Embed Size (px)
Citation preview
ตวเรยงกระแสแหลงจายก าลง(Power Supplies Rectifier)
Power LineAC
ACCorrect
DCPulsating
DCSmoothed
DC output
LoadTransformer Rectifier Filter Regulator
การใชงานไดโอด
ไดอะแกรมแหลงจายก าลง (Power Supplies)
ตวเรยงกระแส(Rectifier)
ตวเรยงกระแสมสามชนดใหญ ๆ คอ
1. ตวเรยงกระแสแบบครงคลน (Half Wave Rectifier) 2. ตวเรยงกระแสแบบเตมคลน (Full Wave Rectifier)3. ตวเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจ(Bridge Rectifier)
ตวเรยงกระแสแบบครงคลน (Half Wave Rectifier)
VS RL
D
VL0 2 3 4
rmsm VV 2
rmsV220
180 360 540 720
Dm VV
2 3 4180 360 540 720
LV
เนองจากไดโอดน ากระแสไดทศทางเดยว เมอไดรบไบอสตรง ดงนนจงน าคณสมบตขอนมาประยกต
ตวเรยงกระแสแบบครงคลน (Half Wave Rectifier)
V1
RL
D
Vo
V2
vS
220 Vrms
50 Hz
tVvv msS sin
f 2โดยท
และ f = ความถแรงดนอนพต
แรงดนอนพต
ทชวงครงบวก t0
- D1 น ากระแส(เสมอนลดวงจร) tVv mO sin
ทชวงครงลบ 2 t
- D1 ไมน ากระแส(เสมอนเปดวงจร) 0Ov
mm
msdco VV
tdtvtdvV 318.0)(sin2
1)(
2
1
00
)(
L
m
L
m
L
dco
dcoR
V
R
V
R
VI
318.0)(
)(
คาแรงดนเอาตพตเฉลยหรอแรงดนตกครอมโหลดคอ
คากระแสเอาตพตเฉลยหรอกระแสผานตวภาระงานหาไดจาก
n:1
Vp Vs
หมอแปลง(Transformer) n = อตรารอบVp = แรงดนอารเอมเอสดานขดปฐมภมVS = แรงดนอารเอมเอสดานขดทตยภมความสมพนธของแรงดนและอตรารอบเปนดงน
โดยท Np จ านวนรอบของขดลวดดานปฐมภม
Ns จ านวนรอบของขดลวดดานทตยภม
1
n
N
N
V
V
s
p
s
p
Vp Vs
Ip Is
Np Ns
Np Ns
Pin = Poutและ
Step-down transformer ; n=10
Np :Ns = 10:1 = Vp :Vs = 120 V : 12 Vrms
ตวอยาง จงหาคณสมบตของ วงจรเรยงกระแสแบบครงคลนดงรป โดยปอนแรงดนทขดปฐมภม
หมอแปลงเทากบ 120V , 60Hz และแปลงใหแรงดนต าลงทขดทตยภมดวยอตรารอบเทากบn = 10:1 ใชตวภาระงาน RL= 5 โอหม จงหา1) Vo(dc) , 2) Io(dc)
วธท า
หาแรงดนทางขดทตยภมไดจาก Vn
VV
p
s 1210
120
หาแรงดนสงสด(peak)ขดทตยภมคอ
VVV sm 97.161222
1. หาแรงดน
VVV mdco 4.597.16318.0318.0)(
2. หากระแสดซ AR
VI
L
dco
dco 08.15
4.5)(
)(
)(dcoV
tVvv msS sin
f 2โดยท
และ f = ความถแรงดนอนพต
แรงดนอนพต
ทชวงครงบวก t0
-D1 น ากระแส(เสมอนลดวงจร)-D2 ไมน ากระแส(เสมอนเปดวงจร)
tVv mO sin
ทชวงครงลบ 2 t
-D1 ไมน ากระแส(เสมอนเปดวงจร)-D2 น ากระแส(เสมอนลดวงจร)-
ตวเรยงกระแสแบบเตมคลน (Full Wave Rectifier)
n:1
D1
RL
Pv
D2
vOSv
SvDv
Dv
tVv mO sin
รปรางสญญาณ
n:1
D1
RL
Pv
D2
vOSv
SvDv
Dv
mm
mOdco VV
tdtvtdvV 636.02
)(sin2
2)(
2
2
00
)(
L
m
L
m
L
dco
dcoR
V
R
V
R
VI
636.02)(
)(
mm
mOrmso VV
tdtvtdvV 707.02
)(sin2
2)(
2
22/1
0
2
2/1
0
2
)(
L
m
L
rmso
rmsoR
V
R
VI
707.0)(
)(
คาแรงดนเอาตพตเฉลยหาไดจาก
คากระแสเอาตพตเฉลยหาไดจาก
แรงดนเอาตพตอารเอมเอส(rms) ไดจาก
กระแสเอาตพตอารเอมเอส(rms) ไดจาก
ตวอยาง จงหาคณสมบตของ วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนดงรป โดยปอนแรงดนทขดปฐมภม
หมอแปลงเทากบ 120V , 60Hz และแปลงใหแรงดนต าลงทขดทตยภมดวยอตรารอบเทากบn = 10:2 ใชตวภาระงาน RL= 5 โอหม จงหา
1) Vo(dc) , 2) Io(dc) , 3) Vo(rms) , 4)Io(rms)
วธท า
หาแรงดนทางขดทตยภมไดจาก
หาแรงดนสงสด(peak)ขดทตยภมคอ
VVV sm 97.161222
VVs 122
24
Vn
VV
p
s 2410
120222
1. หาแรงดน
VVV mdco 8.1097.16636.0636.0)(
2. หากระแสดซ
AR
VI
L
dco
dco 16.25
8.10)(
)(
3. หา )(rmsoV
)(dcoV
VVV mrmso 1297.16707.0707.0)(
4. หา )(rmsoI
AV
R
VI
L
rmso
rmso 4.25
12)(
)(
5. หา PIV ซงเปนแรงดนสงสดตานกลบ ซงเปนแรงดนรเวรสทไดโอดยงสามารถท างานไดโดยไมพง พจารณาจากขณะไดโอด OFF แรงดนตกครอมไดโอดสงสดเทากบ 2Vm
VVPIV m 94.332
6. หา
WRIP Lrmsodco 8.2854.222
)()(
7. หา
WIVP dcodcodco 33.2316.28.10)()()(
)(dcoP
)(acoP
#
tVvv msS sin
f 2โดยท
และ f = ความถแรงดนอนพต
แรงดนอนพต
ทชวงครงบวก t0
-D1 น ากระแส(เสมอนลดวงจร)-D3 น ากระแส(เสมอน ลดวงจร)
tVv mO sin
ทชวงครงลบ 2 t
-D2 ไมน ากระแส(เสมอนเปดวงจร) -ไมน ากระแส(เสมอนเปดวงจร)-
ตวเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจ (Full Wave Bridge Rectifier)
tVv mO sin
รปรางสญญาณ
mm
mOdco VV
tdtvtdvV 636.02
)(sin2
2)(
2
2
00
)(
L
m
L
m
L
dco
dcoR
V
R
V
R
VI
636.02)(
)(
mm
mOrmso VV
tdtvtdvV 707.02
)(sin2
2)(
2
22/1
0
2
2/1
0
2
)(
L
m
L
rmso
rmsoR
V
R
VI
707.0)(
)(
คาแรงดนเอาตพตเฉลยหาไดจาก
คากระแสเอาตพตเฉลยหาไดจาก
แรงดนเอาตพตอารเอมเอส(rms) ไดจาก
กระแสเอาตพตอารเอมเอส(rms) ไดจาก
วงจรตดสญญาณ (Clipper Circuits)
• วงจร clipper ใชไดโอดตดสญญาณบางสวนออกโดยสญญาณสวนท
เหลอมลกษณะเหมอนเดม
• วงจร clipper มอย 2 ประเภท
–Series clipper และ Parallel clipper
17
Clipper Circuit
Clipper Circuit
Clipper Circuits
• Series clipper จะตอไดโอดอนกรมกบข ววด vo
• Parallel clipper จะตอไดโอดขนานกบข ววด vo
18
Clipper Circuits: Simple Series
พจารณาเมอใชแบบจ าลองไดโอดชนด Ideal
• วงจร simple series clipper สามารถตดแรงดนโดยลกษณะการตอของไดโอด
จะเปนตวบงบอกวากระแสจะไหลผานโหลดในทศทางไหนและจะตดแรงดนดาน
ทเทาไร
19
vi > 0 Diode ON vo = vi
vi < 0 Diode OFF vo = 0
ตดแรงดนทนอยกวาศนย
Clipper Circuits: Simple Parallel
พจารณาเมอใชแบบจ าลองไดโอดชนด Ideal
• ส าหรบวงจร simple parallel clipper
–vi> 0 Diode on v
o= 0
vi≤ 0 Diode off v
o= vi
20
Clip บน
จงเขยนกราฟ vo
21
คด Ideal Diodes
vi < +4V ; Diode ON
vo = + 4V
ถา vi > +4V ; Diode OFF
vo = vi
ตวอยาง
• Transfer Function
22
4 V ; 4 V
; 4 V
i
o
i i
vv
v v
vo = vivo = 4V
ตวอยาง: ค านวณดวย Silicon Diode
23
คด VT = 0.7 V
vD > 0.7V, Diode จงท างาน
- vi + 4V > 0.7V
vi < +3.3V ; Diode ON
vo = + 3.3 V
ถา vi > +3.3V ; Diode OFF
vo = vi
Si
Ex: ค านวณดวย Silicon Diode : Transfer Function
• Transfer Function
24
3.3 V ; 3.3 V
; 3.3 V
i
o
i i
vv
v v
Slope = 1
vi
vo
3.3V
3.3V
Silicon Diode ท าใหเงอนไขการ ON/OFF เปลยนค าตอบตองระบ ขนาดแรงดนตางๆใหชดเจน
vo = vivo = 3. 3V
Clamper Circuits
• วงจรเปลยนระดบแรงดนอางองสญญาณ
• ลกษณะส าคญของ Clamper คอจะเปลยนแรงดนอางอง สงขน หรอ ลง
• แตคา Vp-p
Input จะเทากบ Vp-p
Output เสมอ
25
Clamper
Circuits
Vi
t
0 V
Vi
t
Vp-p
Vo
t
5 V
Vo
t
Vp-p
Clamper Circuits
• สวนประกอบวงจร Clamper
– Silicon / Ideal Diodes
– Resistor
– Ideal Capacitor
• Ideal Capacitor คอ C ขนาด ใหญมากๆ อดประจไมจ ากด เมออดประจ เตมแลว จะรกษาประจไวใหแรงดนคงท
26
C ทวไปจะคายประจและมแรงดนตกลง
Ideal C จะรกษาแรงดนคงทto
+
Vc
-
5V
to
Vc
t
Clamper Circuits
- C ท าหนาทเกบแรงดนคงท- Diode เปนสวทชใหกระแสไหล
อดประจ
1. หาเงอนไขไดโอด ON น ากระแสอดประจ C
- Assume Vc = 0 (สภาวะเรมตน) - Diode On เมอ vi > 0V
Ideal
2. เขยนวงจรหา Vc วาถก Charge ทแรงดนสงสดกโวลท
ได Vc = V
Clamper Circuits
Vp-p = 2V
3. เมอ C ถกอดเตมทแลว ไดโอดจะ OFF เนองจาก Vc ออกแรงตานกระแสในวงจร ( vD ≤ 0V )
คด Ideal C Vc = คาคงทไดโอดจะไม ON อก
KVL หาสมการ vo : vo = vi – Vc = vi – V
0 ref-VrefVp-p = 2V
DCf
Voltage Multiplier(วงจร ทวแรงดน)
• Voltage multiplier สามารถเพมคาแรงดนกระแสตรง(DC) เปนสองเทา สาม
เทา ถงหลายๆเทา
• วงจรอาศยหลกการของIdeal Capacitance และ Ideal Diode
29
Voltage Multiplier
แรงดน DC 2 เทา - 4 เทา
Voltage Doubler
Ideal Diode, Ideal C
vi > 0 D1 On, D2 Off
+
vi-
Diode On = Short
C เมอเตมมคาแรงดนคงท
+ Vc1 -
Vc1 = Vm
vi < 0 D2 On, D1 Off
ทแรงดนสงสด คงท Vc2 อดประจสงสด = 2Vm
= Vc2 = 2 Vm
Voltage Doubler
31
ไฟตรงสองเทาเปนจรงเฉพาะกรณ Ideal Diode และ Ideal C
กราฟไมอดมคต
คา C จรงจะมแรงดนตกลงขณะ C คายประจ และ เมอเรมรอบใหมจะอดประจเพม
C คายประจ
Voltage Tripler
32
+ Vm -
หลงจากอดประจ
เตมแรงดน C คงท
โดยหลกการเดยวกน ไดโอดสามารถสรางวงจรไฟตรง แรงดนสามเทา
+ 2Vm -
+ 2Vm -
+Vm
-
2
3
Voltage Multiplier
33
ครอม C2 วดไดแรงดนสองเทา
ครอม C1 + C3 วดไดแรงดนสามเทา
C4 มแรงดนสองเทา
ครอม C2 + C4 วดไดแรงดน สเทา
-Vm
+
Voltage Quadrupler
Voltage Tripler
Zener diode
• ซเนอรไดโอด ถกน ามาใชในการรกษาระดบแรงดนคงทใหวงจรอเลกทรอนกส
• ซเนอรไดโอดเปนอปกรณสารกงตวน าทน ากระแสไดเมอไดรบไบอสกลบจนถงคาแรงดนทสงกวาคาหนงเรยกวา ระดบแรงดนพงทลายซเนอร (Zener Breakdown Voltage ; Vz) : ซงเกดจากโครงสรางของรอยตอพ-เอน ซงแคบมาก
• แรงดนซเนอร มคาตงแต 1.8 V -200V
•
กราฟคณสมบตของซเนอรไดโอด
วงจรสมมลของซเนอรไดโอด
การไบอสใหซเนอรไดโอด
สภาวะไมน ากระแสของซเนอรไดโอด เนองจากแรงดนทจายใหไมถง
Vz(Zener breakdown)
การไบอสใหซเนอรไดโอด
สภาวะน ากระแสของซเนอรไดโอด เนองจากแรงดนทจายใหเกนกวา
Vz(Zener breakdown)
ตวอยางจากวงจรก าหนดให R มคา 1kสมมตใหซเนอรไดโอดสามารถรกษาระดบ
แรงดนไดในชวง 4-40mA จงหาแรงดนอนพต Vin ต าสดและสงสดท
ซเนอรท างานไดเตมประสทธภาพวธท า
ทระดบกระแสต าสด แรงดนตกครอมความตานทาน 1K ม
คาเปน
VR=4mA *1K = 4V
จะได Vin = VR+Vz =4+10=14V
ทระดบกระแสสงสด แรงดนตกครอมความตานทาน 1K ม
คาเปน
VR=40mA *1K = 40V
จะได Vin = VR+Vz =40+10=50V
= วงจรนรกษาระดบแรงดนคงทท 10 V เมอแรงดนอนพตมคาในชวง +14 ถง 50 V
+5V
-5V
VO
1k
ID1
D1
D2
+5V
-5V
VO
1k
ID1
40
การบาน
1. จงตอบค าถามตอไปน(ก) ในรอยตอพ-เอน พาหะชนดใดทท าใหเกดกระแส
(ข) ในบรเวณรอยตอปลอดพาหะมไอออนบวกและลบ เกดขนไดอยางไร
2. จงหาคา ID1 และ VO จากรป ก. รป และ ข.
ก. ข.
VO
R
A
B
D2
D1
R
A
B
D2
D1
C
D3
+5V
8V 8V
-8V-8V
D1 D2 D3 D4
1k 4k
2k 8k
41
3. จงหาคา VO จากรป ก. รป และ ข.
ก. ข.
4. จงหากระแสไหลผานไดโอดแตละตว และ VO
VA= 5V
VB= 0V
VA= 5V
VB= 0V
VC= 0V
VO
การบาน
n:1
D1
PvSv Ov
D2
D3
D4
LR
42
5. จงพสจนสมการตวเรยงกระแสแบบบรดจเตมคลน (Bridge Rectifier)
การบาน
6. จงเปรยบเทยบขอดขอเสยของตวเรยงกระแสทงสามชนด
7. จงอธบายการท างานวงจรตดคลน ยกระดบคลน และทวแรงดน
