Mạch điện tử - Bộ chỉnh lưu toàn sóng

Một mạch chỉnh lưu chỉnh lưu cả nửa chu kỳ dương và âm có thể được gọi là bộ chỉnh lưu toàn sóng vì nó chỉnh lưu chu kỳ hoàn chỉnh. Cấu tạo của bộ chỉnh lưu toàn sóng có thể được thực hiện theo hai loại. họ đang

Bộ chỉnh lưu toàn sóng chạm trung tâm
Cầu chỉnh lưu sóng đầy đủ

Cả hai đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Bây giờ chúng ta hãy xem xét cả hai quá trình xây dựng và làm việc cùng với các dạng sóng của chúng để biết cái nào tốt hơn và tại sao.

Bộ chỉnh lưu toàn sóng khai thác trung tâm

Một mạch chỉnh lưu có thứ cấp máy biến áp được điều chỉnh để có được điện áp đầu ra mong muốn, sử dụng hai điốt thay thế, để chỉnh lưu chu kỳ hoàn chỉnh được gọi là Center-tapped Full wave rectifier circuit. Máy biến áp được khai thác trung tâm ở đây không giống như các trường hợp khác.

Các tính năng của máy biến áp điều chỉnh tâm là -

Việc điều chỉnh được thực hiện bằng cách vẽ một dây dẫn tại điểm giữa của cuộn dây thứ cấp. Làm như vậy cuộn dây này được chia thành hai nửa bằng nhau.
Điện áp tại điểm giữa được khai thác bằng không. Điều này tạo thành một điểm trung lập.
Điều chỉnh trung tâm cung cấp hai điện áp đầu ra riêng biệt có độ lớn bằng nhau nhưng ngược cực với nhau.
Một số vòi có thể được rút ra để có được các mức điện áp khác nhau.

Máy biến áp điều chỉnh trung tâm với hai điốt chỉnh lưu được sử dụng trong việc xây dựng một Center-tapped full wave rectifier. Sơ đồ mạch của một bộ chỉnh lưu toàn sóng có nấc điều chỉnh trung tâm như hình dưới đây.

Làm việc của một CT- FWR

Hình trên có thể hiểu hoạt động của bộ chỉnh lưu toàn sóng khai thác trung tâm. Khi đặt nửa chu kỳ dương của điện áp đầu vào, điểm M ở thứ cấp máy biến áp trở thành dương so với điểm N. Điều này làm cho điốt $ D_1 $ bị phân cực thuận. Do đó dòng điện $ i_1 $ chạy qua điện trở tải từ A đến B. Bây giờ chúng ta có nửa chu kỳ dương ở đầu ra

Khi đặt nửa chu kỳ âm của điện áp đầu vào, điểm M tại thứ cấp của máy biến áp trở nên âm so với điểm N. Điều này làm cho diode $ D_2 $ bị phân cực thuận. Do đó dòng điện $ i_2 $ chạy qua điện trở tải từ A đến B. Bây giờ chúng ta có nửa chu kỳ dương ở đầu ra, ngay cả trong nửa chu kỳ âm của đầu vào.

Dạng sóng của CT FWR

Các dạng sóng đầu vào và đầu ra của bộ chỉnh lưu toàn sóng khai thác trung tâm như sau.

Từ hình trên, rõ ràng là sản lượng thu được cho cả nửa chu kỳ dương và âm. Nó cũng được quan sát thấy rằng đầu ra trên điện trở tải là trongsame direction cho cả hai nửa chu kỳ.

Điện áp nghịch đảo đỉnh

Vì điện áp cực đại trên nửa cuộn thứ cấp là $ V_m $, nên toàn bộ điện áp thứ cấp xuất hiện trên điốt không dẫn điện. Vì thếpeak inverse voltage gấp đôi điện áp cực đại trên nửa cuộn thứ cấp, nghĩa là

$$ PIV = 2V_m $$

Nhược điểm

Có một số nhược điểm đối với bộ chỉnh lưu toàn sóng khai thác trung tâm như -

Vị trí của việc khai thác trung tâm là khó
Điện áp đầu ra một chiều nhỏ
PIV của điốt phải cao

Loại mạch chỉnh lưu toàn sóng tiếp theo là Bridge Full wave rectifier circuit.

Bộ chỉnh lưu toàn sóng cầu

Đây là một mạch chỉnh lưu toàn sóng sử dụng bốn điốt được kết nối ở dạng cầu để không chỉ tạo ra đầu ra trong toàn bộ chu kỳ đầu vào, mà còn loại bỏ các nhược điểm của mạch chỉnh lưu toàn sóng khai thác trung tâm.

Không cần điều chỉnh tâm của máy biến áp trong mạch này. Bốn điốt có tên là $ D_1 $, $ D_2 $, $ D_3 $ và $ D_4 $ được sử dụng để xây dựng mạng kiểu cầu sao cho hai trong số các điốt dẫn điện trong một nửa chu kỳ và hai điốt dẫn điện cho nửa chu kỳ còn lại của nguồn cung cấp đầu vào. Mạch của một bộ chỉnh lưu toàn sóng cầu như hình sau.

Hoạt động của bộ chỉnh lưu toàn sóng cầu

Bộ chỉnh lưu toàn sóng với bốn điốt được kết nối trong mạch cầu được sử dụng để có được phản hồi đầu ra toàn sóng tốt hơn. Khi cho trước nửa chu kỳ dương của nguồn cung cấp đầu vào, điểm P trở nên dương đối với điểmQ. Điều này làm cho diode $ D_1 $ và $ D_3 $ được phân cực thuận trong khi $ D_2 $ và $ D_4 $ được phân cực ngược. Hai điốt này bây giờ sẽ mắc nối tiếp với điện trở tải.

Hình sau chỉ ra điều này cùng với dòng điện thông thường trong mạch.

Do đó, các điốt $ D_1 $ và $ D_3 $ dẫn trong nửa chu kỳ dương của nguồn cung cấp đầu vào để tạo ra đầu ra dọc theo điện trở tải. Khi hai điốt hoạt động để tạo ra đầu ra, điện áp sẽ gấp đôi điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu toàn sóng có điều chỉnh trung tâm.

Khi cho trước nửa chu kỳ âm của nguồn cung cấp đầu vào, điểm P trở nên âm đối với điểm Q. Điều này làm cho diode $ D_1 $ và $ D_3 $ được phân cực ngược trong khi $ D_2 $ và $ D_4 $ được phân cực thuận. Hai điốt này bây giờ sẽ mắc nối tiếp với điện trở tải.

Hình sau chỉ ra điều này cùng với dòng điện thông thường trong mạch.

Do đó, các điốt $ D_ {2} $ và $ D_ {4} $ dẫn trong nửa chu kỳ âm của nguồn cung cấp đầu vào để tạo ra đầu ra dọc theo điện trở tải. Ở đây cũng có hai điốt hoạt động để tạo ra điện áp đầu ra. Dòng điện chạy cùng chiều như trong nửa chu kỳ dương của đầu vào.

Dạng sóng của Bridge FWR

Các dạng sóng đầu vào và đầu ra của bộ chỉnh lưu toàn sóng khai thác trung tâm như sau.

Từ hình trên, chứng tỏ rằng sản lượng thu được cho cả nửa chu kỳ dương và âm. Nó cũng được quan sát thấy rằng đầu ra trên điện trở tải là trongsame direction cho cả hai nửa chu kỳ.

Điện áp nghịch đảo đỉnh

Bất cứ khi nào hai trong số các điốt mắc song song với thứ cấp của máy biến áp, thì điện áp thứ cấp cực đại trên máy biến áp xuất hiện tại các điốt không dẫn điện, điều này tạo nên PIV của mạch chỉnh lưu. Vì thếpeak inverse voltage là điện áp lớn nhất trên cuộn thứ cấp, nghĩa là

$$ PIV = V_m $$

Ưu điểm

Có nhiều ưu điểm đối với bộ chỉnh lưu sóng toàn cầu, chẳng hạn như -

Không cần khai thác trung tâm.
Điện áp đầu ra một chiều gấp đôi điện áp của FWR trung tâm.
PIV của điốt có giá trị bằng một nửa của FWR trung tâm.
Thiết kế của mạch dễ dàng hơn với đầu ra tốt hơn.

Bây giờ chúng ta hãy phân tích các đặc điểm của bộ chỉnh lưu toàn sóng.

Phân tích bộ chỉnh lưu toàn sóng

Để phân tích một mạch chỉnh lưu toàn sóng, chúng ta hãy giả sử điện áp đầu vào $ V_ {i} $ as,

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

Dòng điện $ i_1 $ qua điện trở tải $ R_L $ được cho bởi

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

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

Ở đâu

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

$ R_f $ là điện trở của diode trong điều kiện BẬT.

Tương tự, dòng điện $ i_2 $ chạy qua diode $ D_2 $ và điện trở tải RL được cho bởi,

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

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

Tổng dòng điện chạy qua $ R_L $ là tổng của hai dòng điện $ i_1 $ và $ i_2 $ tức là

$$ i = i_1 + i_2 $$

DC hoặc dòng điện trung bình

Giá trị trung bình của dòng điện đầu ra mà ampe kế một chiều sẽ chỉ ra được đưa ra bởi

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

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

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

$$ = \ frac {I_m} {\ pi} + \ frac {I_m} {\ pi} = \ frac {2I_m} {\ pi} = 0,636I_m $$

Đây là gấp đôi giá trị của bộ chỉnh lưu nửa sóng.

Điện áp đầu ra DC

Điện áp đầu ra một chiều trên tải được cho bởi

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

Do đó điện áp đầu ra một chiều gấp đôi điện áp của bộ chỉnh lưu nửa sóng.

RMS hiện tại

Giá trị RMS của dòng điện được cho bởi

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

Vì dòng điện có hai dạng giống nhau ở hai nửa

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

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

Hiệu quả chỉnh lưu

Hiệu suất chỉnh lưu được định nghĩa là

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

Hiện nay,

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

Và,

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

Vì thế,

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

$$ = 0.812 = 81.2 \% $$

Hiệu suất bộ chỉnh lưu có thể được tính như sau:

Công suất đầu ra một chiều,

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

Nguồn điện đầu vào xoay chiều,

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

Vì thế,

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

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

Do đó, Hiệu suất Phần trăm là

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

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

Do đó, bộ chỉnh lưu toàn sóng có hiệu suất gấp đôi so với bộ chỉnh lưu nửa sóng.

Yếu tố Ripple

Hệ số dạng của điện áp đầu ra được chỉnh lưu của bộ chỉnh lưu toàn sóng được cho bởi

$$ F = \ frac {I_ {rms}} {I_ {dc}} = \ frac {I_m / \ sqrt {2}} {2I_m / \ pi} = 1,11 $$

Hệ số gợn sóng $ \ gamma $ được định nghĩa là (sử dụng lý thuyết mạch xoay chiều)

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

$$ = \ left [\ left (1.11 \ right) ^ 2 -1 \ right] ^ \ frac {1} {2} = 0,48 $$

Đây là một cải tiến lớn so với hệ số gợn sóng của bộ chỉnh lưu nửa sóng là 1,21

Quy định

Điện áp đầu ra một chiều được đưa ra bởi

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

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

Hệ số sử dụng máy biến áp

TUF của bộ chỉnh lưu nửa sóng là 0,287

Có hai cuộn dây thứ cấp trong bộ chỉnh lưu xoay tâm và do đó TUF của bộ chỉnh lưu toàn sóng xoay tâm là

$$ \ left (TUF \ right) _ {avg} = \ frac {P_ {dc}} {VA \: xếp hạng \: of \: a \: MBA} $$

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

$$ = \ frac {0,812 + 0,287 + 0,287} {3} = 0,693 $$

Bộ chỉnh lưu nửa sóng so với toàn sóng

Sau khi đã xem qua tất cả các giá trị của các thông số khác nhau của bộ chỉnh lưu toàn sóng, chúng ta hãy thử so sánh và đối chiếu các tính năng của bộ chỉnh lưu nửa sóng và toàn sóng.

Điều kiện	Bộ chỉnh lưu nửa sóng	FWR được khai thác ở giữa	Cầu FWR
Số lượng điốt	$ 1 $	$ 2 $	$ 4 $
Khai thác máy biến áp	$ Không $	$ Có $	$ Không $
Điện áp nghịch đảo đỉnh	$ V_m $	$ 2V_m $	$ V_m $
Hiệu quả tối đa	$ 40,6 \% $	$ 81,2 \% $	$ 81,2 \% $
Dòng điện trung bình / dc	$ I_m / \ pi $	$ 2I_m / \ pi $	$ 2I_m / \ pi $
điện áp DC	$ V_m / \ pi $	$ 2V_m / \ pi $	$ 2V_m / \ pi $
RMS hiện tại	$ I_m / 2 $	$ I_m / \ sqrt {2} $	$ I_m / \ sqrt {2} $
Yếu tố Ripple	$ 1,21 $	$ 0,48 $	$ 0,48 $
Tần số đầu ra	$ f_ {in} $	$ 2f_ {in} $	$ 2f_ {in} $