Mạch điện tử - Hướng dẫn nhanh

Trong Điện tử, chúng tôi có các thành phần khác nhau phục vụ các mục đích khác nhau. Có nhiều phần tử khác nhau được sử dụng trong nhiều loại mạch tùy thuộc vào ứng dụng.

Linh kiện điện tử

Tương tự như viên gạch xây tường, cấu kiện là viên gạch cơ bản của mạch. AComponent là một yếu tố cơ bản góp phần phát triển một ý tưởng thành một circuit để thực hiện.

Mỗi thành phần có một vài thuộc tính cơ bản và thành phần hoạt động tương ứng. Nó phụ thuộc vào phương châm của nhà phát triển để sử dụng chúng cho việc xây dựng mạch dự kiến. Hình ảnh sau đây cho thấy một vài ví dụ về các thành phần điện tử được sử dụng trong các mạch điện tử khác nhau.

Chỉ để thu thập một ý tưởng, chúng ta hãy xem xét các loại Thành phần. Họ có thể làActive Components hoặc là Passive Components.

Thành phần hoạt động

• Thành phần Hoạt động là những thành phần dẫn khi cung cấp một số năng lượng bên ngoài.

• Các Thành phần Hoạt động tạo ra năng lượng dưới dạng điện áp hoặc dòng điện.

• Examples - Điốt, bóng bán dẫn, máy biến áp, v.v.

Thành phần thụ động

• Các thành phần bị động là những thành phần bắt đầu hoạt động sau khi chúng được kết nối. Không cần năng lượng bên ngoài cho hoạt động của chúng.

• Các thành phần thụ động lưu trữ và duy trì năng lượng dưới dạng điện áp hoặc dòng điện.

• Examples - Điện trở, tụ điện, cuộn cảm, v.v.

Chúng tôi cũng có một phân loại khác là Linear và Non-Linear các yếu tố.

Thành phần tuyến tính

• Phần tử hoặc thành phần tuyến tính là những phần tử có mối quan hệ tuyến tính giữa dòng điện và điện áp.

• Các thông số của phần tử tuyến tính không thay đổi đối với dòng điện và điện áp.

• Examples - Điốt, bóng bán dẫn, máy biến áp, v.v.

Các thành phần phi tuyến tính

• Phần tử hoặc thành phần phi tuyến tính là những phần tử có mối quan hệ phi tuyến tính giữa dòng điện và điện áp.

• Các tham số của phần tử phi tuyến tính được thay đổi đối với dòng điện và điện áp.

• Examples - Điện trở, tụ điện, cuộn cảm, v.v.

Đây là những thành phần dành cho các mục đích khác nhau, mà hoàn toàn có thể thực hiện một nhiệm vụ ưu tiên mà chúng được xây dựng. Sự kết hợp của các thành phần khác nhau như vậy được gọi làCircuit.

Mạch điện

Một số thành phần nhất định khi được kết nối vào một mục đích theo một kiểu cụ thể sẽ tạo ra một circuit. Mạch là một mạng gồm các thành phần khác nhau. Có nhiều loại mạch khác nhau.

Hình ảnh sau đây cho thấy các loại mạch điện tử khác nhau. Nó hiển thị Bảng mạch in là một nhóm các mạch điện tử được kết nối trên bảng.

Các mạch điện tử có thể được phân nhóm thành các loại khác nhau tùy thuộc vào hoạt động, kết nối, cấu trúc của chúng, v.v. Hãy thảo luận thêm về các loại Mạch điện tử.

Mạch hoạt động

• Một mạch được xây dựng bằng các thành phần Hoạt động được gọi là Active Circuit.

• Nó thường chứa một nguồn điện mà từ đó mạch trích ra nhiều năng lượng hơn và cung cấp cho tải.

• Nguồn bổ sung được thêm vào đầu ra và do đó công suất đầu ra luôn lớn hơn công suất đầu vào được áp dụng.

• Sức mạnh đạt được sẽ luôn lớn hơn sự thống nhất.

Mạch thụ động

• Một mạch được xây dựng bằng cách sử dụng các thành phần Thụ động được gọi là Passive Circuit.

• Ngay cả khi nó chứa một nguồn điện, mạch không trích xuất bất kỳ nguồn điện nào.

• Công suất bổ sung không được thêm vào đầu ra và do đó công suất đầu ra luôn nhỏ hơn công suất đầu vào được áp dụng.

• Sức mạnh đạt được sẽ luôn ít hơn sự thống nhất.

Các mạch điện tử cũng có thể được phân loại là Analog, Digital, hoặc là Mixed.

Mạch tương tự

• Mạch tương tự có thể là mạch có các thành phần tuyến tính trong đó. Do đó nó là một mạch tuyến tính.

• Một mạch tương tự có các đầu vào tín hiệu tương tự là dải điện áp liên tục.

Mạch kỹ thuật số

• Mạch kỹ thuật số có thể là mạch có các thành phần phi tuyến tính trong đó. Do đó nó là một mạch phi tuyến tính.

• Nó chỉ có thể xử lý các tín hiệu kỹ thuật số.

• Một mạch kỹ thuật số có các đầu vào tín hiệu kỹ thuật số là các giá trị rời rạc.

Mạch tín hiệu hỗn hợp

• Mạch tín hiệu hỗn hợp có thể là mạch có cả thành phần tuyến tính và phi tuyến tính trong đó. Do đó nó được gọi là mạch tín hiệu hỗn hợp.

• Các mạch này bao gồm mạch tương tự cùng với bộ vi xử lý để xử lý đầu vào.

Tùy thuộc vào loại kết nối, các mạch có thể được phân loại là Series Circuit hoặc là Parallel Circuit. Mạch A nối tiếp là mạch được kết nối theo chuỗi vàparallel circuit là một trong đó có các thành phần của nó được kết nối song song.

Bây giờ chúng ta đã có ý tưởng cơ bản về các linh kiện điện tử, hãy tiếp tục và thảo luận về mục đích của chúng sẽ giúp chúng ta xây dựng các mạch tốt hơn cho các ứng dụng khác nhau. Bất kể mục đích của mạch điện tử là gì (xử lý, gửi, nhận, phân tích), quá trình này được thực hiện dưới dạng tín hiệu. Trong chương tiếp theo, chúng ta sẽ thảo luận về các tín hiệu và loại tín hiệu có trong mạch điện tử.

A Signalcó thể được hiểu là "một biểu diễn cung cấp một số thông tin về dữ liệu có tại nguồn mà từ đó nó được tạo ra." Điều này thường là thời gian thay đổi. Do đó, một tín hiệu có thể làsource of energy which transmits some information. Điều này có thể dễ dàng được biểu diễn trên đồ thị.

Ví dụ

• Chuông báo động báo hiệu đã đến giờ.
• Một tiếng còi bếp xác nhận rằng thức ăn đã chín.
• Đèn đỏ báo hiệu một số nguy hiểm.
• Tín hiệu giao thông cho biết bạn đang di chuyển.
• Điện thoại đổ chuông báo hiệu cuộc gọi cho bạn.

Một tín hiệu có thể thuộc bất kỳ loại nào để truyền tải một số thông tin. Tín hiệu này được tạo ra từ một thiết bị điện tử, được gọi làElectronic Signal hoặc là Electrical Signal. Đây thường là các biến thể thời gian.

Các loại tín hiệu

Tín hiệu có thể được phân loại là Analog hoặc Digital, tùy thuộc vào đặc điểm của chúng. Tín hiệu tương tự và tín hiệu kỹ thuật số có thể được phân loại thêm, như thể hiện trong hình sau.

Tín hiệu tương tự

Một tín hiệu thay đổi thời gian liên tục, biểu thị một đại lượng thay đổi theo thời gian, có thể được gọi là Analog Signal. Tín hiệu này liên tục thay đổi theo thời gian, theo các giá trị tức thời của đại lượng đại diện cho nó.

Tín hiệu kĩ thuật số

Một tín hiệu là discrete trong tự nhiên hoặc đó là non-continuous trong hình thức có thể được gọi là Digital signal. Tín hiệu này có các giá trị riêng lẻ, được ký hiệu riêng biệt, không dựa trên các giá trị trước đó, như thể chúng được phát sinh tại thời điểm cụ thể đó.

Tín hiệu định kỳ & Tín hiệu theo chu kỳ

Bất kỳ tín hiệu tương tự hoặc kỹ thuật số nào, lặp lại mẫu của nó trong một khoảng thời gian, được gọi là Periodic Signal. Tín hiệu này có mô hình lặp đi lặp lại và dễ được giả định hoặc tính toán.

Bất kỳ tín hiệu tương tự hoặc kỹ thuật số nào, không lặp lại kiểu của nó trong một khoảng thời gian, được gọi là Aperiodic Signal. Tín hiệu này có mô hình tiếp tục nhưng mô hình này không lặp lại và không dễ được giả định hoặc tính toán.

Tín hiệu & Ký hiệu

Trong sô Periodic Signals, các tín hiệu được sử dụng phổ biến nhất là sóng Sine, sóng Cosine, sóng hình tam giác, sóng vuông, sóng hình chữ nhật, sóng răng cưa, dạng sóng xung hoặc tàu xung, v.v ... chúng ta hãy xem các dạng sóng đó.

Tín hiệu bước đơn vị

Tín hiệu bước đơn vị có giá trị là một đơn vị tính từ điểm gốc đến một đơn vị trên trục X. Điều này chủ yếu được sử dụng như một tín hiệu thử nghiệm. Hình ảnh của tín hiệu bước đơn vị được hiển thị bên dưới.

Hàm bước đơn vị được biểu thị bằng $u\left ( t \right )$. Nó được định nghĩa là -

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

Tín hiệu xung đơn vị

Tín hiệu xung đơn vị có giá trị bằng một đơn vị tại gốc của nó. Diện tích của nó là một đơn vị. Hình ảnh của tín hiệu xung đơn vị được hiển thị dưới đây.

Hàm xung đơn vị được biểu thị bằng ẟ(t). Nó được định nghĩa là

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

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

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

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

Tín hiệu đường dốc đơn vị

Tín hiệu đường dốc đơn vị có giá trị tăng theo cấp số nhân so với gốc của nó. Hình ảnh của tín hiệu đường dốc đơn vị được hiển thị bên dưới.

Hàm dốc đơn vị được biểu thị bằng u(t). Nó được định nghĩa là -

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

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

Tín hiệu Parabol đơn vị

Tín hiệu parabol đơn vị có giá trị thay đổi giống như một parabol tại điểm gốc của nó. Hình ảnh của tín hiệu parabol đơn vị được hiển thị bên dưới.

Hàm parabol đơn vị được ký hiệu là $u\left ( t \right )$. Nó được định nghĩa là -

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

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

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

Hàm Signum

Hàm Signum có giá trị được phân bố đều trong cả hai mặt phẳng âm và dương tính từ gốc của nó. Hình ảnh của hàm Signum được hiển thị bên dưới.

Hàm Signum được ký hiệu là sgn(t). Nó được định nghĩa là

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

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

Tín hiệu mũ

Tín hiệu hàm mũ có giá trị thay đổi theo cấp số nhân so với nguồn gốc của nó. Hàm mũ có dạng:

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

Hình dạng của cấp số nhân có thể được xác định bởi $\alpha$. Chức năng này có thể được hiểu trong 3 trường hợp

Case 1 -

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

Case 2 -

Nếu $ \ alpha <0 $ thì $x\left ( t \right )=e^{\alpha t}$ Ở đâu $\alpha$là tiêu cực. Hình dạng này được gọi làdecaying exponential.

Case 3 -

Nếu $\alpha > 0$ sau đó $x\left ( t \right )=e^{\alpha t}$ Ở đâu $\alpha$tích cực. Hình dạng này được gọi làraising exponential.

Tín hiệu hình chữ nhật

Tín hiệu hình chữ nhật có giá trị được phân bố dưới dạng hình chữ nhật trong cả hai mặt phẳng âm và dương tính từ gốc của nó. Hình ảnh của tín hiệu hình chữ nhật được hiển thị dưới đây.

Hàm hình chữ nhật được ký hiệu là $x\left ( t \right )$. Nó được định nghĩa là

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

Tín hiệu tam giác

Tín hiệu hình chữ nhật có giá trị được phân bố dưới dạng hình tam giác trong cả hai mặt phẳng âm và dương tính từ gốc của nó. Hình ảnh của tín hiệu tam giác được hiển thị dưới đây.

Hàm tam giác được ký hiệu là$x\left ( t \right )$. Nó được định nghĩa là

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

Tín hiệu hình sin

Tín hiệu hình sin có giá trị thay đổi theo hình sin so với nguồn gốc của nó. Hình ảnh của tín hiệu hình sin được hiển thị bên dưới.

Hàm hình sin được ký hiệu là x (t). Nó được định nghĩa là -

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

hoặc là

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

Ở đâu $T_{0}=\frac{2 \pi}{w_{0}}$

Hàm Sinc

Tín hiệu Sinc có giá trị thay đổi theo một mối quan hệ cụ thể như trong phương trình dưới đây. Nó có giá trị lớn nhất tại gốc và tiếp tục giảm khi di chuyển ra xa. Hình ảnh của một tín hiệu chức năng Sinc được hiển thị bên dưới.

Hàm Sinc được ký hiệu là sinc(t). Nó được định nghĩa là -

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

Vì vậy, đây là những tín hiệu khác nhau mà chúng ta thường bắt gặp trong lĩnh vực Điện tử và Truyền thông. Mọi tín hiệu có thể được xác định trong một phương trình toán học để làm cho việc phân tích tín hiệu dễ dàng hơn.

Mỗi tín hiệu có một dạng sóng cụ thể như đã đề cập trước đây. Sự định hình của sóng có thể làm thay đổi nội dung hiện có trong tín hiệu. Dù sao đi nữa, kỹ sư thiết kế có quyết định thay đổi sóng hay không cho bất kỳ mạch cụ thể nào. Tuy nhiên, để thay đổi hình dạng của sóng, có một số kỹ thuật sẽ được thảo luận trong các đơn vị tiếp theo

Tín hiệu cũng có thể được gọi là Wave. Mọi sóng đều có một hình dạng nhất định khi nó được biểu diễn dưới dạng đồ thị. Hình dạng này có thể có nhiều loại khác nhau như hình sin, hình vuông, hình tam giác, v.v. thay đổi theo khoảng thời gian hoặc chúng có thể có một số hình dạng ngẫu nhiên bất kể khoảng thời gian.

Các loại hình dạng sóng

Có hai kiểu tạo hình sóng chính. Họ là -

• Định hình sóng tuyến tính
• Định hình sóng phi tuyến tính

Định hình sóng tuyến tính

Các phần tử tuyến tính như điện trở, tụ điện và cuộn cảm được sử dụng để định hình tín hiệu trong định dạng sóng tuyến tính này. Một đầu vào sóng hình sin có đầu ra sóng hình sin và do đó các đầu vào không hình thang được sử dụng nổi bật hơn để hiểu định dạng sóng tuyến tính.

Filtering là quá trình làm suy giảm tín hiệu không mong muốn hoặc để tái tạo các phần đã chọn của các thành phần tần số của một tín hiệu cụ thể.

Bộ lọc

Trong quá trình định hình tín hiệu, nếu cảm thấy không mong muốn một số phần của tín hiệu, chúng có thể bị cắt bằng cách sử dụng Mạch lọc. A Filter is a circuit that can remove unwanted portions of a signal at its input. Quá trình giảm cường độ của tín hiệu cũng được gọi làAttenuation.

Chúng tôi có một số thành phần giúp chúng tôi trong các kỹ thuật lọc.

• A Capacitor có tài sản để allow AC và để block DC

• An Inductor có tài sản để allow DC nhưng blocks AC.

Sử dụng các thuộc tính này, hai thành phần này đặc biệt được sử dụng để chặn hoặc cho phép AC hoặc là DC. Bộ lọc có thể được thiết kế tùy thuộc vào các thuộc tính này.

Chúng tôi có bốn loại bộ lọc chính -

• Bộ lọc thông thấp
• Bộ lọc thông cao
• Bộ lọc băng thông
• Bộ lọc dừng dải

Bây giờ chúng ta hãy thảo luận chi tiết về các loại bộ lọc này.

Bộ lọc thông thấp

Mạch lọc cho phép một tập hợp các tần số thấp hơn một giá trị xác định có thể được gọi là Low pass filter. Bộ lọc này vượt qua các tần số thấp hơn. Sơ đồ mạch của bộ lọc thông thấp sử dụng RC và RL như hình dưới đây.

Bộ lọc tụ điện hoặc RC bộ lọc và bộ lọc cuộn cảm hoặc bộ lọc RL đều hoạt động như bộ lọc thông thấp.

• The RC filter- Khi tụ điện được đặt trong shunt, AC nó cho phép được nối đất. Điều này bằng cách vượt qua tất cả các thành phần tần số cao trong khi cho phép DC ở đầu ra.

• The RL filter- Khi cuộn cảm được đặt nối tiếp, DC được phép đến đầu ra. Cuộn cảm chặn AC không được phép ở đầu ra.

Biểu tượng cho bộ lọc thông thấp (LPF) như dưới đây.

Phản hồi thường xuyên

Đáp ứng tần số của một bộ lọc thực tế được thể hiện dưới đây và đáp ứng tần số của LPF lý tưởng khi không xem xét các yếu tố thực tế của các thành phần điện tử sẽ như sau.

Tần số cắt cho bất kỳ bộ lọc nào là tần số tới hạn $f_{c}$mà bộ lọc nhằm mục đích làm suy giảm (cắt) tín hiệu. Một bộ lọc lý tưởng có điểm cắt hoàn hảo trong khi bộ lọc thực tế có một số hạn chế.

Bộ lọc RLC

Sau khi biết về bộ lọc RC và RL, người ta có thể có ý tưởng rằng sẽ tốt hơn nếu thêm hai mạch này để có phản hồi tốt hơn. Hình vẽ sau cho biết mạch điện RLC có dạng như thế nào.

Tín hiệu ở đầu vào đi qua cuộn cảm chặn AC và cho phép DC. Bây giờ, đầu ra đó một lần nữa được chuyển qua tụ điện trong shunt, làm cơ sở cho thành phần AC còn lại nếu có, hiện diện trong tín hiệu, cho phép DC ở đầu ra. Do đó, chúng ta có một DC thuần túy ở đầu ra. Đây là một mạch thông thấp tốt hơn so với cả hai.

Bộ lọc thông cao

Mạch lọc cho phép tập hợp các tần số above a specified value có thể được gọi là High pass filter. Bộ lọc này vượt qua các tần số cao hơn. Sơ đồ mạch của bộ lọc thông cao sử dụng RC và RL như hình dưới đây.

Bộ lọc tụ điện hoặc RC bộ lọc và bộ lọc cuộn cảm hoặc RL cả hai bộ lọc hoạt động như bộ lọc thông cao.

Bộ lọc RC

Khi tụ điện được đặt nối tiếp, nó chặn các thành phần DC và cho phép các thành phần AC xuất hiện. Do đó, các thành phần tần số cao xuất hiện ở đầu ra trên điện trở.

Bộ lọc RL

Khi cuộn cảm được đặt trong shunt, DC được phép nối đất. Thành phần AC còn lại, xuất hiện ở đầu ra. Biểu tượng cho bộ lọc thông cao (HPF) như được đưa ra bên dưới.

Phản hồi thường xuyên

Đáp ứng tần số của một bộ lọc thực tế được minh họa dưới đây và đáp ứng tần số của HPF lý tưởng khi không xem xét các yếu tố thực tế của các thành phần điện tử sẽ như sau.

Tần số cắt cho bất kỳ bộ lọc nào là tần số tới hạn $f_{c}$mà bộ lọc nhằm mục đích làm suy giảm (cắt) tín hiệu. Một bộ lọc lý tưởng có điểm cắt hoàn hảo trong khi bộ lọc thực tế có một số hạn chế.

Bộ lọc RLC

Sau khi biết về bộ lọc RC và RL, người ta có thể có ý tưởng rằng sẽ tốt hơn nếu thêm hai mạch này để có phản hồi tốt hơn. Hình vẽ sau cho biết mạch điện RLC có dạng như thế nào.

Tín hiệu ở đầu vào đi qua tụ điện chặn DC và cho phép AC. Bây giờ, đầu ra đó một lần nữa được chuyển qua cuộn cảm trong shunt, đặt thành phần DC còn lại nếu có, hiện diện trong tín hiệu, cho phép AC ở đầu ra. Do đó, chúng tôi có một AC thuần túy ở đầu ra. Đây là một mạch vượt qua cao tốt hơn so với cả hai.

Bộ lọc băng thông

Mạch lọc cho phép tập hợp các tần số between two specified values có thể được gọi là Band pass filter. Bộ lọc này vượt qua một dải tần số.

Vì chúng ta cần loại bỏ một số tần số thấp và cao, để chọn một tập hợp các tần số cụ thể, chúng ta cần phân tầng một HPF và một LPF để có được một BPF. Điều này có thể được hiểu dễ dàng ngay cả khi quan sát các đường cong đáp ứng tần số.

Sơ đồ mạch của bộ lọc thông dải như hình dưới đây.

Mạch trên cũng có thể được xây dựng bằng mạch RL hoặc mạch RLC. Trên đây là một mạch RC được chọn để hiểu đơn giản.

Biểu tượng cho bộ lọc thông dải (BPF) như được đưa ra bên dưới.

Phản hồi thường xuyên

Đáp ứng tần số của một bộ lọc thực tế được thể hiện dưới đây và đáp ứng tần số của một BPF lý tưởng khi không xem xét các yếu tố thực tế của các thành phần điện tử sẽ như sau.

Tần số cắt cho bất kỳ bộ lọc nào là tần số tới hạn $f_{c}$mà bộ lọc nhằm mục đích làm suy giảm (cắt) tín hiệu. Một bộ lọc lý tưởng có điểm cắt hoàn hảo trong khi bộ lọc thực tế có một số hạn chế.

Bộ lọc Dừng băng tần

Mạch lọc chặn hoặc làm suy giảm tập hợp các tần số between two specified values có thể được gọi là Band Stop filter. Bộ lọc này từ chối một dải tần số và do đó cũng có thể được gọi làBand Reject Filter.

Vì chúng ta cần loại bỏ một số tần số thấp và cao, để chọn một tập hợp các tần số cụ thể, chúng ta cần phân tầng LPF và HPF để có được BSF. Điều này có thể được hiểu dễ dàng ngay cả khi quan sát các đường cong đáp ứng tần số.

Sơ đồ mạch của bộ lọc dừng dải như hình dưới đây.

Mạch trên cũng có thể được xây dựng bằng mạch RL hoặc mạch RLC. Trên đây là một mạch RC được chọn để hiểu đơn giản.

Biểu tượng cho bộ lọc dừng dải (BSF) như được đưa ra bên dưới.

Phản hồi thường xuyên

Đáp ứng tần số của một bộ lọc thực tế được thể hiện dưới đây và đáp ứng tần số của một BSF lý tưởng khi không xem xét thực tế của các thành phần điện tử sẽ như sau.

Tần số cắt cho bất kỳ bộ lọc nào là tần số tới hạn $f_{c}$mà bộ lọc nhằm mục đích làm suy giảm (cắt) tín hiệu. Một bộ lọc lý tưởng có điểm cắt hoàn hảo trong khi bộ lọc thực tế có một số hạn chế.

Các mạch lọc thông thấp và thông cao được sử dụng như các mạch đặc biệt trong nhiều ứng dụng. Bộ lọc thông thấp (LPF) có thể hoạt động như mộtIntegrator, trong khi bộ lọc thông cao (HPF) có thể hoạt động như một Differentiator. Hai hàm toán học này chỉ có thể thực hiện được với các mạch này, điều này làm giảm nỗ lực của một kỹ sư điện tử trong nhiều ứng dụng.

Bộ lọc thông thấp làm tích hợp

Ở tần số thấp, điện kháng có xu hướng trở nên vô hạn và ở tần số cao, điện trở bằng không. Do đó ở tần số thấp, LPF có đầu ra hữu hạn và ở tần số cao, đầu ra là 0, điều này tương tự đối với mạch tích hợp. Do đó, bộ lọc thông thấp có thể được cho là hoạt động như mộtintegrator.

Để LPF hoạt động như một bộ tích hợp

$$\tau \gg T$$

Ở đâu $\tau = RC$ hằng số thời gian của mạch

Khi đó độ biến thiên hiệu điện thế ở C rất nhỏ.

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

$$V_{i}\cong iR$$

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

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

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

$$Output \propto \int input$$

Do đó, LPF với hằng số thời gian lớn tạo ra đầu ra tỷ lệ với tích phân của đầu vào.

Phản hồi thường xuyên

Đáp ứng tần số của một bộ lọc thông thấp thực tế, khi nó hoạt động như một Bộ tích hợp như được hiển thị bên dưới.

Dạng sóng đầu ra

Nếu mạch tích phân được cung cấp đầu vào sóng sin, đầu ra sẽ là sóng côsin. Nếu đầu vào là sóng vuông, dạng sóng đầu ra sẽ thay đổi hình dạng và xuất hiện như trong hình bên dưới.

Bộ lọc thông cao làm phân biệt

Ở tần số thấp, đầu ra của bộ phân biệt bằng 0 trong khi ở tần số cao, đầu ra của nó có giá trị hữu hạn. Điều này cũng giống như đối với một bộ phân biệt. Do đó, bộ lọc thông cao được cho là hoạt động như một bộ phân biệt.

Nếu hằng số thời gian của RC HPF nhỏ hơn rất nhiều so với khoảng thời gian của tín hiệu đầu vào, thì mạch hoạt động như một bộ phân biệt. Khi đó điện áp rơi trên R rất nhỏ so với điện áp rơi trên C.

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

Nhưng $iR=V_{0}$ nhỏ

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

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

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

Ở đâu $\tau =RC$ hằng số thời gian của mạch.

Khác biệt ở cả hai bên,

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

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

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

Đầu ra tỷ lệ với sự khác biệt của tín hiệu đầu vào.

Phản hồi thường xuyên

Đáp ứng tần số của một bộ lọc thông cao thực tế, khi nó hoạt động như một Bộ phân biệt như được hiển thị bên dưới.

Dạng sóng đầu ra

Nếu mạch phân biệt được cung cấp đầu vào sóng sin thì đầu ra sẽ là sóng côsin. Nếu đầu vào là sóng vuông, dạng sóng đầu ra sẽ thay đổi hình dạng và xuất hiện như trong hình bên dưới.

Hai mạch này hầu hết được sử dụng trong các ứng dụng điện tử khác nhau. Một mạch phân biệt tạo ra điện áp đầu ra không đổi khi đầu vào áp dụng có xu hướng thay đổi đều đặn. Một mạch tích phân tạo ra điện áp đầu ra thay đổi đều đặn khi điện áp đầu vào không đổi.

Cùng với điện trở, các phần tử phi tuyến tính như diodesđược sử dụng trong các mạch định hình sóng phi tuyến để có được các đầu ra thay đổi theo yêu cầu. Hình dạng của sóng bị suy giảm hoặc mức một chiều của sóng bị thay đổi trong Định dạng sóng không tuyến tính.

Quá trình tạo ra các dạng sóng đầu ra không hình sin từ đầu vào hình sin, sử dụng các phần tử phi tuyến tính được gọi là nonlinear wave shaping.

Mạch Clipper

Mạch Clipper là mạch rejects the part của sóng đầu vào được chỉ định trong khi allowing the remainingmột phần. Phần sóng trên hoặc dưới điện áp cắt được xác định sẽ bị cắt hoặc cắt.

Các mạch cắt bao gồm các phần tử tuyến tính và phi tuyến tính như điện trở và điốt nhưng không phải là phần tử lưu trữ năng lượng như tụ điện. Các mạch cắt này có nhiều ứng dụng vì chúng có lợi.

• Ưu điểm chính của mạch cắt là loại bỏ tiếng ồn không mong muốn có trong các biên độ.

• Chúng có thể hoạt động như bộ chuyển đổi sóng vuông, vì chúng có thể chuyển đổi sóng sin thành sóng vuông bằng cách cắt.

• Biên độ của sóng mong muốn có thể được duy trì ở mức không đổi.

Trong số các Diode Clippers, hai loại chính là positive và negative clippers. Chúng ta sẽ thảo luận về hai loại tông đơ này trong hai chương tiếp theo.

Mạch Clipper nhằm mục đích làm giảm các phần tích cực của tín hiệu đầu vào có thể được gọi là Positive Clipper. Trong số các mạch cắt điốt tích cực, chúng tôi có các loại sau:

• Máy cắt dòng tích cực
• Máy cắt dòng tích cực với tích cực $V_{r}$ (điện áp tham chiếu)
• Clipper dòng tích cực với tiêu cực $V_{r}$
• Clipper Shunt tích cực
• Tích cực Shunt Clipper với tích cực $V_{r}$
• Clipper Shunt tích cực với tiêu cực $V_{r}$

Hãy để chúng tôi thảo luận chi tiết về từng loại này.

Máy cắt dòng tích cực

Một mạch Clipper trong đó diode được kết nối nối tiếp với tín hiệu đầu vào và làm suy giảm các phần tích cực của dạng sóng, được gọi là Positive Series Clipper. Hình sau đại diện cho sơ đồ mạch cho bộ cắt nối tiếp tích cực.

Positive Cycle of the Input- Khi điện áp đầu vào được áp dụng, chu kỳ dương của đầu vào làm cho điểm A trong mạch trở nên dương so với điểm B. Điều này làm cho diode bị phân cực ngược và do đó nó hoạt động giống như một công tắc mở. Do đó, điện áp trên điện trở tải trở thành 0 vì không có dòng điện nào chạy qua nó và do đó$V_{0}$ sẽ bằng không.

Negative Cycle of the Input- Chu kỳ âm của đầu vào làm cho điểm A trong mạch âm so với điểm B. Điều này làm cho diode bị phân cực thuận và do đó nó dẫn điện giống như một công tắc đóng. Do đó điện áp trên điện trở tải sẽ bằng với điện áp đầu vào được áp dụng khi nó xuất hiện hoàn toàn ở đầu ra$V_{0}$.

Dạng sóng

Trong các hình trên, nếu các dạng sóng được quan sát, chúng ta có thể hiểu rằng chỉ một phần của đỉnh dương đã bị cắt bớt. Điều này là do điện áp trên V0. Nhưng sản lượng lý tưởng không phải như vậy. Chúng ta hãy xem các số liệu sau đây.

Không giống như đầu ra lý tưởng, một phần bit của chu kỳ dương có mặt trong đầu ra thực tế do điện áp dẫn diode là 0,7v. Do đó sẽ có sự khác biệt về dạng sóng đầu ra thực tế và lý tưởng.

Máy cắt dòng tích cực với tích cực $V_{r}$

Mạch Clipper trong đó diode được mắc nối tiếp với tín hiệu đầu vào và được phân cực với điện áp tham chiếu dương $V_{r}$ và điều đó làm giảm các phần tích cực của dạng sóng, được gọi là Positive Series Clipper with positive $V_{r}$. Hình sau đại diện cho sơ đồ mạch cho bộ cắt nối tiếp dương khi điện áp tham chiếu được áp dụng là dương.

Trong chu kỳ tích cực của đầu vào, diode được phân cực ngược và điện áp tham chiếu xuất hiện ở đầu ra. Trong chu kỳ âm của nó, diode được phân cực thuận và hoạt động giống như một công tắc đóng. Do đó, dạng sóng đầu ra xuất hiện như trong hình trên.

Clipper dòng tích cực với tiêu cực $V_{r}$

Mạch Clipper trong đó diode được mắc nối tiếp với tín hiệu đầu vào và được phân cực với điện áp tham chiếu âm $V_{r}$ và điều đó làm giảm các phần tích cực của dạng sóng, được gọi là Positive Series Clipper with negative $V_{r}$. Hình dưới đây mô tả sơ đồ mạch cho bộ cắt nối tiếp dương, khi điện áp tham chiếu được áp dụng là âm.

Trong chu kỳ tích cực của đầu vào, diode được phân cực ngược và điện áp tham chiếu xuất hiện ở đầu ra. Khi điện áp tham chiếu là âm, cùng một điện áp với biên độ không đổi được hiển thị. Trong chu kỳ âm của nó, diode được phân cực thuận và hoạt động giống như một công tắc đóng. Do đó, tín hiệu đầu vào lớn hơn điện áp tham chiếu sẽ xuất hiện ở đầu ra.

Clipper Shunt tích cực

Một mạch Clipper trong đó diode được kết nối shunt với tín hiệu đầu vào và làm suy giảm các phần tích cực của dạng sóng, được gọi là Positive Shunt Clipper. Hình sau mô tả sơ đồ mạch cho bộ cắt shunt tích cực.

Positive Cycle of the Input- Khi điện áp đầu vào được đặt vào, chu kỳ dương của đầu vào làm cho điểm A trong mạch có chiều dương so với điểm B. Điều này làm cho diode bị phân cực thuận và do đó nó dẫn như một công tắc đóng. Do đó, điện áp trên điện trở tải trở thành 0 vì không có dòng điện nào chạy qua nó và do đó$V_{0}$ sẽ bằng không.

Negative Cycle of the Input- Chu kỳ âm của đầu vào làm cho điểm A trong mạch âm so với điểm B. Điều này làm cho diode bị phân cực ngược và do đó nó hoạt động giống như một công tắc mở. Do đó điện áp trên điện trở tải sẽ bằng với điện áp đầu vào được áp dụng khi nó xuất hiện hoàn toàn ở đầu ra$V_{0}$.

Dạng sóng

Trong các hình trên, nếu các dạng sóng được quan sát, chúng ta có thể hiểu rằng chỉ một phần của đỉnh dương đã bị cắt bớt. Điều này là do điện áp trên$V_{0}$. Nhưng sản lượng lý tưởng không phải như vậy. Chúng ta hãy xem các số liệu sau đây.

Không giống như đầu ra lý tưởng, một phần bit của chu kỳ dương có mặt trong đầu ra thực tế do điện áp dẫn diode là 0,7v. Do đó sẽ có sự khác biệt về dạng sóng đầu ra thực tế và lý tưởng.

Tích cực Shunt Clipper với tích cực $V_{r}$

Một mạch Clipper trong đó diode được kết nối shunt với tín hiệu đầu vào và được phân cực với điện áp tham chiếu dương $V_{r}$ và điều đó làm giảm các phần tích cực của dạng sóng, được gọi là Positive Shunt Clipper with positive $V_{r}$. Hình sau mô tả sơ đồ mạch cho bộ cắt shunt tích cực khi điện áp tham chiếu được áp dụng là dương.

Trong chu kỳ tích cực của đầu vào, diode được phân cực thuận và không có gì ngoại trừ điện áp tham chiếu xuất hiện ở đầu ra. Trong chu kỳ âm của nó, diode được phân cực ngược và hoạt động như một công tắc mở. Toàn bộ đầu vào xuất hiện ở đầu ra. Do đó, dạng sóng đầu ra xuất hiện như trong hình trên.

Clipper Shunt tích cực với tiêu cực $V_{r}$

Một mạch Clipper trong đó diode được kết nối shunt với tín hiệu đầu vào và phân cực với điện áp tham chiếu âm $V_{r}$ và điều đó làm giảm các phần tích cực của dạng sóng, được gọi là Positive Shunt Clipper with negative $V_{r}$.

Hình dưới đây mô tả sơ đồ mạch cho bộ cắt shunt dương, khi điện áp tham chiếu được áp dụng là âm.

Trong chu kỳ tích cực của đầu vào, diode được phân cực thuận và điện áp tham chiếu xuất hiện ở đầu ra. Khi điện áp tham chiếu là âm, cùng một điện áp với biên độ không đổi được hiển thị. Trong chu kỳ âm của nó, diode được phân cực ngược và hoạt động như một công tắc mở. Do đó, tín hiệu đầu vào lớn hơn điện áp tham chiếu sẽ xuất hiện ở đầu ra.

Mạch Clipper nhằm mục đích làm giảm các phần âm của tín hiệu đầu vào có thể được gọi là Negative Clipper. Trong số các mạch xén điốt âm, chúng ta có các loại sau.

• Clipper dòng tiêu cực
• Clipper dòng tiêu cực với tích cực $V_{r}$ (điện áp tham chiếu)
• Bộ cắt dòng tiêu cực với âm bản $V_{r}$
• Máy cắt Shunt phủ định
• Shunt Clipper âm với dương $V_{r}$
• Shunt Clipper phủ định với tiêu cực $V_{r}$

Hãy để chúng tôi thảo luận chi tiết về từng loại này.

Clipper dòng tiêu cực

Một mạch Clipper trong đó diode được kết nối nối tiếp với tín hiệu đầu vào và làm suy giảm các phần âm của dạng sóng, được gọi là Negative Series Clipper. Hình sau thể hiện sơ đồ mạch cho bộ cắt nối tiếp âm.

Positive Cycle of the Input- Khi điện áp đầu vào được áp dụng, chu kỳ dương của đầu vào làm cho điểm A trong mạch có chiều dương so với điểm B. Điều này làm cho diode bị phân cực thuận và do đó nó hoạt động giống như một công tắc đóng. Do đó, điện áp đầu vào hoàn toàn xuất hiện trên điện trở tải để tạo ra đầu ra$V_{0}$.

Negative Cycle of the Input- Chu kỳ âm của đầu vào làm cho điểm A trong mạch âm so với điểm B. Điều này làm cho diode bị phân cực ngược và do đó nó hoạt động giống như một công tắc mở. Do đó, điện áp trên điện trở tải sẽ bằng không$V_{0}$ số không.

Dạng sóng

Trong các hình trên, nếu các dạng sóng được quan sát, chúng ta có thể hiểu rằng chỉ một phần của đỉnh âm đã bị cắt bớt. Điều này là do điện áp trên$V_{0}$. Nhưng sản lượng lý tưởng không phải như vậy. Chúng ta hãy xem các số liệu sau đây.

Không giống như đầu ra lý tưởng, một phần bit của chu kỳ âm có trong đầu ra thực tế do điện áp dẫn diode là 0,7v. Do đó sẽ có sự khác biệt về dạng sóng đầu ra thực tế và lý tưởng.

Clipper dòng tiêu cực với tích cực $V_{r}$

Mạch Clipper trong đó diode được mắc nối tiếp với tín hiệu đầu vào và được phân cực với điện áp tham chiếu dương $V_{r}$ và điều đó làm giảm các phần âm của dạng sóng, được gọi là Negative Series Clipper with positive $V_{r}$. Hình dưới đây mô tả sơ đồ mạch cho bộ cắt nối tiếp âm khi điện áp tham chiếu được áp dụng là dương.

Trong chu kỳ tích cực của đầu vào, diode chỉ bắt đầu dẫn điện khi giá trị điện áp anốt vượt quá giá trị điện áp catốt của diode. Khi điện áp catốt bằng với điện áp tham chiếu được áp dụng, đầu ra sẽ như hình.

Bộ cắt dòng tiêu cực với âm bản $V_{r}$

Mạch Clipper trong đó diode được mắc nối tiếp với tín hiệu đầu vào và được phân cực với điện áp tham chiếu âm $V_{r}$ và điều đó làm giảm các phần âm của dạng sóng, được gọi là Negative Series Clipper with negative $V_{r}$. Hình dưới đây mô tả sơ đồ mạch cho bộ cắt nối tiếp âm, khi điện áp tham chiếu được áp dụng là âm.

Trong chu kỳ tích cực của đầu vào, diode được phân cực thuận và tín hiệu đầu vào xuất hiện ở đầu ra. Trong chu kỳ âm của nó, diode bị phân cực ngược và do đó sẽ không dẫn. Nhưng điện áp tham chiếu âm đang được áp dụng, xuất hiện ở đầu ra. Do đó, chu kỳ âm của dạng sóng đầu ra bị cắt bớt sau mức tham chiếu này.

Máy cắt Shunt phủ định

Một mạch Clipper trong đó diode được kết nối shunt với tín hiệu đầu vào và làm suy giảm các phần âm của dạng sóng, được gọi là Clipper Shunt âm. Hình sau thể hiện sơ đồ mạch chonegative shunt clipper.

Positive Cycle of the Input- Khi điện áp đầu vào được áp dụng, chu kỳ dương của đầu vào làm cho điểm A trong mạch trở nên dương so với điểm B. Điều này làm cho diode bị phân cực ngược và do đó nó hoạt động giống như một công tắc mở. Do đó, điện áp trên điện trở tải bằng với điện áp đầu vào được áp dụng khi nó xuất hiện hoàn toàn ở đầu ra$V_{0}$

Negative Cycle of the Input- Chu kỳ âm của đầu vào làm cho điểm A trong mạch âm so với điểm B. Điều này làm cho diode bị phân cực thuận và do đó nó dẫn điện giống như một công tắc đóng. Do đó, điện áp trên điện trở tải trở thành 0 vì không có dòng điện chạy qua nó.

Dạng sóng

Trong các hình trên, nếu các dạng sóng được quan sát, chúng ta có thể hiểu rằng chỉ một phần của đỉnh âm đã bị cắt bớt. Điều này là do điện áp trên$V_{0}$. Nhưng sản lượng lý tưởng không phải như vậy. Chúng ta hãy xem các số liệu sau đây.

Không giống như đầu ra lý tưởng, một phần bit của chu kỳ âm có trong đầu ra thực tế do điện áp dẫn diode là 0,7v. Do đó sẽ có sự khác biệt về dạng sóng đầu ra thực tế và lý tưởng.

Shunt Clipper âm với dương $V_{r}$

Một mạch Clipper trong đó diode được kết nối shunt với tín hiệu đầu vào và được phân cực với điện áp tham chiếu dương $V_{r}$ và điều đó làm giảm các phần âm của dạng sóng, được gọi là Negative Shunt Clipper with positive $V_{r}$. Hình dưới đây mô tả sơ đồ mạch cho bộ cắt shunt âm khi điện áp tham chiếu được áp dụng là dương.

Trong chu kỳ tích cực của đầu vào, diode được phân cực ngược và hoạt động như một công tắc mở. Vì vậy, toàn bộ điện áp đầu vào, lớn hơn điện áp tham chiếu được áp dụng, xuất hiện ở đầu ra. Tín hiệu dưới mức điện áp tham chiếu bị cắt.

Trong nửa chu kỳ âm, khi diode được phân cực thuận và vòng lặp hoàn thành, không có đầu ra nào.

Shunt Clipper phủ định với tiêu cực $V_{r}$

Một mạch Clipper trong đó diode được kết nối shunt với tín hiệu đầu vào và phân cực với điện áp tham chiếu âm $V_{r}$ và điều đó làm giảm các phần âm của dạng sóng, được gọi là Negative Shunt Clipper with negative $V_{r}$. Hình sau đại diện cho sơ đồ mạch cho bộ cắt shunt âm, khi điện áp tham chiếu được áp dụng là âm.

Trong chu kỳ tích cực của đầu vào, diode được phân cực ngược và hoạt động như một công tắc mở. Vì vậy, toàn bộ điện áp đầu vào, xuất hiện ở đầu ra$V_{o}$. Trong nửa chu kỳ âm, diode được phân cực thuận. Điện áp âm lên đến điện áp tham chiếu, nhận được ở đầu ra và tín hiệu còn lại bị cắt.

Clipper hai chiều

Đây là một tông đơ dương và âm với điện áp tham chiếu $V_{r}$. Điện áp đầu vào được cắt theo hai chiều cả phần dương và phần âm của dạng sóng đầu vào với hai điện áp tham chiếu. Đối với điều này, hai điốt$D_{1}$ và $D_{2}$ cùng với hai điện áp tham chiếu $V_{r1}$ và $V_{r2}$ được kết nối trong mạch.

Mạch này còn được gọi là Combinational Clippermạch điện. Hình bên dưới cho thấy cách sắp xếp mạch cho mạch cắt hai chiều hoặc tổ hợp cùng với dạng sóng đầu ra của nó.

Trong nửa tích cực của tín hiệu đầu vào, diode $D_{1}$ tiến hành tạo điện áp tham chiếu $V_{r1}$xuất hiện ở đầu ra. Trong nửa âm của tín hiệu đầu vào, diode$D_{2}$ tiến hành tạo điện áp tham chiếu $V_{r1}$xuất hiện ở đầu ra. Do đó, cả hai điốt đều dẫn thay thế để cắt đầu ra trong cả hai chu kỳ. Đầu ra được đưa qua điện trở tải.

Với điều này, chúng ta đã hoàn thành với các mạch cắt chính. Chúng ta hãy xem các mạch kẹp trong chương tiếp theo.

Mạch kẹp là mạch bổ sung mức DC cho tín hiệu AC. Trên thực tế, các đỉnh âm và dương của tín hiệu có thể được đặt ở các mức mong muốn bằng cách sử dụng các mạch kẹp. Khi mức DC được thay đổi, một mạch kẹp được gọi làLevel Shifter.

Mạch kẹp bao gồm các phần tử lưu trữ năng lượng như tụ điện. Một mạch kẹp đơn giản bao gồm tụ điện, điốt, điện trở và pin một chiều nếu cần.

Mạch kẹp

Mạch Kẹp có thể được định nghĩa là mạch bao gồm điốt, điện trở và tụ điện chuyển dạng sóng đến mức DC mong muốn mà không làm thay đổi hình thức thực tế của tín hiệu được áp dụng.

Để duy trì khoảng thời gian của dạng sóng, tau phải lớn hơn, một nửa khoảng thời gian (thời gian phóng điện của tụ điện phải chậm.)

$$\tau = Rc$$

Ở đâu

• R là điện trở của điện trở được sử dụng
• C là điện dung của tụ điện đã dùng

Hằng số thời gian của điện tích và phóng điện của tụ điện xác định đầu ra của mạch kẹp.

• Trong mạch kẹp, sự dịch chuyển dọc lên hoặc xuống diễn ra ở dạng sóng đầu ra đối với tín hiệu đầu vào.

• Điện trở tải và tụ điện ảnh hưởng đến dạng sóng. Vì vậy, thời gian phóng điện của tụ điện phải đủ lớn.

Thành phần DC có trong đầu vào bị từ chối khi sử dụng mạng ghép tụ điện (như một khối tụ điện một chiều). Do đó khidc cần phải được restored, mạch kẹp được sử dụng.

Các loại kẹp

Có một số loại mạch kẹp, chẳng hạn như

• Kẹp tích cực
• Kẹp dương với dương $V_r$
• Kẹp dương với cực âm $V_r$
• Kẹp âm bản
• Kẹp âm với dương $V_{r}$
• Bộ kẹp âm với âm $V_{r}$

Hãy để chúng tôi đi qua chúng một cách chi tiết.

Mạch kẹp tích cực

Một mạch Kẹp khôi phục mức DC. Khi một đỉnh âm của tín hiệu được nâng lên trên mức 0, thì tín hiệu được cho làpositively clamped.

Mạch Kẹp dương là mạch bao gồm một diode, một điện trở và một tụ điện và chuyển tín hiệu đầu ra sang phần tích cực của tín hiệu đầu vào. Hình bên dưới giải thích cấu tạo của mạch kẹp dương.

Ban đầu khi đầu vào được đưa ra, tụ điện vẫn chưa được sạc và diode được phân cực ngược. Đầu ra không được xem xét tại thời điểm này. Trong nửa chu kỳ âm, ở giá trị cực đại, tụ điện nhiễm điện âm trên một bản và dương trên bản kia. Tụ điện hiện đã được sạc đến giá trị đỉnh của nó$V_{m}$. Diode được phân cực thuận và dẫn điện nặng.

Trong nửa chu kỳ dương tiếp theo, tụ điện được tích điện dương Vm trong khi điốt bị phân cực ngược và bị hở mạch. Đầu ra của mạch tại thời điểm này sẽ là

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

Do đó tín hiệu được kẹp dương như trong hình trên. Tín hiệu đầu ra thay đổi theo những thay đổi trong đầu vào, nhưng thay đổi mức độ theo điện tích trên tụ điện, khi nó thêm điện áp đầu vào.

Kẹp dương với V _r dương

Mạch kẹp dương nếu được phân cực với một số điện áp chuẩn dương, điện áp đó sẽ được thêm vào đầu ra để nâng mức được kẹp. Sử dụng điều này, mạch của kẹp dương với điện áp chuẩn dương được xây dựng như bên dưới.

Trong nửa chu kỳ dương, điện áp tham chiếu được đặt qua diode ở đầu ra và khi điện áp đầu vào tăng lên, điện áp catốt của diode tăng so với điện áp anốt và do đó nó ngừng dẫn điện. Trong nửa chu kỳ âm, diode được phân cực thuận và bắt đầu dẫn điện. Điện áp trên tụ điện và điện áp tham chiếu cùng nhau duy trì mức điện áp đầu ra.

Kẹp dương tính với âm bản $V_{r}$

Mạch kẹp dương nếu sai lệch với một số điện áp tham chiếu âm, điện áp đó sẽ được thêm vào đầu ra để nâng mức được kẹp. Sử dụng điều này, mạch của kẹp dương với điện áp chuẩn dương được xây dựng như bên dưới.

Trong nửa chu kỳ dương, điện áp trên tụ điện và điện áp chuẩn cùng duy trì mức điện áp đầu ra. Trong nửa chu kỳ âm, điốt dẫn điện khi điện áp catốt nhỏ hơn điện áp anốt. Những thay đổi này làm cho điện áp đầu ra như trong hình trên.

Kẹp âm bản

Mạch Kẹp âm là một mạch bao gồm một diode, một điện trở và một tụ điện và chuyển tín hiệu đầu ra sang phần âm của tín hiệu đầu vào. Hình bên dưới giải thích cấu tạo của mạch kẹp âm.

Trong nửa chu kỳ dương, tụ điện được tích điện đến giá trị cực đại của nó $v_{m}$. Diode được phân cực thuận và dẫn điện. Trong nửa chu kỳ âm, diode bị phân cực ngược và bị hở mạch. Đầu ra của mạch tại thời điểm này sẽ là

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

Do đó tín hiệu bị kẹp âm như trong hình trên. Tín hiệu đầu ra thay đổi theo những thay đổi trong đầu vào, nhưng thay đổi mức độ theo điện tích trên tụ điện, khi nó thêm điện áp đầu vào.

Kẹp âm với V _r dương

Mạch kẹp âm nếu được phân cực với một số điện áp tham chiếu dương, điện áp đó sẽ được thêm vào đầu ra để nâng mức kẹp. Sử dụng điều này, mạch của bộ kẹp âm với điện áp chuẩn dương được xây dựng như bên dưới.

Mặc dù điện áp đầu ra bị kẹp âm, một phần của dạng sóng đầu ra được nâng lên mức dương, vì điện áp tham chiếu được áp dụng là dương. Trong nửa chu kỳ tích cực, diode dẫn điện, nhưng đầu ra bằng với điện áp tham chiếu dương được áp dụng. Trong nửa chu kỳ âm, điốt hoạt động như mở mạch và điện áp trên tụ điện tạo thành đầu ra.

Kẹp âm với V _{r âm}

Mạch kẹp âm nếu sai lệch với một số điện áp tham chiếu âm, điện áp đó sẽ được thêm vào đầu ra để nâng mức được kẹp. Sử dụng điều này, mạch của bộ kẹp âm với điện áp tham chiếu âm được xây dựng như bên dưới.

Cực âm của điốt được kết nối với điện áp chuẩn âm, nhỏ hơn điện áp cực dương và bằng 0. Do đó, diode bắt đầu dẫn điện trong nửa chu kỳ dương, trước mức điện áp bằng không. Trong nửa chu kỳ âm, điện áp trên tụ xuất hiện ở đầu ra. Do đó, dạng sóng bị kẹp về phía phần âm.

Các ứng dụng

Có nhiều ứng dụng cho cả Clippers và Clampers như

Dép lê

• Được sử dụng để tạo và định hình các dạng sóng
• Được sử dụng để bảo vệ mạch khỏi gai
• Được sử dụng cho bộ khôi phục biên độ
• Được sử dụng làm bộ giới hạn điện áp
• Được sử dụng trong mạch truyền hình
• Được sử dụng trong máy phát FM

Kẹp

• Được sử dụng làm trình khôi phục dòng điện một chiều
• Được sử dụng để loại bỏ các biến dạng
• Được sử dụng làm nhân điện áp
• Được sử dụng để bảo vệ bộ khuếch đại
• Được sử dụng như thiết bị thử nghiệm
• Được sử dụng làm bộ ổn định dòng cơ sở

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 sự cắt bớt một cách 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 ngay cả khi đầu vào thay đổi nhỏ.

• 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 chia 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. Đoạn 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 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 $D_{1}$là thành kiến ​​về phía trước. Trong khi diode$D_{2}$ được phân cực ngược và tụ điện $C_{2}$không nhận bất kỳ khoản phí nào. Điều này làm cho đầu ra$V_{0}$ được $V_{m}$

Điều này có thể được hiểu từ hình sau.

Do đó, trong thời gian từ 0 đến $\pi$, điện áp đầu ra được tạo ra sẽ là $V_{max}$. Tụ điện$C_{1}$ được sạc qua diode phân cực thuận $D_{1}$ để cung cấp đầu ra, trong khi $C_{2}$không tính phí. 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 thành kiến ​​về phía trước. Điốt$D_{2}$ nhận điện tích qua tụ điện $C_{2}$sẽ bị tính phí trong quá trình này. Sau đó dòng điện chạy qua tụ điện$C_{1}$mà phóng điện. Nó có thể được hiểu từ hình sau.

Do đó trong $\pi$ 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, đó 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 diode $D_{1}$được thành kiến ​​về phía trước. Tụ điện$C_{2}$ giữ điện tích vì nó sẽ không tìm cách phóng điện và diode $D_{2}$bị thành kiến ​​ngược. Bây giờ, điện áp đầu ra$V_{0}$ của chu kỳ này nhận được 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 tụ $C_{1}$ để xả lại từ lần sạc đầy của nó và diode $D_{1}$ để đảo ngược thành kiến ​​trong khi $D_{2}$ chuyển tiếp 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 được 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 để trở thành $2V_{max}$ 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 bên dưới 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.

Thí dụ

Tính hiệu điện thế đầu ra của mạng có hiệu điện thế đầu vào là 10v mắc nối tiếp với hai điện trở 2kΩ và 5kΩ.

Điện áp đầu ra $V_{0}$ được đưa ra bởi

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

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

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

$$=7.142v$$

Điện áp đầu ra $V_0$ cho vấn đề trên là 7.14v

Diode là một điểm nối PN hai đầu cuối có thể được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau. Một trong những ứng dụng đó là công tắc điện. Tiếp giáp PN, khi phân cực thuận đóng vai trò là đóng mạch và khi phân cực ngược đóng vai trò là mở mạch. Do đó, sự thay đổi của trạng thái phân cực thuận và nghịch làm cho diode hoạt động như một công tắc,forward hiện hữu ON và reverse hiện hữu OFF tiểu bang.

Công tắc điện qua công tắc cơ học

Công tắc điện là sự lựa chọn ưu tiên hơn công tắc cơ do những lý do sau:

• Công tắc cơ dễ bị oxy hóa kim loại trong khi công tắc điện thì không.
• Công tắc cơ có các tiếp điểm di chuyển được.
• Chúng dễ bị căng và căng hơn công tắc điện.
• Các công tắc cơ bị mòn và rách thường ảnh hưởng đến hoạt động của chúng.

Do đó, công tắc điện hữu ích hơn công tắc cơ.

Hoạt động của Diode như một công tắc

Bất cứ khi nào vượt quá điện áp quy định, điện trở của diode sẽ tăng lên, làm cho diode bị phân cực ngược và nó hoạt động như một công tắc mở. Bất cứ khi nào điện áp đặt dưới điện áp tham chiếu, điện trở của diode sẽ giảm xuống, làm cho diode bị phân cực thuận và nó hoạt động như một công tắc đóng.

Mạch sau đây giải thích diode hoạt động như một công tắc.

Một diode chuyển mạch có một điểm tiếp giáp PN trong đó vùng P được pha tạp nhẹ và vùng N được pha tạp nhiều. Mạch trên biểu tượng rằng diode BẬT khi điện áp dương phân cực thuận với diode và nó TẮT khi điện áp âm phân cực ngược điốt.

Đổ chuông

Khi dòng điện thuận chạy đến lúc đó, với điện áp ngược đột ngột, ví dụ như dòng điện ngược sẽ chảy thay vì bị TẮT ngay lập tức. Dòng rò càng cao thì tổn thất càng lớn. Dòng chảy của dòng điện ngược khi diode được phân cực ngược đột ngột, đôi khi có thể tạo ra một vài dao động, được gọi làRINGING.

Tình trạng đổ chuông này là một tổn thất và do đó cần được giảm thiểu. Để làm điều này, thời gian chuyển đổi của diode cần được hiểu.

Thời gian chuyển mạch diode

Trong khi thay đổi các điều kiện phân cực, diode trải qua một transient response. Phản ứng của hệ đối với bất kỳ sự thay đổi đột ngột nào so với vị trí cân bằng được gọi là phản ứng nhất thời.

Sự thay đổi đột ngột từ thuận sang nghịch và từ nghịch sang phân cực thuận, ảnh hưởng đến mạch điện. Thời gian cần thiết để phản ứng với những thay đổi đột ngột đó là tiêu chí quan trọng để xác định hiệu quả của công tắc điện.

• Thời gian thực hiện trước khi diode phục hồi trạng thái ổn định của nó được gọi là Recovery Time.

• Khoảng thời gian diode thực hiện để chuyển từ trạng thái phân cực ngược sang trạng thái phân cực thuận được gọi là Forward Recovery Time.($t_{fr}$)

• Khoảng thời gian diode thực hiện để chuyển từ trạng thái phân cực thuận sang trạng thái phân cực ngược được gọi là Reverse Recovery Time. ($t_{fr}$)

Để hiểu điều này rõ ràng hơn, chúng ta hãy thử phân tích điều gì sẽ xảy ra khi điện áp được đặt vào một diode PN chuyển mạch.

Nồng độ chất mang

Nồng độ hạt mang điện tích nhỏ nhất giảm theo cấp số nhân khi nhìn ra khỏi đường giao nhau. Khi điện áp được đặt vào, do điều kiện phân cực thuận, phần lớn hạt tải điện của một bên chuyển động về phía bên kia. Họ trở thành những người vận chuyển thiểu số của phía bên kia. Nồng độ này sẽ nhiều hơn ở đường giao nhau.

Ví dụ, nếu loại N được xem xét, phần thừa của các lỗ đi vào loại N sau khi áp dụng phân cực thuận, sẽ thêm vào các hạt tải điện thiểu số đã có của vật liệu loại N.

Chúng ta hãy xem xét một số ký hiệu.

• Các hạt tải điện đa số trong loại P (lỗ) = $P_{po}$
• Phần lớn hạt tải điện trong loại N (electron) = $N_{no}$
• Hạt tải điện thiểu số trong loại P (electron) = $N_{po}$
• Các hạt tải điện đa số ở loại N (lỗ) = $P_{no}$

During Forward biased Condition- Các tàu sân bay thiểu số ở gần đường giao nhau hơn và ít ở xa đường giao nhau hơn. Biểu đồ dưới đây giải thích điều này.

Phí nhà cung cấp dịch vụ thiểu số vượt quá trong loại P = $P_n-P_{no}$ với $p_{no}$ (giá trị trạng thái ổn định)

Phí nhà cung cấp dịch vụ thiểu số vượt quá ở loại N = $N_p-N_{po}$ với $N_{po}$ (giá trị trạng thái ổn định)

During reverse bias condition- Đa số các hạt tải điện không dẫn dòng điện qua đường giao nhau và do đó không tham gia vào điều kiện hiện tại. Diode chuyển mạch hoạt động như một trường hợp ngắn mạch đối với một trường hợp theo hướng ngược lại.

Các hạt tải điện thiểu số sẽ băng qua đường giao nhau và dẫn dòng điện, được gọi là Reverse Saturation Current. Đồ thị sau biểu diễn điều kiện trong quá trình phân cực ngược.

Trong hình trên, đường chấm biểu thị các giá trị cân bằng và đường liền nét biểu thị các giá trị thực tế. Vì dòng điện do các hạt mang điện tích thiểu số đủ lớn để dẫn, mạch sẽ BẬT cho đến khi loại bỏ phần điện tích dư thừa này.

Thời gian cần thiết để diode thay đổi từ phân cực thuận sang phân cực ngược được gọi là Reverse recovery time ($t_{rr}$). Các đồ thị sau đây giải thích chi tiết thời gian chuyển đổi của diode.

Từ hình trên, chúng ta hãy xem xét đồ thị dòng diode.

Tại $t_{1}$diode đột ngột được đưa về trạng thái TẮT từ trạng thái BẬT; nó được gọi là Thời gian lưu trữ.Storage timelà thời gian cần thiết để loại bỏ phí vận chuyển thiểu số vượt quá. Dòng điện âm chạy từ vật liệu loại N đến P là một lượng đáng kể trong thời gian Lưu trữ. Dòng điện âm này là,

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

Khoảng thời gian tiếp theo là transition time" (từ $t_2$ đến $t_3$)

Thời gian chuyển tiếp là thời gian cần thiết để diode chuyển sang trạng thái mạch hở hoàn toàn. Sau$t_3$Diode sẽ ở trạng thái ổn định điều kiện phân cực ngược. Trước$t_1$ diode ở trong điều kiện phân cực thuận trạng thái ổn định.

Vì vậy, thời gian cần thiết để mạch hở hoàn toàn là

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

Trong khi để chuyển sang trạng thái BẬT từ TẮT, sẽ mất ít thời gian hơn được gọi là Forward recovery time. Thời gian khôi phục ngược lớn hơn thời gian khôi phục Chuyển tiếp. Một diode hoạt động như một công tắc tốt hơn nếu thời gian khôi phục Đảo ngược này được thực hiện ít hơn.

Các định nghĩa

Chúng ta hãy xem qua các định nghĩa của các khoảng thời gian được thảo luận.

• Storage time - Khoảng thời gian mà diode vẫn ở trạng thái dẫn ngay cả ở trạng thái phân cực ngược, được gọi là Storage time.

• Transition time - Thời gian trôi qua để trở lại trạng thái không dẫn, tức là phân cực ngược trạng thái ổn định, được gọi là Transition time.

• Reverse recovery time - Thời gian cần thiết để diode thay đổi từ phân cực thuận sang phân cực ngược được gọi là Reverse recovery time.

• Forward recovery time - Thời gian cần thiết để diode chuyển từ phân cực ngược sang phân cực thuận được gọi là Forward recovery time.

Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian chuyển mạch diode

Có một số yếu tố ảnh hưởng đến thời gian chuyển đổi của diode, chẳng hạn như

• Diode Capacitance - Điện dung của mối nối PN thay đổi tùy theo điều kiện phân cực.

• Diode Resistance - Điện trở do diode cung cấp để thay đổi trạng thái của nó.

• Doping Concentration - Mức độ pha tạp của diode, ảnh hưởng đến thời gian chuyển mạch của diode.

• Depletion Width- Chiều rộng của lớp suy giảm càng hẹp thì chuyển mạch càng nhanh. Một diode Zener có vùng suy giảm hẹp hơn một diode tuyết lở, điều này làm cho trước đây trở thành một công tắc tốt hơn.

Các ứng dụng

Có nhiều ứng dụng trong đó các mạch chuyển mạch diode được sử dụng, chẳng hạn như -

• Mạch chỉnh lưu tốc độ cao
• Mạch chuyển mạch tốc độ cao
• Máy thu RF
• Ứng dụng mục đích chung
• Ứng dụng tiêu dùng
• Ứng dụng ô tô
• Ứng dụng viễn thông v.v.

Chương này cung cấp một khởi đầu mới liên quan đến một phần khác của mạch điốt. Đây là phần giới thiệu về các mạch cung cấp điện mà chúng ta gặp trong cuộc sống hàng ngày. Bất kỳ thiết bị điện tử nào cũng bao gồm bộ cấp nguồn cung cấp lượng điện AC hoặc DC cần thiết cho các phần khác nhau của thiết bị điện tử đó.

Cần nguồn cung cấp điện

Có rất nhiều phần nhỏ xuất hiện trong các thiết bị điện tử như Máy tính, Tivi, Máy hiện sóng tia âm cực, v.v. nhưng tất cả các phần đó không cần nguồn điện xoay chiều 230V mà chúng ta có được.

Thay vào đó, một hoặc nhiều phần có thể cần DC 12v trong khi một số phần khác có thể cần DC 30v. Để cung cấp điện áp một chiều cần thiết, nguồn điện xoay chiều 230v đầu vào phải được chuyển đổi thành điện một chiều thuần túy để sử dụng. CácPower supply units phục vụ cùng một mục đích.

Bộ cấp nguồn thực tế trông như Hình sau.

Bây giờ chúng ta hãy đi qua các bộ phận khác nhau tạo nên một đơn vị cung cấp điện.

Các bộ phận của nguồn điện

Bộ cung cấp điện điển hình bao gồm các bộ phận sau.

• Transformer - Một biến áp đầu vào cho bước xuống của nguồn điện xoay chiều 230v.

• Rectifier - Một mạch chỉnh lưu để chuyển đổi các thành phần AC có trong tín hiệu thành các thành phần DC.

• Smoothing - Một mạch lọc để làm mịn các biến thể có trong đầu ra được chỉnh lưu.

• Regulator - Một mạch điều chỉnh điện áp để điều khiển điện áp đến mức đầu ra mong muốn.

• Load - Tải sử dụng đầu ra một chiều thuần túy từ đầu ra được điều chỉnh.

Sơ đồ khối của một đơn vị cung cấp điện

Sơ đồ khối của bộ cấp nguồn được điều chỉnh như hình dưới đây.

Từ sơ đồ trên, rõ ràng là máy biến áp có mặt ở giai đoạn đầu. Mặc dù chúng ta đã xem qua khái niệm về máy biến áp trong hướng dẫn ĐIỆN TỬ CƠ BẢN, nhưng chúng ta hãy xem qua nó.

Máy biến áp

Một máy biến áp có một primary coil mà input được đưa ra và một secondary coil từ đó outputĐược thu thập. Cả hai cuộn dây này đều được quấn trên một vật liệu cốt lõi. Thông thường một chất cách điện tạo thànhCore của máy biến áp.

Hình sau đây cho thấy một máy biến áp thực tế.

Từ hình trên, rõ ràng là một vài ký hiệu là phổ biến. Chúng như sau:

• $N_{p}$ = Số vòng trong cuộn sơ cấp

• $N_{s}$ = Số vòng ở cuộn thứ cấp

• $I_{p}$ = Dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp của máy biến áp

• $I_{s}$ = Dòng điện chạy trong thứ cấp của máy biến áp

• $V_{p}$ = Điện áp trên sơ cấp của máy biến áp

• $V_{s}$ = Điện áp trên thứ cấp của máy biến áp

• $\phi$ = Từ thông xuất hiện xung quanh lõi của máy biến áp

Máy biến áp trong mạch

Hình sau đây cho thấy một máy biến áp được biểu diễn như thế nào trong một mạch điện. Cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp và lõi của máy biến áp cũng được biểu diễn trong hình sau.

Do đó, khi một máy biến áp được kết nối trong một mạch, nguồn cung cấp đầu vào được cấp cho cuộn sơ cấp để nó tạo ra từ thông thay đổi với nguồn điện này và từ thông đó được cảm ứng vào cuộn thứ cấp của máy biến áp, tạo ra EMF thay đổi của thông lượng thay đổi. Vì từ thông phải thay đổi, để chuyển EMF từ sơ cấp sang thứ cấp, một máy biến áp luôn hoạt động trên dòng điện xoay chiều xoay chiều.

Tùy thuộc vào số vòng trong cuộn thứ cấp, máy biến áp có thể được phân loại là Step-up hoặc một Step-down máy biến áp.

Thiết lập máy biến áp

Khi cuộn thứ cấp có số vòng dây nhiều hơn cuộn sơ cấp thì máy biến áp đã cho là Step-upmáy biến áp. Ở đây EMF cảm ứng lớn hơn tín hiệu đầu vào.

Hình dưới đây là ký hiệu của máy biến áp tăng nấc.

Biến áp bậc xuống

Khi cuộn thứ cấp có số vòng ít hơn cuộn sơ cấp thì máy biến áp được cho là Step-downmáy biến áp. Ở đây EMF cảm ứng nhỏ hơn tín hiệu đầu vào.

Hình dưới đây là ký hiệu của máy biến áp hạ bậc.

Trong các mạch cung cấp điện của chúng tôi, chúng tôi sử dụng Step-down transformer, vì chúng ta cần giảm nguồn AC thành DC. Đầu ra của biến áp Step-down này sẽ ít công suất hơn và điều này sẽ được đưa ra làm đầu vào cho phần tiếp theo, được gọi làrectifier. Chúng ta sẽ thảo luận về bộ chỉnh lưu trong chương tiếp theo.

Bất cứ khi nào có nhu cầu chuyển đổi nguồn AC sang DC, một mạch chỉnh lưu sẽ xuất hiện để giải cứu. Một diode tiếp giáp PN đơn giản hoạt động như một bộ chỉnh lưu. Điều kiện phân cực thuận và phân cực ngược của diode thực hiện chỉnh lưu.

Chỉnh lưu

Dòng điện xoay chiều có tính chất thay đổi trạng thái liên tục. Điều này được hiểu bằng cách quan sát sóng sin trong đó dòng điện xoay chiều được chỉ ra. Nó tăng theo hướng tích cực lên đến giá trị cực đại dương, giảm từ đó xuống bình thường và lại chuyển sang phần âm và đạt đến đỉnh âm và một lần nữa trở lại bình thường và tiếp tục.

Trong quá trình hình thành sóng của nó, chúng ta có thể quan sát rằng sóng đi theo hướng dương và âm. Trên thực tế nó thay đổi hoàn toàn và do đó có tên là dòng điện xoay chiều.

Nhưng trong quá trình chỉnh lưu, dòng điện xoay chiều này được biến đổi thành dòng điện một chiều. Sóng chảy theo cả chiều dương và âm cho đến lúc đó, sẽ bị giới hạn hướng của nó chỉ theo hướng dương, khi được chuyển đổi thành DC. Do đó dòng điện chỉ được phép chạy theo chiều dương và chống lại theo chiều âm, giống như trong hình bên dưới.

Mạch thực hiện chỉnh lưu được gọi là Rectifier circuit. Một diode được sử dụng như một bộ chỉnh lưu, để cấu tạo một mạch chỉnh lưu.

Các loại mạch chỉnh lưu

Có hai loại mạch chỉnh lưu chính, tùy thuộc vào đầu ra của chúng. họ đang

• Bộ chỉnh lưu nửa sóng
• Bộ chỉnh lưu toàn sóng

Mạch chỉnh lưu nửa sóng chỉ chỉnh lưu nửa chu kỳ dương của nguồn cung cấp đầu vào trong khi mạch chỉnh lưu toàn sóng chỉnh lưu cả nửa chu kỳ dương và âm của nguồn cung cấp đầu vào.

Bộ chỉnh lưu nửa sóng

Bản thân tên bộ chỉnh lưu nửa sóng nói rằng rectification được thực hiện chỉ cho halfcủa chu kỳ. Tín hiệu AC được đưa ra thông qua một biến áp đầu vào có bước lên hoặc xuống tùy theo cách sử dụng. Hầu hết một biến áp bước xuống được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu, để giảm điện áp đầu vào.

Tín hiệu đầu vào được đưa đến máy biến áp được đưa qua một diode tiếp giáp PN đóng vai trò như một bộ chỉnh lưu. Diode này chuyển đổi điện áp xoay chiều thành xung một chiều chỉ trong nửa chu kỳ dương của đầu vào. Một điện trở tải được nối vào cuối đoạn mạch. Hình dưới đây cho thấy mạch của một bộ chỉnh lưu nửa sóng.

Làm việc của một HWR

Tín hiệu đầu vào được cấp cho máy biến áp để giảm mức điện áp. Đầu ra từ máy biến áp được đưa đến điốt hoạt động như một bộ chỉnh lưu. Diode này được BẬT (dẫn) trong nửa chu kỳ tích cực của tín hiệu đầu vào. Do đó có dòng điện chạy trong mạch và sẽ có sự sụt giảm điện áp trên điện trở tải. Diode bị TẮT (không dẫn điện) cho nửa chu kỳ âm và do đó đầu ra cho nửa chu kỳ âm sẽ là,$i_{D} = 0$ và $V_{o}=0$.

Do đó, đầu ra chỉ hiện diện cho nửa chu kỳ dương của điện áp đầu vào (bỏ qua dòng rò ngược). Đầu ra này sẽ tạo xung được đưa qua điện trở tải.

Dạng sóng của HWR

Các dạng sóng đầu vào và đầu ra như trong hình sau.

Do đó đầu ra của bộ chỉnh lưu nửa sóng là một DC xung. Chúng ta hãy thử phân tích mạch trên bằng cách hiểu một vài giá trị nhận được từ đầu ra của bộ chỉnh lưu nửa sóng.

Phân tích bộ chỉnh lưu nửa sóng

Để phân tích mạch chỉnh lưu nửa sóng, chúng ta hãy xem xét phương trình của điện áp đầu vào.

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

$V_{m}$ là giá trị lớn nhất của điện áp cung cấp.

Hãy giả sử rằng diode là lý tưởng.

• Điện trở theo hướng thuận, tức là, ở trạng thái BẬT là $R_f$.
• Điện trở theo hướng ngược lại, tức là, ở trạng thái TẮT là $R_r$.

Hiện tại i trong diode hoặc điện trở tải $R_L$ được đưa ra bởi

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

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

Ở đâu

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

Dòng điện đầu ra DC

Dòng điện trung bình $I_{dc}$ được đưa ra bởi

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

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

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

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

Thay thế giá trị của $I_m$, chúng tôi nhận được

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

Nếu $R_L >> R_f$, sau đó

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

Điện áp đầu ra DC

Điện áp đầu ra DC được cung cấp bởi

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

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

Nếu $R_L>>R_f$, sau đó

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

RMS hiện tại và điện áp

Giá trị của dòng điện RMS được cho bởi

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

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

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

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

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

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

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

Điện áp RMS trên tải là

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

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

Nếu $R_L>>R_f$, sau đó

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

Hiệu quả chỉnh lưu

Bất kỳ mạch nào cũng cần phải hoạt động hiệu quả để có đầu ra tốt hơn. Để tính toán hiệu suất của bộ chỉnh lưu nửa sóng, tỷ số giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào phải được xem xét.

Hiệu suất chỉnh lưu được định nghĩa là

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

Hiện nay

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

Thêm nữa

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

Ở đâu

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

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

Và

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

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

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

Từ cả hai biểu thức của $P_{ac}$ và $P_{dc}$, chúng tôi có thể viết

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

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

Phần trăm hiệu suất chỉnh lưu

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

Về mặt lý thuyết, giá trị lớn nhất của hiệu suất chỉnh lưu của bộ chỉnh lưu nửa sóng là 40,6% khi $R_{f}/R_{L} = 0$

Hơn nữa, hiệu quả có thể được tính theo cách sau

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

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

$$=40.6\%$$

Yếu tố Ripple

Đầu ra được điều chỉnh có chứa một số lượng thành phần AC có trong nó, ở dạng gợn sóng. Điều này được hiểu bằng cách quan sát dạng sóng đầu ra của bộ chỉnh lưu nửa sóng. Để có được một dc tinh khiết, chúng ta cần phải có một ý tưởng về thành phần này.

Hệ số gợn sóng cho biết độ mạnh của đầu ra được điều chỉnh. Nó được ký hiệu lày. Điều này có thể được định nghĩa là tỷ số giữa giá trị hiệu dụng của thành phần xoay chiều của điện áp hoặc dòng điện với giá trị trực tiếp hoặc giá trị trung bình.

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

Đây,

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

Vì thế,

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

Hiện nay,

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

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

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

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

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

Yếu tố gợn sóng cũng được định nghĩa là

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

Khi giá trị của hệ số gợn sóng hiện diện trong bộ chỉnh lưu nửa sóng là 1,21, điều đó có nghĩa là lượng ac hiện có trong đầu ra là $121\%$ của điện áp một chiều

Quy định

Dòng điện qua tải có thể thay đổi tùy thuộc vào điện trở tải. Nhưng ngay cả ở điều kiện như vậy, chúng tôi mong đợi điện áp đầu ra của chúng tôi được thực hiện trên điện trở tải đó, là không đổi. Vì vậy, điện áp của chúng ta cần được điều chỉnh ngay cả trong các điều kiện tải khác nhau.

Sự thay đổi của điện áp đầu ra DC với sự thay đổi của dòng tải DC được định nghĩa là Regulation. Quy định phần trăm được tính như sau.

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

Quy định phần trăm càng thấp thì nguồn cung cấp điện càng tốt. Một nguồn cung cấp điện lý tưởng sẽ có quy định phần trăm bằng không.

Hệ số sử dụng máy biến áp

Nguồn một chiều được cung cấp cho tải, trong mạch chỉnh lưu quyết định định mức của máy biến áp được sử dụng trong mạch.

Vì vậy, hệ số sử dụng máy biến áp được định nghĩa là

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

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

Theo lý thuyết về máy biến áp, điện áp định mức của cuộn thứ cấp sẽ là

$$V_m/\sqrt{2}$$

Điện áp RMS thực tế chạy qua nó sẽ là

$$I_m/2$$

vì thế

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

Nhưng

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

vì thế

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

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

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

Điện áp nghịch đảo đỉnh

Một diode khi được kết nối theo phân cực ngược, phải được làm việc ở mức điện áp được kiểm soát. Nếu điện áp an toàn vượt quá, diode sẽ bị hỏng. Do đó, điều rất quan trọng là phải biết về điện áp tối đa đó.

Điện áp nghịch đảo tối đa mà điốt có thể chịu được mà không bị phá hủy được gọi là Peak Inverse Voltage. Nói ngắn gọn,PIV.

Ở đây PIV không là gì ngoài Vm

Yếu tố hình thức

Đây có thể hiểu là giá trị trung bình toán học của các giá trị tuyệt đối của tất cả các điểm trên dạng sóng. Cácform factorđược định nghĩa là tỷ lệ giữa giá trị RMS với giá trị trung bình. Nó được ký hiệu làF.

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

Yếu tố đỉnh

Giá trị của đỉnh trong gợn sóng phải được xem xét để biết hiệu quả của việc điều chỉnh. Giá trị của hệ số đỉnh cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét.Peak factor được định nghĩa là tỷ số giữa giá trị đỉnh và giá trị RMS.

vì thế

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

Tất cả những điều này là những thông số quan trọng cần được xem xét khi nghiên cứu về một bộ chỉnh lưu.

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 khai thác 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 biến áp được điều chỉnh để có được điện áp đầu ra mong muốn, sử dụng hai điốt xen kẽ, 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 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 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 một 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$D_1$về phía trước thành kiến. Do đó hiện tại$i_1$ chảy 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 ở thứ cấp máy biến áp trở thành âm so với điểm N. Điều này làm cho điốt $D_2$về phía trước thành kiến. Do đó hiện tại$i_2$ chảy 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 được 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 hiệu điện thế cực đại trên nửa cuộn thứ cấp là $V_m$, toàn bộ điện áp thứ cấp xuất hiện trên diode 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 được gọi là$D_1$, $D_2$, $D_3$ và $D_4$được sử dụng trong việc xây dựng mạng kiểu cầu để 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 $D_3$ thiên vị về phía trước trong khi $D_2$ và $D_4$thành kiến ​​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 sóng đầy đủ điều khiển 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 $D_3$ đảo ngược thiên vị trong khi $D_2$ và $D_4$về phía trước thành kiến. 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 được 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

Bất cứ khi nào hai trong số các điốt mắc song song với thứ cấp của máy biến áp, thì điện áp thứ cấp lớn nhất 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 nửa giá trị 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 $V_{i}$ như,

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

Hiện tại $i_1$ thông qua điện trở tải $R_L$ được đưa ra bởi

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

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

Ở đâu

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

$R_f$ là điện trở của diode ở điều kiện ON.

Tương tự, hiện tại $i_2$ chảy qua diode $D_2$ và điện trở tải RL được cho bởi,

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

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

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

$$i=i_1+i_2$$

Dòng điện một chiều hoặc 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

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

Vì vậy, 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

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

Vì dòng điện có hai dạng giống nhau trong 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

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

Yếu tố 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

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

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

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

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	Căn giữa FWR	Cầu FWR
Số lượng điốt	$1$	$2$	$4$
Khai thác máy biến áp	$No$	$Yes$	$No$
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	$f_{in}$	$2f_{in}$	$2f_{in}$

Sơ đồ khối cấp nguồn giải thích rõ ràng rằng sau mạch chỉnh lưu cần có mạch lọc. Bộ chỉnh lưu giúp chuyển đổi dòng điện xoay chiều xung thành dòng điện một chiều, dòng điện này chỉ chạy theo một hướng. Cho đến bây giờ, chúng ta đã thấy các loại mạch chỉnh lưu khác nhau.

Đầu ra của tất cả các mạch chỉnh lưu này chứa một số yếu tố gợn sóng. Chúng tôi cũng đã quan sát thấy rằng hệ số gợn sóng của bộ chỉnh lưu nửa sóng lớn hơn hệ số gợn sóng của bộ chỉnh lưu toàn sóng.

Tại sao chúng ta cần bộ lọc?

Các gợn sóng trong tín hiệu biểu thị sự hiện diện của một số thành phần AC. Thành phần xoay chiều này phải được loại bỏ hoàn toàn để có được đầu ra một chiều thuần túy. Vì vậy, chúng tôi cần một mạchsmoothens đầu ra được chỉnh lưu thành tín hiệu một chiều tinh khiết.

A filter circuit là một trong đó loại bỏ thành phần xoay chiều có trong đầu ra được chỉnh lưu và cho phép thành phần một chiều đạt đến tải.

Hình sau cho thấy chức năng của một mạch lọc.

Một mạch lọc được cấu tạo bằng cách sử dụng hai thành phần chính, cuộn cảm và tụ điện. Chúng tôi đã nghiên cứu trong hướng dẫn Điện tử cơ bản

• Một cuộn cảm cho phép dc và khối ac.

• Một tụ điện cho phép ac và khối dc.

Chúng ta hãy thử tạo một vài bộ lọc, sử dụng hai thành phần này.

Bộ lọc cuộn cảm dòng

Khi một cuộn cảm cho phép dc và khối ac, một bộ lọc được gọi là Series Inductor Filtercó thể được cấu tạo bằng cách mắc nối tiếp cuộn cảm, giữa bộ chỉnh lưu và tải. Hình dưới đây cho thấy mạch của một bộ lọc cuộn cảm nối tiếp.

Đầu ra được chỉnh lưu khi đi qua bộ lọc này, cuộn cảm chặn các thành phần xoay chiều có trong tín hiệu, để cung cấp một chiều thuần túy. Đây là một bộ lọc chính đơn giản.

Bộ lọc tụ điện Shunt

Khi một tụ điện cho phép xoay chiều qua nó và chặn một chiều, một bộ lọc được gọi là Shunt Capacitor Filter có thể được xây dựng bằng cách sử dụng một tụ điện, được kết nối trong shunt, như thể hiện trong hình sau.

Đầu ra chỉnh lưu khi đi qua bộ lọc này, các thành phần xoay chiều có trong tín hiệu được nối đất thông qua tụ điện cho phép các thành phần xoay chiều. Các thành phần dc còn lại hiện diện trong tín hiệu được thu thập ở đầu ra.

Các loại bộ lọc được thảo luận ở trên được xây dựng bằng cách sử dụng cuộn cảm hoặc tụ điện. Bây giờ, hãy thử sử dụng cả hai để tạo bộ lọc tốt hơn. Đây là các bộ lọc tổ hợp.

Bộ lọc LC

Một mạch lọc có thể được xây dựng bằng cách sử dụng cả cuộn cảm và tụ điện để có được đầu ra tốt hơn trong đó hiệu suất của cả cuộn cảm và tụ điện có thể được sử dụng. Hình dưới đây cho thấy sơ đồ mạch của bộ lọc LC.

Đầu ra chỉnh lưu khi được đưa cho mạch này, cuộn cảm cho phép các thành phần một chiều đi qua nó, chặn các thành phần xoay chiều trong tín hiệu. Bây giờ, từ tín hiệu đó, một vài thành phần xoay chiều khác nếu có được nối đất để chúng ta có được đầu ra một chiều thuần túy.

Bộ lọc này còn được gọi là Choke Input Filterkhi tín hiệu đầu vào đầu tiên đi vào cuộn cảm. Đầu ra của bộ lọc này tốt hơn những cái trước.

Π- Bộ lọc (bộ lọc Pi)

Đây là một loại mạch lọc khác được sử dụng rất phổ biến. Nó có tụ điện ở đầu vào và do đó nó còn được gọi làCapacitor Input Filter. Ở đây, hai tụ điện và một cuộn cảm được nối với nhau theo kiểu mạng hình π. Một tụ điện mắc song song, rồi một cuộn cảm mắc nối tiếp, nối tiếp với một tụ điện khác mắc song song tạo thành đoạn mạch này.

Nếu cần, một số phần giống nhau cũng có thể được thêm vào phần này, tùy theo yêu cầu. Hình dưới đây cho thấy một mạch cho$\pi$ bộ lọc (Pi-filter).

Hoạt động của bộ lọc Pi

Trong đoạn mạch này, ta mắc song song một tụ điện, rồi một cuộn cảm mắc nối tiếp, tiếp đến là một tụ điện khác mắc song song.

• Capacitor C₁- Tụ lọc này cung cấp điện trở cao đối với tín hiệu điện một chiều và điện kháng thấp đối với tín hiệu xoay chiều. Sau khi nối đất các thành phần xoay chiều có trong tín hiệu, tín hiệu sẽ chuyển đến cuộn cảm để lọc thêm.

• Inductor L- Cuộn cảm này cung cấp điện trở thấp cho các thành phần một chiều, đồng thời chặn các thành phần xoay chiều nếu có điện trở đi qua tụ điện C ₁ .

• Capacitor C₂ - Bây giờ tín hiệu được làm mịn hơn nữa bằng cách sử dụng tụ điện này để nó cho phép bất kỳ thành phần xoay chiều nào có trong tín hiệu, mà cuộn cảm không thể chặn được.

Vì vậy, chúng tôi, có được đầu ra một chiều tinh khiết mong muốn ở tải.

Giai đoạn tiếp theo và cuối cùng trước khi tải, trong hệ thống cung cấp điện là phần Bộ điều chỉnh. Bây giờ chúng ta hãy cố gắng hiểu cơ quan quản lý là gì và nó làm gì.

Phần điện tử liên quan đến việc điều khiển và chuyển đổi năng lượng điện có thể được gọi là Power Electronics. Bộ điều chỉnh là một thiết bị quan trọng khi nói đến điện tử công suất vì nó điều khiển sản lượng điện.

Cần một bộ điều chỉnh

Để nguồn điện tạo ra điện áp đầu ra không đổi, không phụ thuộc vào các biến thể điện áp đầu vào hay các biến thể dòng tải, cần có bộ điều chỉnh điện áp.

A voltage regulatorlà một thiết bị duy trì điện áp đầu ra không đổi, thay vì bất kỳ loại dao động nào của điện áp đầu vào đang được áp dụng hoặc bất kỳ sự thay đổi nào về dòng điện do tải tạo ra. Hình ảnh sau đây cung cấp ý tưởng về một bộ điều chỉnh thực tế trông như thế nào.

Các loại điều chỉnh

Bộ điều chỉnh có thể được phân loại thành các loại khác nhau, tùy thuộc vào hoạt động và loại kết nối của chúng.

Depending upon the type of regulation, bộ điều chỉnh chủ yếu được chia thành hai loại là bộ điều chỉnh dòng và tải.

• Line Regulator - Bộ điều chỉnh điều chỉnh điện áp đầu ra không đổi, mặc dù dòng đầu vào thay đổi, nó được gọi là Line regulator.

• Load Regulator - Bộ điều chỉnh điều chỉnh điện áp đầu ra không đổi, bất chấp sự thay đổi của tải ở đầu ra, nó được gọi là Load regulator.

Depending upon the type of connection, có hai loại điều chỉnh điện áp. họ đang

• Bộ điều chỉnh điện áp dòng
• Bộ điều chỉnh điện áp Shunt

Sự sắp xếp của chúng trong một mạch sẽ giống như trong các hình sau.

Hãy để chúng tôi xem xét các loại bộ điều chỉnh quan trọng khác.

Bộ điều chỉnh điện áp Zener

Bộ điều chỉnh điện áp Zener là một bộ điều chỉnh sử dụng điốt Zener để điều chỉnh điện áp đầu ra. Chúng ta đã thảo luận về các chi tiết liên quan đến diode Zener trong hướng dẫn ĐIỆN TỬ CƠ BẢN.

Khi diode Zener được vận hành trong sự cố hoặc Zener region, về cơ bản điện áp trên nó là constant cho một large change of currentqua đó. Đặc tính này làm cho điốt Zener trở thànhgood voltage regulator.

Hình dưới đây là hình ảnh của một bộ điều chỉnh Zener đơn giản.

Điện áp đầu vào được áp dụng $V_i$ khi tăng vượt quá điện áp Zener $V_z$, khi đó diode Zener hoạt động trong vùng đánh thủng và duy trì điện áp không đổi trên tải. Điện trở giới hạn loạt$R_s$ giới hạn dòng điện đầu vào.

Hoạt động của bộ điều chỉnh điện áp Zener

Diode Zener duy trì điện áp trên nó không đổi bất chấp các biến động tải và dao động điện áp đầu vào. Do đó chúng ta có thể xem xét 4 trường hợp để hiểu hoạt động của bộ điều chỉnh điện áp Zener.

Case 1 - Nếu dòng tải $I_L$ tăng, sau đó dòng điện qua điốt Zener $I_Z$ giảm để duy trì dòng điện qua điện trở nối tiếp $R_S$không thay đổi. Điện áp đầu ra Vo phụ thuộc vào điện áp đầu vào Vi và điện áp trên điện trở nối tiếp$R_S$.

Điều này có thể được viết là

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

Ở đâu $I$là hằng số. Vì thế,$V_o$ cũng không đổi.

Case 2 - Nếu dòng tải $I_L$ giảm, sau đó dòng điện qua điốt Zener $I_Z$ tăng, như hiện tại $I_S$qua RS nối tiếp điện trở không đổi. Mặc dù hiện tại$I_Z$ thông qua diode Zener tăng nó duy trì một điện áp đầu ra không đổi $V_Z$, duy trì điện áp tải không đổi.

Case 3 - Nếu điện áp đầu vào $V_i$ tăng, sau đó hiện tại $I_S$qua nối tiếp RS điện trở tăng. Điều này làm tăng điện áp rơi trên điện trở, tức là$V_S$tăng. Mặc dù dòng điện qua diode Zener$I_Z$ tăng theo điều này, điện áp trên diode Zener $V_Z$ không đổi, giữ cho điện áp tải đầu ra không đổi.

Case 4 - Nếu điện áp đầu vào giảm, dòng qua điện trở nối tiếp giảm làm cho dòng qua diode Zener $I_Z$giảm dần. Nhưng diode Zener duy trì điện áp đầu ra không đổi do đặc tính của nó.

Hạn chế của bộ điều chỉnh điện áp Zener

Có một vài hạn chế đối với bộ điều chỉnh điện áp Zener. Họ là -

• Nó kém hiệu quả hơn đối với dòng tải nặng.
• Trở kháng Zener ảnh hưởng một chút đến điện áp đầu ra.

Do đó bộ điều chỉnh điện áp Zener được coi là hiệu quả cho các ứng dụng điện áp thấp. Bây giờ, chúng ta hãy xem xét các loại điều chỉnh điện áp khác, được làm bằng bóng bán dẫn.

Bộ điều chỉnh điện áp dòng Transistor

Bộ điều chỉnh này có một bóng bán dẫn mắc nối tiếp với bộ điều chỉnh Zener và cả hai song song với tải. Bóng bán dẫn hoạt động như một biến trở điều chỉnh điện áp cực phát của nó để duy trì điện áp đầu ra không đổi. Hình dưới đây cho thấy bộ điều chỉnh điện áp loạt bóng bán dẫn.

Với các điều kiện hoạt động đầu vào, dòng điện qua cơ sở của bóng bán dẫn thay đổi. Điều này ảnh hưởng đến điện áp trên đường giao nhau cực phát cơ bản của bóng bán dẫn$V_{BE}$. Điện áp đầu ra được duy trì bởi điện áp Zener$V_Z$là hằng số. Vì cả hai đều được duy trì bằng nhau, bất kỳ thay đổi nào trong nguồn cung cấp đầu vào được chỉ ra bởi sự thay đổi điện áp cơ bản của bộ phát$V_{BE}$.

Do đó điện áp đầu ra Vo có thể được hiểu là

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

Hoạt động của bộ điều chỉnh điện áp dòng Transistor

Sự làm việc của bộ điều chỉnh điện áp nối tiếp phải được xem xét đối với các biến đổi đầu vào và tải. Nếu tăng điện áp đầu vào thì điện áp đầu ra cũng tăng theo. Nhưng điều này lại làm cho điện áp trên điểm giao nhau của bộ thu$V_{BE}$ giảm, vì điện áp Zener $V_Z$vẫn không đổi. Độ dẫn điện giảm khi điện trở trên vùng thu cực phát tăng. Điều này tiếp tục làm tăng điện áp qua điểm nối bộ phát cực thu VCE do đó làm giảm điện áp đầu ra$V_O$. Điều này sẽ tương tự khi điện áp đầu vào giảm.

Khi tải thay đổi xảy ra, có nghĩa là nếu điện trở của tải giảm, tăng dòng tải $I_L$, điện áp đầu ra $V_O$ giảm, tăng điện áp cơ bản của bộ phát $V_{BE}$.

Với sự gia tăng điện áp cơ bản của bộ phát $V_{BE}$độ dẫn điện tăng làm giảm điện trở bộ thu cực phát. Điều này đến lượt nó làm tăng dòng điện đầu vào, bù lại sự suy giảm điện trở tải. Điều này sẽ tương tự khi dòng tải tăng lên.

Hạn chế của bộ điều chỉnh điện áp dòng Transistor

Bộ điều chỉnh điện áp dòng bán dẫn có những hạn chế sau:

• Điện áp $V_{BE}$ và $V_Z$ bị ảnh hưởng bởi sự gia tăng nhiệt độ.
• Không thể điều chỉnh tốt cho dòng điện cao.
• Công suất tiêu tán cao.
• Công suất tiêu tán cao.
• Kém hiệu quả.

Để giảm thiểu những hạn chế này, bộ điều chỉnh shunt bóng bán dẫn được sử dụng.

Transistor Shunt điều chỉnh điện áp

Một mạch điều chỉnh shunt bóng bán dẫn được hình thành bằng cách kết nối một điện trở nối tiếp với đầu vào và một bóng bán dẫn có đế và cực thu được kết nối bằng một diode Zener điều chỉnh, cả hai đều song song với tải. Hình dưới đây cho thấy sơ đồ mạch của một bộ điều chỉnh shunt bóng bán dẫn.

Hoạt động của bộ điều chỉnh điện áp Shunt Transistor

Nếu điện áp đầu vào tăng, $V_{BE}$ và $V_O$cũng được tăng lên. Nhưng điều này xảy ra ban đầu. Trên thực tế khi$V_{in}$ tăng, hiện tại $I_{in}$cũng tăng. Dòng điện này khi chạy qua RS, gây ra sụt áp$V_S$ trên điện trở nối tiếp, điện trở này cũng được tăng lên với $V_{in}$. Nhưng điều này làm cho$V_o$Làm giảm xuống. Bây giờ điều này giảm trong$V_o$bù lại mức tăng ban đầu duy trì nó không đổi. Vì thế$V_o$được duy trì không đổi. Nếu điện áp đầu ra giảm thay vào đó, điều ngược lại sẽ xảy ra.

Nếu điện trở tải giảm, điện áp đầu ra sẽ giảm $V_o$. Dòng điện qua tải tăng. Điều này làm cho dòng điện cơ bản và dòng điện thu của bóng bán dẫn giảm. Điện áp trên điện trở nối tiếp trở nên thấp, do dòng điện chạy nhiều. Dòng điện đầu vào sẽ không đổi.

Điện áp đầu ra xuất hiện sẽ là sự khác biệt giữa điện áp đặt vào $V_i$ và giảm điện áp loạt $V_s$. Do đó điện áp đầu ra sẽ được tăng lên để bù lại sự sụt giảm ban đầu và do đó được duy trì không đổi. Điều ngược lại xảy ra nếu điện trở tải tăng lên.

Bộ điều chỉnh IC

Bộ điều chỉnh điện áp hiện có sẵn ở dạng Mạch tích hợp (IC). Chúng được gọi ngắn gọn là IC Regulators.

Cùng với chức năng giống như một bộ điều chỉnh thông thường, một bộ điều chỉnh IC có các đặc tính như bù nhiệt, bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ chống sét lan truyền được tích hợp trong thiết bị.

Các loại bộ điều chỉnh IC

Bộ điều chỉnh IC có thể thuộc các loại sau:

• Cố định bộ điều chỉnh điện áp tích cực
• Bộ điều chỉnh điện áp âm cố định
• Bộ điều chỉnh điện áp có thể điều chỉnh
• Bộ điều chỉnh điện áp theo dõi kép

Bây giờ chúng ta hãy thảo luận chi tiết về chúng.

Bộ điều chỉnh điện áp dương cố định

Đầu ra của các bộ điều chỉnh này được cố định ở một giá trị cụ thể và các giá trị này là dương, có nghĩa là điện áp đầu ra được cung cấp là điện áp dương.

Dòng được sử dụng nhiều nhất là dòng 7800 và các IC sẽ giống như IC 7806, IC 7812 và IC 7815, v.v. cung cấp điện áp đầu ra tương ứng là + 6v, + 12v và + 15v. Hình dưới đây cho thấy IC 7810 được kết nối để cung cấp điện áp đầu ra tích cực 10v cố định.

Trong hình trên, tụ điện đầu vào $C_1$ được sử dụng để ngăn chặn các dao động không mong muốn và tụ điện đầu ra $C_2$ hoạt động như một bộ lọc dòng để cải thiện phản ứng nhất thời.

Bộ điều chỉnh điện áp âm cố định

Đầu ra của các bộ điều chỉnh này được cố định ở một giá trị cụ thể và các giá trị là âm, có nghĩa là điện áp đầu ra được cung cấp là điện áp âm.

Dòng được sử dụng nhiều nhất là dòng 7900 và các IC sẽ giống như IC 7906, IC 7912 và IC 7915, v.v. cung cấp điện áp đầu ra tương ứng là -6v, -12v và -15v. Hình bên dưới cho thấy IC 7910 được kết nối để cung cấp điện áp đầu ra âm 10v cố định.

Trong hình trên, tụ điện đầu vào $C_1$ được sử dụng để ngăn chặn các dao động không mong muốn và tụ điện đầu ra $C_2$ hoạt động như một bộ lọc dòng để cải thiện phản ứng nhất thời.

Bộ điều chỉnh điện áp có thể điều chỉnh

Một bộ điều chỉnh điện áp có thể điều chỉnh có ba đầu nối IN, OUT và ADJ. Các thiết bị đầu cuối đầu vào và đầu ra là phổ biến trong khi đầu cuối điều chỉnh được cung cấp một điện trở biến đổi cho phép đầu ra thay đổi giữa một phạm vi rộng.

Hình trên cho thấy một nguồn điện không được điều chỉnh dẫn động một bộ điều chỉnh IC điều chỉnh LM 317 thường được sử dụng. LM 317 là bộ điều chỉnh điện áp điều chỉnh tích cực ba đầu cuối và có thể cung cấp dòng tải 1,5A trên phạm vi đầu ra có thể điều chỉnh từ 1,25v đến 37v.

Bộ điều chỉnh điện áp theo dõi kép

Bộ điều chỉnh theo dõi kép được sử dụng khi cần điện áp nguồn phân chia. Chúng cung cấp điện áp đầu ra âm và dương bằng nhau. Ví dụ, IC RC4195 cung cấp đầu ra DC + 15v và -15v. Điều này cần hai điện áp đầu vào không được kiểm soát như đầu vào tích cực có thể thay đổi từ + 18v đến + 30v và đầu vào âm có thể thay đổi từ -18v đến -30v.

Hình ảnh trên cho thấy một bộ điều chỉnh IC RC4195 theo dõi kép. Các bộ điều chỉnh xếp chồng kép có thể điều chỉnh cũng có sẵn có đầu ra khác nhau giữa hai giới hạn danh định.

Các chủ đề được thảo luận cho đến bây giờ đại diện cho các phần khác nhau của đơn vị cung cấp điện. Tất cả những phần này cùng nhau tạo nênLinear Power Supply. Đây là phương pháp thông thường để lấy DC từ nguồn AC đầu vào.

Cung cấp điện tuyến tính

Bộ cấp nguồn tuyến tính (LPS) là bộ nguồn được điều chỉnh tản nhiệt nhiều trong điện trở nối tiếp để điều chỉnh điện áp đầu ra có độ gợn sóng thấp và tiếng ồn thấp. LPS này có nhiều ứng dụng.

Nguồn điện tuyến tính yêu cầu các thiết bị bán dẫn lớn hơn để điều chỉnh điện áp đầu ra và tạo ra nhiều nhiệt hơn dẫn đến hiệu suất năng lượng thấp hơn. Các bộ nguồn tuyến tính có thời gian đáp ứng thoáng qua nhanh hơn 100 lần so với các bộ khác, điều này rất quan trọng trong một số lĩnh vực chuyên biệt.

Ưu điểm của LPS

• Nguồn điện là liên tục.
• Mạch rất đơn giản.
• Đây là những hệ thống đáng tin cậy.
• Hệ thống này phản ứng động với những thay đổi về tải.
• Các điện trở mạch được thay đổi để điều chỉnh điện áp đầu ra.
• Khi các thành phần hoạt động trong vùng tuyến tính, tiếng ồn thấp.
• Độ gợn sóng là rất thấp trong điện áp đầu ra.

Nhược điểm của LPS

• Máy biến áp được sử dụng nặng hơn và lớn hơn.
• Tản nhiệt nhiều hơn.
• Hiệu suất của nguồn điện tuyến tính là 40 đến 50%
• Điện năng bị lãng phí dưới dạng nhiệt trong các mạch LPS.
• Điện áp đầu ra duy nhất thu được.

Chúng ta đã xem xét các phần khác nhau của nguồn điện tuyến tính. Sơ đồ khối của Bộ nguồn tuyến tính như trong hình sau.

Bất chấp những nhược điểm trên, Bộ nguồn tuyến tính được sử dụng rộng rãi trong các bộ khuếch đại nhiễu thấp, thiết bị kiểm tra, mạch điều khiển. Ngoài ra, chúng còn được sử dụng trong việc thu thập dữ liệu và xử lý tín hiệu.

Tất cả các hệ thống cung cấp điện cần điều chỉnh đơn giản và không quan tâm đến hiệu quả, các mạch LPS được sử dụng. Khi độ nhiễu điện thấp hơn, LPS được sử dụng để cấp nguồn cho mạch tương tự nhạy cảm. Nhưng để khắc phục nhược điểm của hệ thống Linear Power Supply, người ta sử dụng Switched Mode Power Supply (SMPS).

Nguồn cung cấp chế độ chuyển đổi (SMPS)

Những nhược điểm của LPS như hiệu suất thấp hơn, tụ điện cần giá trị lớn để giảm gợn sóng và máy biến áp nặng và tốn kém, v.v. được khắc phục bằng cách thực hiện Switched Mode Power Supplies.

Hoạt động của SMPS được hiểu một cách đơn giản khi biết rằng bóng bán dẫn được sử dụng trong LPS được sử dụng để kiểm soát sự sụt giảm điện áp trong khi bóng bán dẫn trong SMPS được sử dụng như một controlled switch.

Đang làm việc

Hoạt động của SMPS có thể được hiểu theo hình sau.

Hãy để chúng tôi cố gắng hiểu những gì xảy ra ở mỗi giai đoạn của mạch SMPS.

Giai đoạn đầu vào

Tín hiệu cung cấp đầu vào AC 50 Hz được đưa trực tiếp đến tổ hợp mạch chỉnh lưu và mạch lọc mà không cần sử dụng bất kỳ biến áp nào. Đầu ra này sẽ có nhiều biến động và giá trị điện dung của tụ điện phải cao hơn để xử lý các biến động đầu vào. Một chiều không điều chỉnh này được cấp cho phần chuyển mạch trung tâm của SMPS.

Phần chuyển đổi

Thiết bị chuyển mạch nhanh như Bóng bán dẫn công suất hoặc MOSFET được sử dụng trong phần này, thiết bị này sẽ BẬT và TẮT theo các biến thể và đầu ra này được cấp cho đầu ra của máy biến áp có trong phần này. Máy biến áp được sử dụng ở đây là loại nhỏ hơn và nhẹ hơn nhiều không giống như loại được sử dụng cho nguồn cung cấp 60 Hz. Chúng hiệu quả hơn nhiều và do đó tỷ lệ chuyển đổi điện năng cao hơn.

Giai đoạn đầu ra

Tín hiệu đầu ra từ phần chuyển mạch một lần nữa được chỉnh lưu và lọc để có được điện áp DC cần thiết. Đây là điện áp đầu ra được điều chỉnh sau đó được cấp cho mạch điều khiển, là mạch phản hồi. Đầu ra cuối cùng thu được sau khi xem xét tín hiệu phản hồi.

Bộ điều khiển

Bộ phận này là mạch phản hồi có nhiều phần. Hãy để chúng tôi hiểu rõ về điều này từ Hình sau.

Hình trên giải thích các bộ phận bên trong của thiết bị điều khiển. Cảm biến đầu ra cảm nhận tín hiệu và kết hợp với bộ phận điều khiển. Tín hiệu được cách ly với phần khác để mọi đột biến không ảnh hưởng đến mạch điện. Một điện áp tham chiếu được đưa ra làm một đầu vào cùng với tín hiệu tới bộ khuếch đại lỗi, là bộ so sánh so sánh tín hiệu với mức tín hiệu yêu cầu.

Bằng cách kiểm soát tần số cắt, mức điện áp cuối cùng được duy trì. Điều này được kiểm soát bằng cách so sánh các đầu vào được cung cấp cho bộ khuếch đại lỗi, đầu ra của nó giúp quyết định tăng hoặc giảm tần số cắt. Bộ tạo dao động PWM tạo ra một tần số cố định sóng PWM tiêu chuẩn.

Chúng ta có thể hiểu rõ hơn về hoạt động hoàn chỉnh của SMPS bằng cách xem hình sau.

SMPS chủ yếu được sử dụng khi việc chuyển đổi điện áp hoàn toàn không phải là vấn đề và hiệu quả của hệ thống thực sự quan trọng. Có một số điểm cần lưu ý về SMPS. họ đang

• Mạch SMPS được vận hành bằng cách chuyển mạch và do đó điện áp thay đổi liên tục.

• Thiết bị chuyển mạch được vận hành ở chế độ bão hòa hoặc chế độ cắt.

• Điện áp đầu ra được điều khiển bởi thời gian chuyển mạch của mạch phản hồi.

• Thời gian chuyển mạch được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh chu kỳ làm việc.

• Hiệu quả của SMPS cao vì thay vì tiêu tán năng lượng dư thừa dưới dạng nhiệt, nó liên tục chuyển đầu vào để điều khiển đầu ra.

Nhược điểm

Có một số nhược điểm trong SMPS, chẳng hạn như

• Tiếng ồn hiện diện do chuyển đổi tần số cao.
• Mạch phức tạp.
• Nó tạo ra nhiễu điện từ.

Ưu điểm

Những lợi thế của SMPS bao gồm,

• Hiệu quả cao từ 80 đến 90%
• Ít sinh nhiệt; ít hao phí điện năng.
• Giảm phản hồi sóng hài vào nguồn cung cấp chính.
• Thiết bị nhỏ gọn và có kích thước nhỏ.
• Giảm chi phí sản xuất.
• Dự phòng cung cấp số điện áp yêu cầu.

Các ứng dụng

Có rất nhiều ứng dụng của SMPS. Chúng được sử dụng trong bo mạch chủ của máy tính, bộ sạc điện thoại di động, đo HVDC, bộ sạc pin, phân phối điện trung tâm, xe có động cơ, thiết bị điện tử tiêu dùng, máy tính xách tay, hệ thống an ninh, trạm vũ trụ, v.v.

Các loại SMPS

SMPS là mạch Nguồn cung cấp chế độ chuyển mạch được thiết kế để lấy điện áp đầu ra DC được điều chỉnh từ điện áp DC hoặc AC không được điều chỉnh. Có bốn loại SMPS chính như

• Bộ chuyển đổi DC sang DC
• Bộ chuyển đổi AC sang DC
• Công cụ chuyển đổi bay trở lại
• Công cụ chuyển tiếp

Phần chuyển đổi AC sang DC trong phần đầu vào tạo ra sự khác biệt giữa bộ chuyển đổi AC sang DC và bộ chuyển đổi DC sang DC. Bộ chuyển đổi Fly back được sử dụng cho các ứng dụng Công suất thấp. Ngoài ra còn có Bộ chuyển đổi Buck và Bộ chuyển đổi Boost trong các loại SMPS giúp giảm hoặc tăng điện áp đầu ra tùy theo yêu cầu. Các loại SMPS khác bao gồm bộ chuyển đổi quay ngược tự dao động, bộ chuyển đổi Buck-boost, Cuk, Sepic, v.v.