Giới hạn và hệ số điện áp

Cùng với các mạch định hình sóng như bộ cắt và bộ kẹp, điốt được sử dụng để cấu tạo các mạch khác như bộ giới hạn và bộ nhân điện áp, mà chúng ta sẽ thảo luận trong chương này. Điốt cũng có một ứng dụng quan trọng khác được gọi là bộ chỉnh lưu, sẽ được thảo luận ở phần sau.

Giới hạn

Một cái tên khác mà chúng ta thường bắt gặp khi đi qua những chiếc máy cắt và kẹp này là mạch giới hạn. Alimiter mạch có thể được hiểu là mạch giới hạn điện áp đầu ra vượt quá giá trị xác định trước.

Đây ít nhiều là một mạch cắt không cho phép vượt quá giá trị quy định của tín hiệu. Trên thực tế, cắt bớt có thể được gọi là một mức độ giới hạn cực độ. Do đó, giới hạn có thể được hiểu là một sự cắt bớt trơn tru.

Hình ảnh sau đây cho thấy một số ví dụ về mạch giới hạn:

Hiệu suất của mạch giới hạn có thể được hiểu từ đường đặc tính truyền của nó. Một ví dụ cho một đường cong như sau.

Giới hạn dưới và giới hạn trên được chỉ định trong biểu đồ chỉ ra các đặc tính của giới hạn. Điện áp đầu ra cho một đồ thị như vậy có thể được hiểu là

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

Ở đâu

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

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

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

Các loại giới hạn

Có một số loại giới hạn như

Unipolar Limiter - Mạch này giới hạn tín hiệu theo một chiều.
Bipolar Limiter - Mạch này giới hạn tín hiệu theo hai chiều.
Soft Limiter - Đầu ra có thể thay đổi trong mạch này dù chỉ một chút thay đổi ở đầu vào.
Hard Limiter - Đầu ra sẽ không dễ dàng thay đổi với sự thay đổi của tín hiệu đầu vào.
Single Limiter - Mạch này sử dụng một diode để hạn chế.
Double Limiter - Mạch này sử dụng hai điốt để hạn chế.

Hệ số điện áp

Có những ứng dụng mà điện áp cần được nhân lên trong một số trường hợp. Điều này có thể được thực hiện dễ dàng với sự trợ giúp của một mạch đơn giản sử dụng điốt và tụ điện. Nếu điện áp tăng gấp đôi, một mạch như vậy được gọi là Bộ nhân đôi điện áp. Điều này có thể được mở rộng để tạo Bộ ghép điện áp hoặc Bộ ghép bốn điện áp, v.v. để có được điện áp DC cao.

Để hiểu rõ hơn, chúng ta hãy xem xét một mạch nhân hiệu điện thế với hệ số 2. Mạch này có thể được gọi là Voltage Doubler. Hình sau cho thấy mạch của một bộ nghi ngờ điện áp.

Điện áp đầu vào được áp dụng sẽ là một tín hiệu AC có dạng sóng sin như trong hình bên dưới.

Đang làm việc

Có thể hiểu mạch nhân điện áp bằng cách phân tích từng nửa chu kỳ của tín hiệu đầu vào. Mỗi chu kỳ làm cho điốt và tụ điện hoạt động theo kiểu khác nhau. Hãy để chúng tôi cố gắng hiểu điều này.

During the first positive half cycle- Khi tín hiệu đầu vào được áp dụng, tụ điện $ C_ {1} $ được sạc và diode $ D_ {1} $ được phân cực thuận. Trong khi diode $ D_ {2} $ được phân cực ngược và tụ điện $ C_ {2} $ không nhận được bất kỳ điện tích nào. Điều này làm cho đầu ra $ V_ {0} $ thành $ V_ {m} $

Điều này có thể được hiểu từ hình sau.

Do đó, trong khoảng thời gian từ 0 đến $ \ pi $, điện áp đầu ra được tạo ra sẽ là $ V_ {max} $. Tụ $ C_ {1} $ được sạc qua diode phân cực thuận $ D_ {1} $ để cung cấp đầu ra, trong khi $ C_ {2} $ không sạc. Điện áp này xuất hiện ở đầu ra.

During the negative half cycle- Sau đó, khi đến nửa chu kỳ âm, diode $ D_ {1} $ được phân cực ngược và diode $ D_ {2} $ được phân cực thuận. Điốt $ D_ {2} $ nhận điện tích qua tụ điện $ C_ {2} $ được sạc trong quá trình này. Sau đó, dòng điện chạy qua tụ điện $ C_ {1} $ phóng điện. Nó có thể được hiểu từ hình sau.

Do đó trong thời gian từ $ \ pi $ đến $ 2 \ pi $, điện áp trên tụ điện $ C_ {2} $ sẽ là $ V_ {max} $. Trong khi tụ điện $ C_ {1} $ được sạc đầy, có xu hướng phóng điện. Bây giờ điện áp từ cả hai tụ điện cùng xuất hiện ở đầu ra, là $ 2V_ {max} $. Vì vậy, điện áp đầu ra $ V_ {0} $ trong chu kỳ này là $ 2V_ {max} $

During the next positive half cycle- Tụ điện $ C_ {1} $ được sạc từ nguồn cung cấp và điốt $ D_ {1} $ được phân cực thuận. Tụ điện $ C_ {2} $ giữ điện tích vì nó sẽ không tìm cách phóng điện và điốt $ D_ {2} $ bị phân cực ngược. Bây giờ, điện áp đầu ra $ V_ {0} $ của chu kỳ này nhận điện áp từ cả hai tụ điện cùng xuất hiện ở đầu ra, là $ 2V_ {max} $.

During the next negative half cycle- Nửa chu kỳ âm tiếp theo làm cho tụ điện $ C_ {1} $ phóng điện lại sau khi đã sạc đầy và diode $ D_ {1} $ phân cực ngược trong khi $ D_ {2} $ thuận và tụ điện $ C_ {2} $ để sạc thêm để duy trì điện áp của nó. Bây giờ, điện áp đầu ra $ V_ {0} $ của chu kỳ này nhận điện áp từ cả hai tụ điện cùng xuất hiện ở đầu ra, là $ 2V_ {max} $.

Do đó, điện áp đầu ra $ V_ {0} $ được duy trì ở mức $ 2V_ {max} $ trong suốt quá trình hoạt động của nó, điều này làm cho mạch trở thành bộ nghi ngờ điện áp.

Bộ nhân điện áp chủ yếu được sử dụng khi yêu cầu điện áp DC cao. Ví dụ, ống tia âm cực và màn hình máy tính.

Chia điện áp

Trong khi điốt được sử dụng để nhân điện áp, một bộ điện trở nối tiếp có thể được tạo thành một mạng nhỏ để phân chia điện áp. Các mạng như vậy được gọi làVoltage Divider mạng lưới.

Bộ chia điện áp là mạch biến điện áp lớn hơn thành điện áp nhỏ hơn. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng các điện trở mắc nối tiếp. Đầu ra sẽ là một phần nhỏ của đầu vào. Điện áp đầu ra phụ thuộc vào điện trở của tải mà nó truyền động.

Chúng ta hãy thử để biết cách hoạt động của một mạch phân áp. Hình dưới đây là một ví dụ về mạng phân áp đơn giản.

Nếu chúng ta cố gắng vẽ một biểu thức cho điện áp đầu ra,

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

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

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

So sánh cả hai,

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

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

Đây là biểu thức để có được giá trị của điện áp đầu ra. Do đó, điện áp đầu ra được chia tùy thuộc vào giá trị điện trở của các điện trở trong mạng. Nhiều điện trở được thêm vào để có các phần khác nhau của điện áp đầu ra khác nhau.

Hãy để chúng tôi một bài toán ví dụ để hiểu thêm về bộ chia điện áp.