้นโดยใช้ตัวเหนี่ยวนำหรือตัวเก็บประจุ ตอนนี้เรามาลองใช้ทั้งสองตัวเพื่อสร้างตัวกรองกันดีกว่า นี่คือตัวกรองแบบผสมผสาน

ตัวกรอง LC

สามารถสร้างวงจรกรองโดยใช้ทั้งตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุเพื่อให้ได้เอาต์พุตที่ดีขึ้นซึ่งสามารถใช้ประสิทธิภาพของทั้งตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุได้ รูปด้านล่างแสดงแผนภาพวงจรของฟิลเตอร์ LC

เอาท์พุทที่แก้ไขแล้วเมื่อกำหนดให้กับวงจรนี้ตัวเหนี่ยวนำจะยอมให้ส่วนประกอบ dc ผ่านเข้าไปโดยปิดกั้นส่วนประกอบ ac ในสัญญาณ ตอนนี้จากสัญญาณนั้นส่วนประกอบ ac อีกสองสามชิ้นหากมีการต่อสายดินเพื่อให้เราได้เอาต์พุต dc ที่บริสุทธิ์

ตัวกรองนี้เรียกอีกอย่างว่าไฟล์ Choke Input Filterเมื่อสัญญาณอินพุตเข้าสู่ตัวเหนี่ยวนำก่อน ผลลัพธ์ของตัวกรองนี้ดีกว่าตัวกรองก่อนหน้านี้

Π-ตัวกรอง (ตัวกรอง Pi)

เป็นวงจรกรองอีกประเภทหนึ่งที่นิยมใช้กันมาก มีตัวเก็บประจุที่อินพุตดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างว่า aCapacitor Input Filter. ที่นี่ตัวเก็บประจุสองตัวและตัวเหนี่ยวนำหนึ่งตัวเชื่อมต่อกันในรูปแบบของเครือข่ายรูป ตัวเก็บประจุแบบขนานจากนั้นตัวเหนี่ยวนำในอนุกรมตามด้วยตัวเก็บประจุอื่นแบบขนานทำให้วงจรนี้

หากจำเป็นคุณสามารถเพิ่มส่วนที่เหมือนกันหลาย ๆ ส่วนเข้าไปในส่วนนี้ได้ตามข้อกำหนด รูปด้านล่างแสดงวงจรสำหรับ$\pi$ กรอง (Pi-filter).

การทำงานของตัวกรอง Pi

ในวงจรนี้เรามีตัวเก็บประจุแบบขนานจากนั้นตัวเหนี่ยวนำเป็นอนุกรมตามด้วยตัวเก็บประจุอื่นแบบขนาน

• Capacitor C₁- ตัวเก็บประจุตัวกรองนี้มีค่ารีแอคแตนซ์สูงเป็นกระแสตรงและรีแอคแตนซ์ต่ำต่อสัญญาณ ac หลังจากต่อสายดินส่วนประกอบ ac ที่มีอยู่ในสัญญาณสัญญาณจะส่งผ่านไปยังตัวเหนี่ยวนำเพื่อกรองต่อไป

• Inductor L- นี่เหนี่ยวนำเสนอปฏิกิริยาต่ำส่วนประกอบ dc ในขณะที่การปิดกั้นส่วนประกอบ AC ถ้ามีการจัดการที่จะได้ผ่านไปผ่านตัวเก็บประจุ C 1

• Capacitor C₂ - ตอนนี้สัญญาณถูกทำให้เรียบขึ้นโดยใช้ตัวเก็บประจุนี้เพื่อให้ส่วนประกอบ ac ใด ๆ ที่มีอยู่ในสัญญาณซึ่งตัวเหนี่ยวนำล้มเหลวในการปิดกั้น

ดังนั้นเราจึงได้เอาต์พุต dc บริสุทธิ์ที่ต้องการที่โหลด

ขั้นตอนต่อไปและขั้นสุดท้ายก่อนโหลดในระบบจ่ายไฟคือส่วน Regulator ตอนนี้ให้เราพยายามทำความเข้าใจว่าหน่วยงานกำกับดูแลคืออะไรและทำหน้าที่อะไร

ส่วนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมและการแปลงพลังงานไฟฟ้าสามารถเรียกได้ว่าเป็น Power Electronics. เครื่องควบคุมเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญเมื่อพูดถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังเนื่องจากควบคุมกำลังขับ

ต้องการ Regulator

สำหรับแหล่งจ่ายไฟในการผลิตแรงดันไฟฟ้าขาออกคงที่โดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าหรือการเปลี่ยนแปลงของกระแสโหลดจำเป็นต้องมีตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า

ก voltage regulatorเป็นอุปกรณ์ที่รักษาแรงดันไฟฟ้าขาออกให้คงที่แทนที่จะเป็นความผันผวนใด ๆ ของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ใช้หรือการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าที่ดึงโดยโหลด ภาพต่อไปนี้ให้แนวคิดว่าตัวควบคุมที่ใช้งานได้จริงมีลักษณะอย่างไร

ประเภทของหน่วยงานกำกับดูแล

หน่วยงานกำกับดูแลสามารถแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆขึ้นอยู่กับการทำงานและประเภทของการเชื่อมต่อ

Depending upon the type of regulationหน่วยงานกำกับดูแลส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองประเภทคือตัวควบคุมสายและตัวควบคุมโหลด

• Line Regulator - ตัวควบคุมที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออกให้คงที่แม้จะมีรูปแบบของสายอินพุตจะเรียกว่าเป็น Line regulator.

• Load Regulator - ตัวควบคุมที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออกให้คงที่แม้ว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงของโหลดที่เอาต์พุต แต่ก็เรียกว่าเป็น Load regulator.

Depending upon the type of connectionมีตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าสองประเภท พวกเขาเป็น

• ชุดควบคุมแรงดันไฟฟ้า
• ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า Shunt

การจัดเรียงของพวกเขาในวงจรจะเป็นเช่นเดียวกับในรูปต่อไปนี้

ให้เราดูประเภทตัวควบคุมที่สำคัญอื่น ๆ

ตัวควบคุมแรงดันซีเนอร์

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าซีเนอร์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ซีเนอร์ไดโอดสำหรับควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออก เราได้กล่าวถึงรายละเอียดเกี่ยวกับซีเนอร์ไดโอดในบทช่วยสอน BASIC ELECTRONICS แล้ว

เมื่อซีเนอร์ไดโอดทำงานในการเสียหรือ Zener regionแรงดันไฟฟ้าคร่อมมันเป็นอย่างมาก constant สำหรับ large change of currentผ่านมัน ลักษณะนี้ทำให้ซีเนอร์ไดโอดกgood voltage regulator.

รูปต่อไปนี้แสดงภาพของตัวควบคุม Zener แบบธรรมดา

แรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ใช้ $V_i$ เมื่อเพิ่มขึ้นเกินแรงดันซีเนอร์ $V_z$จากนั้นซีเนอร์ไดโอดจะทำงานในพื้นที่สลายและรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ตลอดทั้งโหลด ซีรีส์ จำกัด ตัวต้านทาน$R_s$ จำกัด กระแสอินพุต

การทำงานของ Zener Voltage Regulator

ซีเนอร์ไดโอดจะรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงของโหลดและความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าอินพุต ดังนั้นเราสามารถพิจารณา 4 กรณีเพื่อทำความเข้าใจการทำงานของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าซีเนอร์

Case 1 - ถ้ากระแสโหลด $I_L$ เพิ่มขึ้นจากนั้นกระแสไฟฟ้าผ่านซีเนอร์ไดโอด $I_Z$ ลดลงเพื่อรักษากระแสผ่านตัวต้านทานแบบอนุกรม $R_S$คงที่ แรงดันเอาต์พุต Vo ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าอินพุต Vi และแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานแบบอนุกรม$R_S$.

สามารถเขียนเป็นไฟล์

$$V_o=V_{in}-IR_{s}$$

ที่ไหน $I$คงที่ ดังนั้น,$V_o$ ยังคงที่

Case 2 - ถ้ากระแสโหลด $I_L$ ลดลงจากนั้นกระแสไฟฟ้าผ่านซีเนอร์ไดโอด $I_Z$ เพิ่มขึ้นตามกระแส $I_S$ผ่านตัวต้านทานซีรี่ส์ RS จะคงที่ แม้ว่าปัจจุบัน$I_Z$ ผ่านซีเนอร์ไดโอดจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าขาออกให้คงที่ $V_Z$ซึ่งรักษาค่าคงที่ของแรงดันไฟฟ้า

Case 3 - ถ้าแรงดันไฟฟ้าเข้า $V_i$ เพิ่มขึ้นตามด้วยปัจจุบัน $I_S$ผ่านตัวต้านทานซีรีส์ RS เพิ่มขึ้น สิ่งนี้จะเพิ่มแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานกล่าวคือ$V_S$เพิ่มขึ้น แม้ว่ากระแสไฟฟ้าจะผ่านซีเนอร์ไดโอด$I_Z$ เพิ่มขึ้นด้วยแรงดันไฟฟ้าของซีเนอร์ไดโอด $V_Z$ คงที่โดยรักษาแรงดันไฟฟ้าขาออกให้คงที่

Case 4 - หากแรงดันไฟฟ้าขาเข้าลดลงกระแสไฟฟ้าผ่านตัวต้านทานแบบอนุกรมจะลดลงซึ่งทำให้กระแสไฟฟ้าผ่านซีเนอร์ไดโอด $I_Z$ลดลง แต่ซีเนอร์ไดโอดจะรักษาแรงดันเอาต์พุตให้คงที่เนื่องจากคุณสมบัติของมัน

ข้อ จำกัด ของ Zener Voltage Regulator

มีข้อ จำกัด บางประการสำหรับตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าของ Zener พวกเขาคือ -

• มีประสิทธิภาพน้อยกว่าสำหรับกระแสไฟฟ้าที่มีน้ำหนักมาก
• อิมพีแดนซ์ซีเนอร์มีผลต่อแรงดันไฟฟ้าขาออกเล็กน้อย

ดังนั้นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า Zener จึงถือว่ามีประสิทธิภาพสำหรับการใช้งานแรงดันไฟฟ้าต่ำ ตอนนี้ให้เราดูตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าประเภทอื่น ๆ ซึ่งทำโดยใช้ทรานซิสเตอร์

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์

ตัวควบคุมนี้มีทรานซิสเตอร์เป็นอนุกรมไปยังตัวควบคุมซีเนอร์และทั้งคู่ขนานกับโหลด ทรานซิสเตอร์ทำงานเป็นตัวต้านทานแบบแปรผันที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าขาออกให้คงที่ รูปด้านล่างแสดงตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าชุดทรานซิสเตอร์

ด้วยเงื่อนไขการทำงานของอินพุตกระแสไฟฟ้าผ่านฐานของทรานซิสเตอร์จะเปลี่ยนไป สิ่งนี้มีผลต่อแรงดันไฟฟ้าข้ามทางแยกตัวปล่อยฐานของทรานซิสเตอร์$V_{BE}$. แรงดันไฟฟ้าขาออกจะถูกคงไว้โดยแรงดันไฟฟ้าซีเนอร์$V_Z$ซึ่งคงที่ เนื่องจากทั้งสองได้รับการบำรุงรักษาเท่ากันการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในแหล่งจ่ายอินพุตจะแสดงโดยการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าฐานตัวปล่อย$V_{BE}$.

ดังนั้นแรงดันเอาต์พุต Vo สามารถเข้าใจได้ว่า

$$V_O=V_Z+V_{BE}$$

การทำงานของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าซีรี่ส์ทรานซิสเตอร์

การทำงานของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบอนุกรมต้องได้รับการพิจารณาสำหรับรูปแบบอินพุตและโหลด หากแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเพิ่มขึ้นแรงดันขาออกก็จะเพิ่มขึ้นด้วย แต่สิ่งนี้จะทำให้แรงดันไฟฟ้าข้ามทางแยกฐานตัวเก็บรวบรวม$V_{BE}$ เพื่อลดลงตามแรงดันซีเนอร์ $V_Z$คงที่ การนำไฟฟ้าจะลดลงเมื่อความต้านทานทั่วทั้งภูมิภาคของตัวสะสมตัวปล่อยเพิ่มขึ้น สิ่งนี้จะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าข้ามช่องต่อตัวปล่อยตัวเก็บรวบรวม VCE ซึ่งจะช่วยลดแรงดันเอาต์พุต$V_O$. สิ่งนี้จะคล้ายกันเมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าลดลง

เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงของโหลดซึ่งหมายความว่าหากความต้านทานของโหลดลดลงจะทำให้กระแสโหลดเพิ่มขึ้น $I_L$แรงดันไฟฟ้าขาออก $V_O$ ลดลงเพิ่มแรงดันไฟฟ้าฐานตัวปล่อย $V_{BE}$.

ด้วยการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าฐานตัวปล่อย $V_{BE}$การนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเพื่อลดความต้านทานของตัวสะสมตัวปล่อย สิ่งนี้จะเพิ่มกระแสอินพุตซึ่งจะชดเชยการลดลงของความต้านทานโหลด สิ่งนี้จะคล้ายกันเมื่อกระแสโหลดเพิ่มขึ้น

ข้อ จำกัด ของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าซีรี่ส์ทรานซิสเตอร์

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าซีรี่ส์ทรานซิสเตอร์มีข้อ จำกัด ดังต่อไปนี้ -

• แรงดันไฟฟ้า $V_{BE}$ และ $V_Z$ ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิที่สูงขึ้น
• ไม่มีระเบียบที่ดีสำหรับกระแสสูงเป็นไปได้
• การกระจายพลังงานสูง
• การกระจายพลังงานสูง
• มีประสิทธิภาพน้อยกว่า

เพื่อลดข้อ จำกัด เหล่านี้ให้ใช้ตัวควบคุมการแบ่งทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์ Shunt Voltage Regulator

วงจรควบคุมการแบ่งทรานซิสเตอร์เกิดขึ้นจากการเชื่อมต่อตัวต้านทานแบบอนุกรมกับอินพุตและทรานซิสเตอร์ที่มีฐานและตัวสะสมเชื่อมต่อกันด้วยซีเนอร์ไดโอดที่ควบคุมทั้งคู่ขนานกับโหลด รูปด้านล่างแสดงแผนภาพวงจรของตัวควบคุมการแบ่งทรานซิสเตอร์

การทำงานของทรานซิสเตอร์ Shunt Voltage Regulator

หากแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเพิ่มขึ้นค่า $V_{BE}$ และ $V_O$ยังเพิ่มขึ้น แต่สิ่งนี้เกิดขึ้นในเบื้องต้น จริงๆแล้วเมื่อ$V_{in}$ เพิ่มขึ้นในปัจจุบัน $I_{in}$ยังเพิ่มขึ้น กระแสนี้เมื่อไหลผ่าน RS จะทำให้แรงดันไฟฟ้าตก$V_S$ ข้ามตัวต้านทานแบบอนุกรมซึ่งจะเพิ่มขึ้นด้วย $V_{in}$. แต่สิ่งนี้ทำให้$V_o$เพื่อลด ตอนนี้ลดลงใน$V_o$ชดเชยการเพิ่มขึ้นครั้งแรกโดยรักษาให้คงที่ ดังนั้น$V_o$คงที่ หากแรงดันขาออกลดลงแทนการย้อนกลับจะเกิดขึ้น

ถ้าความต้านทานโหลดลดลงแรงดันไฟฟ้าขาออกจะลดลง $V_o$. กระแสผ่านโหลดเพิ่มขึ้น สิ่งนี้ทำให้กระแสฐานและกระแสสะสมของทรานซิสเตอร์ลดลง แรงดันไฟฟ้าทั่วตัวต้านทานแบบอนุกรมจะต่ำเนื่องจากกระแสไหลมาก กระแสอินพุตจะคงที่

แรงดันขาออกที่ปรากฏจะเป็นความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ $V_i$ และแรงดันไฟฟ้าของซีรีส์ลดลง $V_s$. ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาออกจะเพิ่มขึ้นเพื่อชดเชยการลดลงเริ่มต้นและด้วยเหตุนี้จึงรักษาค่าคงที่ การย้อนกลับเกิดขึ้นถ้าความต้านทานต่อโหลดเพิ่มขึ้น

ตัวควบคุม IC

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้ามีให้บริการในรูปแบบของวงจรรวม (IC) สิ่งเหล่านี้เรียกสั้น ๆ ว่า IC Regulators

นอกเหนือจากการทำงานเช่นเดียวกับตัวควบคุมทั่วไปแล้วตัวควบคุม IC ยังมีคุณสมบัติเช่นการชดเชยความร้อนการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรและการป้องกันไฟกระชากซึ่งติดตั้งอยู่ในอุปกรณ์

ประเภทของตัวควบคุม IC

ตัวควบคุม IC สามารถเป็นประเภทต่อไปนี้ -

• ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าบวกคงที่
• ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าลบคงที่
• ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ปรับได้
• ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบติดตามคู่

ตอนนี้ให้เราพูดคุยในรายละเอียด

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าบวกคงที่

เอาต์พุตของตัวควบคุมเหล่านี้ได้รับการแก้ไขเป็นค่าเฉพาะและค่าเป็นบวกซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ให้คือแรงดันไฟฟ้าบวก

ซีรีย์ที่ใช้มากที่สุดคือ 7800 ซีรีส์และ IC จะเป็นเช่น IC 7806, IC 7812 และ IC 7815 เป็นต้นซึ่งให้แรงดันไฟฟ้า + 6v, + 12v และ + 15v ตามลำดับ รูปด้านล่างแสดง IC 7810 ที่เชื่อมต่อเพื่อให้แรงดันเอาต์พุตที่ควบคุมเป็นบวกคงที่ 10v

ในรูปด้านบนตัวเก็บประจุอินพุต $C_1$ ใช้เพื่อป้องกันการสั่นที่ไม่ต้องการและตัวเก็บประจุเอาต์พุต $C_2$ ทำหน้าที่เป็นตัวกรองบรรทัดเพื่อปรับปรุงการตอบสนองชั่วคราว

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงลบคงที่

เอาต์พุตของตัวควบคุมเหล่านี้ได้รับการแก้ไขเป็นค่าเฉพาะและค่าเป็นลบซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ให้คือแรงดันไฟฟ้าลบ

ซีรีส์ที่ใช้มากที่สุดคือ 7900 ซีรีส์และ IC จะเป็นเช่น IC 7906, IC 7912 และ IC 7915 เป็นต้นซึ่งให้ -6v, -12v และ -15v ตามลำดับเป็นแรงดันเอาต์พุต รูปด้านล่างแสดง IC 7910 ที่เชื่อมต่อเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าขาออกที่มีการควบคุมเชิงลบคงที่ 10v

ในรูปด้านบนตัวเก็บประจุอินพุต $C_1$ ใช้เพื่อป้องกันการสั่นที่ไม่ต้องการและตัวเก็บประจุเอาต์พุต $C_2$ ทำหน้าที่เป็นตัวกรองบรรทัดเพื่อปรับปรุงการตอบสนองชั่วคราว

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ปรับได้

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบปรับได้มีสามขั้ว IN, OUT และ ADJ ขั้วอินพุตและเอาต์พุตเป็นเรื่องปกติในขณะที่เทอร์มินัลที่ปรับได้นั้นมาพร้อมกับตัวต้านทานแบบแปรผันซึ่งช่วยให้เอาต์พุตแตกต่างกันไประหว่างช่วงกว้าง

รูปด้านบนแสดงแหล่งจ่ายไฟที่ไม่มีการควบคุมซึ่งขับเคลื่อนตัวควบคุม IC แบบปรับได้ LM 317 ซึ่งมักใช้กันทั่วไป LM 317 เป็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าขั้วบวกแบบปรับขั้วบวกสามขั้วและสามารถจ่ายกระแสโหลด 1.5A ในช่วงเอาต์พุตที่ปรับได้ตั้งแต่ 1.25v ถึง 37v

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบติดตามคู่

ใช้ตัวควบคุมการติดตามคู่เมื่อต้องการแรงดันไฟฟ้าแยก สิ่งเหล่านี้ให้แรงดันเอาต์พุตที่เป็นบวกและลบเท่ากัน ตัวอย่างเช่น RC4195 IC ให้เอาต์พุต DC ที่ + 15v และ -15v สิ่งนี้ต้องการแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่ไม่ได้ควบคุมสองตัวเช่นอินพุตบวกอาจแตกต่างกันไปตั้งแต่ + 18v ถึง + 30v และอินพุตเชิงลบอาจแตกต่างกันไปตั้งแต่ -18v ถึง -30v

ภาพด้านบนแสดงตัวควบคุม RC4195 IC แบบติดตามคู่ นอกจากนี้ยังมีตัวควบคุมการลากคู่แบบปรับได้ซึ่งเอาต์พุตจะแตกต่างกันไประหว่างขีด จำกัด ที่กำหนดสองข้อ

หัวข้อที่กล่าวถึงจนถึงตอนนี้แสดงถึงส่วนต่างๆของหน่วยจ่ายไฟ ส่วนทั้งหมดเหล่านี้รวมกันทำให้ไฟล์Linear Power Supply. นี่เป็นวิธีการทั่วไปในการรับ DC จากแหล่งจ่ายไฟ AC เข้า

แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น

Linear Power Supply (LPS) เป็นแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุมซึ่งจะกระจายความร้อนจำนวนมากในตัวต้านทานแบบอนุกรมเพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออกที่มีการกระเพื่อมต่ำและมีเสียงรบกวนต่ำ LPS นี้มีแอพพลิเคชั่นมากมาย

แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นต้องใช้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ขนาดใหญ่เพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออกและสร้างความร้อนมากขึ้นส่งผลให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานลดลง อุปกรณ์จ่ายไฟเชิงเส้นมีเวลาตอบสนองชั่วคราวเร็วกว่ารุ่นอื่น ๆ ถึง 100 เท่าซึ่งสำคัญมากในด้านเฉพาะบางประเภท

ข้อดีของ LPS

• แหล่งจ่ายไฟเป็นแบบต่อเนื่อง
• วงจรเป็นเรื่องง่าย
• สิ่งเหล่านี้เป็นระบบที่เชื่อถือได้
• ระบบนี้ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงโหลดแบบไดนามิก
• ความต้านทานของวงจรจะเปลี่ยนไปเพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออก
• เนื่องจากส่วนประกอบทำงานในพื้นที่เชิงเส้นเสียงจะต่ำ
• แรงดันไฟฟ้าขาออกต่ำมาก

ข้อเสียของ LPS

• หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้มีน้ำหนักมากและมีขนาดใหญ่
• การกระจายความร้อนก็มากขึ้น
• ประสิทธิภาพของแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นคือ 40 ถึง 50%
• พลังงานสูญเปล่าในรูปของความร้อนในวงจร LPS
• ได้รับแรงดันเอาต์พุตเดี่ยว

เราได้ผ่านส่วนต่างๆของแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นแล้ว แผนภาพบล็อกของ Linear Power Supply ดังแสดงในรูปต่อไปนี้

แม้จะมีข้อเสียข้างต้น Linear Power Supplies ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องขยายเสียงรบกวนต่ำอุปกรณ์ทดสอบวงจรควบคุม นอกจากนี้ยังใช้ในการรับข้อมูลและการประมวลผลสัญญาณ

ระบบจ่ายไฟทั้งหมดที่ต้องการการควบคุมที่เรียบง่ายและในกรณีที่ประสิทธิภาพไม่เป็นปัญหาจะใช้วงจร LPS เนื่องจากสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าต่ำลงจึงใช้ LPS ในการเปิดวงจรอะนาล็อกที่ละเอียดอ่อน แต่เพื่อเอาชนะข้อเสียของระบบ Linear Power Supply จึงใช้ Switched Mode Power Supply (SMPS)

แหล่งจ่ายไฟสลับโหมด (SMPS)

ข้อเสียของ LPS เช่นประสิทธิภาพที่ต่ำลงความจำเป็นในการใช้ตัวเก็บประจุที่มีมูลค่ามากเพื่อลดการกระเพื่อมและหม้อแปลงที่หนักและมีราคาแพงเป็นต้นจะเอาชนะได้โดยการใช้ Switched Mode Power Supplies.

การทำงานของ SMPS นั้นเข้าใจง่ายโดยรู้ว่าทรานซิสเตอร์ที่ใช้ใน LPS ใช้เพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าตกในขณะที่ทรานซิสเตอร์ใน SMPS ใช้เป็น controlled switch.

กำลังทำงาน

การทำงานของ SMPS สามารถเข้าใจได้จากรูปต่อไปนี้

ให้เราพยายามทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นในแต่ละขั้นตอนของวงจร SMPS

ขั้นตอนการป้อนข้อมูล

สัญญาณอินพุต AC 50 Hz ถูกกำหนดโดยตรงกับวงจรเรียงกระแสและวงจรกรองโดยไม่ต้องใช้หม้อแปลงใด ๆ เอาต์พุตนี้จะมีหลายรูปแบบและค่าความจุของตัวเก็บประจุควรสูงกว่าเพื่อรองรับความผันผวนของอินพุต dc ที่ไม่มีการควบคุมนี้มอบให้กับส่วนสวิตชิ่งกลางของ SMPS

ส่วนการสลับ

อุปกรณ์สวิตชิ่งที่รวดเร็วเช่นทรานซิสเตอร์กำลังหรือ MOSFET ถูกนำมาใช้ในส่วนนี้ซึ่งจะเปิดและปิดตามรูปแบบต่างๆและเอาต์พุตนี้จะมอบให้กับตัวหลักของหม้อแปลงที่มีอยู่ในส่วนนี้ หม้อแปลงที่ใช้ที่นี่มีขนาดเล็กและเบากว่ามากซึ่งแตกต่างจากที่ใช้สำหรับแหล่งจ่ายไฟ 60 Hz สิ่งเหล่านี้มีประสิทธิภาพมากและด้วยเหตุนี้อัตราส่วนการแปลงพลังงานจึงสูงขึ้น

ระยะเอาท์พุท

สัญญาณเอาต์พุตจากส่วนสวิตชิ่งจะได้รับการแก้ไขและกรองอีกครั้งเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ต้องการ นี่คือแรงดันไฟฟ้าขาออกที่มีการควบคุมซึ่งจะถูกกำหนดให้กับวงจรควบคุมซึ่งเป็นวงจรป้อนกลับ ผลลัพธ์สุดท้ายจะได้รับหลังจากพิจารณาสัญญาณป้อนกลับ

หน่วยควบคุม

หน่วยนี้คือวงจรป้อนกลับซึ่งมีหลายส่วน ขอให้เรามีความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับเรื่องนี้จากรูปต่อไปนี้

รูปด้านบนอธิบายถึงชิ้นส่วนด้านในของชุดควบคุม เซ็นเซอร์เอาท์พุทตรวจจับสัญญาณและเชื่อมต่อกับชุดควบคุม สัญญาณจะถูกแยกออกจากส่วนอื่น ๆ เพื่อไม่ให้เกิดการเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันในวงจร แรงดันอ้างอิงจะได้รับเป็นอินพุตเดียวพร้อมกับสัญญาณไปยังเครื่องขยายสัญญาณข้อผิดพลาดซึ่งเป็นตัวเปรียบเทียบที่เปรียบเทียบสัญญาณกับระดับสัญญาณที่ต้องการ

โดยการควบคุมความถี่ในการสับจะรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าสุดท้ายไว้ สิ่งนี้ถูกควบคุมโดยการเปรียบเทียบอินพุตที่กำหนดให้กับเครื่องขยายสัญญาณผิดพลาดซึ่งเอาต์พุตจะช่วยในการตัดสินใจว่าจะเพิ่มหรือลดความถี่ในการสับ PWM oscillator สร้างคลื่นความถี่คงที่มาตรฐาน PWM

เราจะได้แนวคิดที่ดีขึ้นเกี่ยวกับการทำงานที่สมบูรณ์ของ SMPS โดยดูที่รูปต่อไปนี้

SMPS ส่วนใหญ่จะใช้ในกรณีที่การเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าไม่เป็นปัญหาเลยและประสิทธิภาพของระบบมีความสำคัญมาก มีบางประเด็นที่ควรสังเกตเกี่ยวกับ SMPS พวกเขาเป็น

• วงจร SMPS ทำงานโดยการสลับและด้วยเหตุนี้แรงดันไฟฟ้าจึงแตกต่างกันไปอย่างต่อเนื่อง

• อุปกรณ์สวิตชิ่งทำงานในโหมดอิ่มตัวหรือโหมดตัดการทำงาน

• แรงดันขาออกจะถูกควบคุมโดยเวลาในการสลับของวงจรป้อนกลับ

• เวลาในการเปลี่ยนจะถูกปรับโดยการปรับรอบการทำงาน

• ประสิทธิภาพของ SMPS นั้นสูงเนื่องจากแทนที่จะกระจายพลังงานส่วนเกินไปเป็นความร้อนมันจะเปลี่ยนอินพุตอย่างต่อเนื่องเพื่อควบคุมเอาต์พุต

ข้อเสีย

มีข้อเสียเล็กน้อยใน SMPS เช่น

• มีเสียงรบกวนเนื่องจากการสลับความถี่สูง
• วงจรมีความซับซ้อน
• ก่อให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

ข้อดี

ข้อดีของ SMPS ได้แก่

• ประสิทธิภาพสูงถึง 80 ถึง 90%
• การสร้างความร้อนน้อยลง สิ้นเปลืองพลังงานน้อยลง
• ลดการตอบสนองฮาร์มอนิกในแหล่งจ่ายไฟ
• ตัวเครื่องมีขนาดเล็กกะทัดรัด
• ต้นทุนการผลิตลดลง
• ข้อกำหนดสำหรับการระบุจำนวนแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ

การใช้งาน

มีแอพพลิเคชั่นมากมายของ SMPS ใช้ในแผงวงจรหลักของคอมพิวเตอร์เครื่องชาร์จโทรศัพท์มือถือการวัด HVDC เครื่องชาร์จแบตเตอรี่การกระจายพลังงานส่วนกลางยานยนต์เครื่องใช้ไฟฟ้าแล็ปท็อประบบรักษาความปลอดภัยสถานีอวกาศ ฯลฯ

ประเภทของ SMPS

SMPS คือวงจรแหล่งจ่ายไฟสลับโหมดซึ่งออกแบบมาเพื่อรับแรงดันเอาต์พุต DC ที่มีการควบคุมจากแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงหรือกระแสสลับที่ไม่มีการควบคุม SMPS มีสี่ประเภทหลัก ๆ เช่น

• DC เป็น DC Converter
• ตัวแปลง AC เป็น DC
• บินกลับแปลง
• แปลงไปข้างหน้า

ส่วนการแปลง AC เป็น DC ในส่วนอินพุตสร้างความแตกต่างระหว่างตัวแปลง AC เป็น DC และตัวแปลง DC เป็น DC ตัวแปลง Fly back ใช้สำหรับการใช้งานพลังงานต่ำ นอกจากนี้ยังมี Buck Converter และ Boost converter ในประเภท SMPS ซึ่งจะลดหรือเพิ่มแรงดันไฟฟ้าขาออกขึ้นอยู่กับข้อกำหนด SMPS ประเภทอื่น ๆ ได้แก่ ตัวแปลงฟลายแบ็คแบบสั่นตัวเองตัวแปลงบั๊กบูสต์ Cuk Sepic เป็นต้น