Elektronik Devreler - Tam Dalga Doğrultucular

Hem pozitif hem de negatif yarım döngüleri düzelten bir Doğrultucu devresi, tüm çevrimi düzelttiği için tam dalga doğrultucu olarak adlandırılabilir. Tam dalgalı bir doğrultucu konstrüksiyonu iki tipte yapılabilir. Onlar

Ortadan kılavuzlu Tam dalga doğrultucu
Köprü tam dalga doğrultucu

Her ikisinin de avantajları ve dezavantajları vardır. Şimdi, hangisinin daha iyi olduğunu ve nedenini bilmek için bunların her ikisinin de inşasını inceleyelim ve dalga biçimleriyle birlikte çalışalım.

Ortadan kılavuzlu Tam Dalga Doğrultucu

İstenilen çıkış voltajını elde etmek için trafosu sekonder bağlanan, alternatif olarak tüm çevrimi düzeltmek için iki diyot kullanan bir redresör devresi denir. Center-tapped Full wave rectifier circuit. Transformatör, diğer durumlardan farklı olarak buraya merkezlenir.

Bir merkezleme transformatörünün özellikleri şunlardır:

Kılavuz çekme, ikincil sargının orta noktasında bir kurşun çekilerek yapılır. Bu sargı, bu şekilde iki eşit yarıya bölünür.
Kademeli orta noktadaki voltaj sıfırdır. Bu tarafsız bir nokta oluşturur.
Merkezden vurma, büyüklük olarak eşit ancak polarite açısından birbirine zıt olan iki ayrı çıkış voltajı sağlar.
Farklı voltaj seviyeleri elde etmek için bir dizi bant çekilebilir.

İki doğrultucu diyotlu merkez-tapalı transformatör, bir Center-tapped full wave rectifier. Merkeze vurulmuş tam dalga doğrultucunun devre şeması aşağıda gösterildiği gibidir.

CT-FWR'nin Çalışması

Merkeze kılavuzlu bir tam dalga doğrultucunun çalışması yukarıdaki şekilden anlaşılabilir. Giriş voltajının pozitif yarı döngüsü uygulandığında, trafo sekonderindeki M noktası N noktasına göre pozitif hale gelir. Bu, diyot $ D_1 $ ileriye doğru önyargılı hale getirir. Dolayısıyla, yük direncinden A'dan B'ye akım $ i_1 $ akar. Şimdi çıktıda pozitif yarı döngülerimiz var

Giriş voltajının negatif yarı döngüsü uygulandığında, trafo sekonderindeki M noktası N noktasına göre negatif olur. Bu, $ D_2 $ diyotunu ileri yönlü yapar. Dolayısıyla, akım $ i_2 $, yük direncinden A'dan B'ye akar. Şimdi, girişin negatif yarım döngüleri sırasında bile çıkışta pozitif yarı döngülerimiz var.

CT FWR dalga formları

Ortadan kılavuzlu tam dalga doğrultucunun giriş ve çıkış dalga formları aşağıdaki gibidir.

Yukarıdaki şekilden, çıktının hem pozitif hem de negatif yarı döngüler için elde edildiği açıktır. Ayrıca, yük direnci üzerindeki çıkışın,same direction her iki yarım döngü için.

Tepe Ters Gerilimi

Yarım ikincil sargı boyunca maksimum voltaj $ V_m $ olduğundan, ikincil voltajın tamamı iletken olmayan diyot boyunca görünür. Dolayısıylapeak inverse voltage yarı sekonder sargı boyunca maksimum voltajın iki katıdır, yani

$$ PIV = 2V_m $$

Dezavantajları

Merkeze bağlı tam dalga doğrultucu için birkaç dezavantaj vardır, örneğin -

Merkeze vurmanın konumu zor
DC çıkış voltajı küçüktür
Diyotların PIV değeri yüksek olmalıdır

Bir sonraki tür tam dalga doğrultucu devresi, Bridge Full wave rectifier circuit.

Köprü Tam Dalga Doğrultucu

Bu, yalnızca girişin tam çevrimi sırasında çıkışı üretmek için değil, aynı zamanda merkez-kılavuzlu tam dalga doğrultucu devresinin dezavantajlarını ortadan kaldırmak için köprü biçiminde bağlanmış dört diyotu kullanan böyle bir tam dalgalı doğrultucu devresidir.

Bu devrede transformatörün herhangi bir merkez bağlantısına gerek yoktur. Köprü tipi bir ağ oluşturmada $ D_1 $, $ D_2 $, $ D_3 $ ve $ D_4 $ olarak adlandırılan dört diyot kullanılır, böylece diyotlardan ikisi bir yarım döngü ve ikisi giriş beslemesinin diğer yarım döngüsü için çalışır. Bir köprü tam dalga doğrultucunun devresi aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.

Köprü Tam Dalga Doğrultucunun Çalışması

Daha iyi bir tam dalga çıkış tepkisi elde etmek için köprü devresine bağlı dört diyotlu tam dalga doğrultucu kullanılır. Giriş beslemesinin pozitif yarı döngüsü verildiğinde, P noktası noktaya göre pozitif olur.Q. Bu, $ D_1 $ ve $ D_3 $ diyotunu ileri taraflı hale getirirken, $ D_2 $ ve $ D_4 $ ters taraflı yapar. Bu iki diyot artık yük direnci ile seri olacaktır.

Aşağıdaki şekil, devredeki geleneksel akım akışı ile birlikte bunu göstermektedir.

Bu nedenle, giriş kaynağının pozitif yarı döngüsü sırasında yük direnci boyunca çıktı üretmek için diyotlar $ D_1 $ ve $ D_3 $ yürütülür. Çıkışı üretmek için iki diyot çalıştığı için, voltaj, merkeze bağlı tam dalga doğrultucunun çıkış voltajının iki katı olacaktır.

Giriş beslemesinin negatif yarı döngüsü verildiğinde, P noktası noktaya göre negatif olur Q. Bu, $ D_1 $ ve $ D_3 $ diyotunu ters taraflı, $ D_2 $ ve $ D_4 $ ileri taraflı yapar. Bu iki diyot artık yük direnci ile seri olacaktır.

Aşağıdaki şekil, devredeki geleneksel akım akışı ile birlikte bunu göstermektedir.

Bu nedenle, $ D_ {2} $ ve $ D_ {4} $ diyotları giriş kaynağının negatif yarı döngüsü sırasında yük direnci boyunca çıktı üretmek için hareket eder. Burada da çıkış voltajını üretmek için iki diyot çalışır. Akım, girişin pozitif yarım döngüsü sırasında olduğu gibi aynı yönde akar.

Köprü FWR Dalga Formları

Ortadan kılavuzlu tam dalga doğrultucunun giriş ve çıkış dalga formları aşağıdaki gibidir.

Tepe Ters Gerilimi

Diyotlardan ikisi transformatörün sekonderine paralel olduğunda, transformatör boyunca maksimum sekonder voltaj, redresör devresinin PIV'sini oluşturan iletken olmayan diyotlarda görülür. Dolayısıylapeak inverse voltage ikincil sargı boyunca maksimum gerilimdir, yani

$$ PIV = V_m $$

Avantajlar

Bir köprü tam dalga doğrultucunun birçok avantajı vardır, örneğin -

Merkeze vurmaya gerek yok.
DC çıkış voltajı, merkez kademeli FWR'nin iki katıdır.
Diyotların PIV değeri, merkez vurucu FWR'nin yarı değerindedir.
Daha iyi çıkış ile devrenin tasarımı daha kolaydır.

Şimdi tam dalgalı bir doğrultucunun özelliklerini analiz edelim.

Tam Dalga Doğrultucu Analizi

Tam dalgalı bir doğrultucu devresini analiz etmek için, $ V_ {i} $ giriş gerilimini şu şekilde varsayalım:

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

Yük direnci $ R_L $ üzerinden geçerli $ i_1 $,

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

$$ i_1 = \ quad0 \ quad \ quad \ quad, \ quad \ pi \ leq \ omega t \ leq 2 \ pi $$ için

Nerede

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

$ R_f $, ON durumunda diyot direncidir.

Benzer şekilde, $ D_2 $ diyotundan akan mevcut $ i_2 $ ve yük direnci RL, tarafından verilir,

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

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

$ R_L $ üzerinden geçen toplam akım, $ i_1 $ ve $ i_2 $ ie akımlarının toplamıdır.

$$ i = i_1 + i_2 $$

DC veya Ortalama Akım

Bir DC ampermetrenin göstereceği ortalama çıkış akımı değeri şu şekilde verilir:

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

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

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

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

Bu, yarım dalga doğrultucunun değerinin iki katıdır.

DC Çıkış Gerilimi

Yük boyunca DC çıkış voltajı,

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

Dolayısıyla, dc çıkış voltajı, yarım dalga doğrultucunun iki katıdır.

RMS Akımı

Akımın RMS değeri şu şekilde verilir:

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

Akım, iki yarıda iki aynı formda olduğundan

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

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

Doğrultucu Verimliliği

Doğrultucu verimliliği şu şekilde tanımlanır:

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

Şimdi,

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

Ve,

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

Bu nedenle,

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

$$ = 0,812 = 81,2 \% $$

Doğrultucu verimliliği aşağıdaki şekilde hesaplanabilir -

DC çıkış gücü,

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

AC giriş gücü,

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

Bu nedenle,

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

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

Bu nedenle, Yüzde Verimlilik

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

$$ = 81,2 \% \ quad eğer \: R_f = 0 $$

Böylece, tam dalgalı bir doğrultucu, yarım dalga doğrultucunun iki katı verimliliğe sahiptir.

Dalgalanma Faktörü

Tam dalgalı bir redresörün doğrultulmuş çıkış voltajının biçim faktörü şu şekilde verilir:

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

Dalgalanma faktörü $ \ gamma $ şu şekilde tanımlanır (ac devre teorisi kullanılarak)

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

$$ = \ left [\ left (1,11 \ sağ) ^ 2 -1 \ sağ] ^ \ frac {1} {2} = 0,48 $$

Bu, yarım dalga doğrultucunun 1,21 olan dalgalanma faktörüne göre büyük bir gelişmedir.

Yönetmelik

DC çıkış voltajı şu şekilde verilir:

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

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

Trafo Kullanım Faktörü

Yarım dalga doğrultucunun TUF'si 0,287'dir

Merkeze kılavuzlu bir doğrultucuda iki ikincil sargı vardır ve bu nedenle merkeze bağlı tam dalga doğrultucunun TUF'si

$$ \ left (TUF \ right) _ {ort} = \ frac {P_ {dc}} {VA \: rating \: of \: a \: transformer} $$

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

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

Yarım Dalga ve Tam Dalga Doğrultucu

Tam dalgalı doğrultucunun farklı parametrelerinin tüm değerlerini inceledikten sonra, yarım dalga ve tam dalga doğrultucuların özelliklerini karşılaştırmaya ve karşılaştırmaya çalışalım.

Koşullar	Yarım Dalga Doğrultucu	Merkez Kılavuzlu FWR	Köprü FWR
Diyot Sayısı	1 $	2 $	4 $
Transformatör bağlantısı	$ Hayır $	$ Evet $	$ Hayır $
Tepe Ters Gerilimi	$ V_m $	$ 2V_m $	$ V_m $
Maksimum Verimlilik	40,6 ABD doları \% $	81,2 $ \% $	81,2 $ \% $
Ortalama / dc akım	$ I_m / \ pi $	$ 2I_m / \ pi $	$ 2I_m / \ pi $
DC gerilimi	$ V_m / \ pi $	$ 2V_m / \ pi $	$ 2V_m / \ pi $
RMS akımı	$ I_m / 2 $	$ I_m / \ sqrt {2} $	$ I_m / \ sqrt {2} $
Dalgalanma Faktörü	1,21 $	0,48 ABD doları	0,48 ABD doları
Çıkış frekansı	$ f_ {in} $	$ 2f_ {in} $	$ 2f_ {in} $