วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น

ชุดการสอน ชดุ ท่ี 2 วงจรเรยี งกระแส วชิ า อปุ กรณ์อเิ ล็กทรอนิกส์และวงจร รหัส 2104-2102 หลกั สูตรประกาศนียบัตรวชิ าชีพ พุทธศักราช 2556หนว่ ยท่ี 3 เร่อื งวงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคล่นื นายสมพร บุญรนิ สาขาวิชาช่างไฟฟ้ากาลงั วิทยาลยั เทคนิคชลบุรี สานกั งานคณะกรรมการการอาชีวศกึ ษา กระทรวงศกึ ษาธกิ าร

36อปุ กรณอ์ ิเล็กทรอนกิ สแ์ ละวงจร 2104-2102 ใบความรู้ท่ี 3 สอนคร้งั ท่ี 4ชอ่ื วิชา อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนกิ สแ์ ละวงจร รหัสวชิ า 2104-2102 รวม 4 ชั่วโมงหนว่ ยท่ี 3 ชอื่ หน่วย เร่ืองวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลนื่ จานวน 1 ช่วั โมงช่ือเรอื่ ง วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่นืสาระสาคญั วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่ืนเป็นวงจรท่ีนิยมใช้กันมากในการแปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง เพื่อใชก้ ับแหลง่ จา่ ยไฟฟ้ากระแสตรง เน่อื งจากมีประสิทธิภาพสงู โดยมคี ่าแรงดันไฟฟ้าเฉล่ีย มีค่าสูงกว่าวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคล่ืน 2 เท่า วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นใช้ไดโอด 2 ตัวต่อกับหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีแทป(Center-tapped) ดังน้ันผู้เรียนจะต้องมีความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับวงจร หลักการทางาน การคานวณหาค่าแรงดันเฉลยี่ และค่า PIV เพื่อนาไปใช้เป็นพ้ืนฐานในการศึกษาวงจรจ่ายไฟฟา้ กระแสตรงตอ่ ไปสาระการเรยี นรู้ 1. ลกั ษณะของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่นื 2. การทางานของวงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคล่นื 3. การคานวณหาค่าแรงดนั เฉลีย่ ของวงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคลน่ื 4. การคานวณหาค่า PIV ของไดโอดในวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลนื่ 5. วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นท่มี วี งจรฟิลเตอร์ 6. การคานวณหาคา่ แรงดันเฉลย่ี ของวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลนื่ ทมี่ ีวงจรฟลิ เตอร์จุดประสงคก์ ารเรียนรู้ เมื่อผเู้ รียน ศกึ ษาหน่วยการเรียนน้แี ลว้ มีความสามารถดงั ต่อไปน้ี คือ 1. บอกลักษณะวงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคลืน่ ได้ 2. อธบิ ายการทางานของวงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคลน่ื ได้ 3 .คานวณหาคา่ แรงดนั เฉลีย่ ของวงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคลน่ื ได้ 4. คานวณหาคา่ PIV ของไดโอดในวงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคล่ืนได้ 5. อธบิ ายรปู คลน่ื ไฟฟา้ ของวงจรเรอ่ื งกระแสแบบเต็มคลื่นทมี่ ีวงจรฟลิ เตอร์ได้ 6. คานวณหาค่าแรงดนั เฉลีย่ ของวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คล่ืนท่มี ีวงจรฟลิ เตอร์ได

37 อปุ กรณอ์ ิเล็กทรอนกิ สแ์ ละวงจร 2104-2102 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลน่ื (Full wave Rectifier Circuit )1. ลกั ษณะของวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลน่ื วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นคือการนาแรงดันไฟสลับท้ังครึ่งไซเคิลบวกและลบมาเรียงกันให้อยู่เฉพาะครึ่งบวกกลายเป็นแรงดันไฟตรงแบบเตม็ คลื่น ดงั แสดงในรูปที่ 3.1 โดยใช้ไดโอด 2 ตัว ต่อกับหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีแทป(Center-tapped) หรือหม้อแปลงที่มีขดทุติยภูมิ 3 ขั้วต่อ วงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คล่ืนดังแสดงในรูปที่ 3.2AC DCรูปที่ 3.1 บล็อกไดอะแกรมวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลน่ืCT D1 +VAC IN D2 RL VDC OUT - รปู ที่ 3.2 วงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคล่ืน2. การทางานของวงจรเรยี งกระแสเตม็ คลืน่ การทางานของวงจรวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่ืนจะพิจารณาครั้งละลูกคลื่นไฟสลับ(คร่ึงไซเคิล) จากรูปที่ 3.3 เม่ือแรงดันไฟฟ้าท่ีออกจากหม้อแปลง (Vm1, Vm2) เป็นคร่ึงไซเคิลบวก จะทาให้ไดโอด D1 ได้รับไบแอสตรง และที่ไดโอด D2 ได้รับไบแอสกลับ ทาให้ไดโอด D1 นากระแสได้มีกระแสไหลผ่าน D1 ไปที่โหลด (RL) ทาให้เกดิ แรงดันตกคร่อมโหลด (VOUT) เป็นคร่ึงไซเคิลบวกโดยมีทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าตามรปู ท่ี 3.3

38 อปุ กรณอ์ ิเลก็ ทรอนกิ ส์และวงจร 2104-2102 + D1 + Vm1VAC IN +- Vm2D2 RL V OUT - - รูปท่ี 3.3 การทางานของวงจรเม่อื (Vm) เป็นคร่ึงไซเคิลบวก เม่ือพิจารณาคร่ึงไซเคิลลบในรูปที่ 3.4 จะเห็นว่าแรงดันไฟฟ้าจากหม้อแปลง (Vm1, Vm2) จะกลับข้ัวจากเดิม ทาให้ไดโอด D2 ได้รับไบแอสตรง ส่วนไดโอด D1 ได้รับไบแอสกลับ ผลคือไดโอด D1 ไม่นากระแส แต่ไดโอด D2 นากระแสทาให้มีกระแสผ่านไดโอด D2 ไปสูโ่ หลดในทิศทางเดิมเป็นคลน่ื รูปไซน์เรียงตอ่ กบั ครึ่งรูปคลื่นแรกทาใหเ้ กิดรปู คลน่ื แบบเตม็ คลืน่ ขึ้นท่โี หลด (VOUT) - D1 +VAC IN +- Vm1 RL V OUT Vm2 + D2 - รูปที่ 3.4 การทางานของวงจรเมือ่ (Vm) เปน็ ครึ่งไซเคิลลบ จากการทางานของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นจะเห็นว่าในแต่ละครึ่งคลื่นจะมีกระแสไหลผ่านไดโอด 1 ตัว ไดโอดได้รับไบแอสตรงและในขณะเดียวกันก็จะมีไดโอด 1 ตัวได้รับไบแอสกลับ เมื่อพจิ ารณารปู คล่นื ตามจดุ ต่าง ๆ ของวงจรจะได้ดงั รปู ที่ 3.5

39 อปุ กรณ์อิเล็กทรอนกิ สแ์ ละวงจร 2104-2102 Vm t +VP tVO-VUTP = 0.7 V +VP D1 D2 D1 D2 D1 D2VD1 t-2VP = -2 VpVD2 t -2VP รปู ท่ี 3.5 รปู คล่ืนตามจดุ ตา่ ง ๆ ของวงจร 3. การคานวณหาค่าแรงดนั เฉลี่ยของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น แรงดันเฉลี่ยท่ีเกิดขึ้นในวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น (Average Value Of The Full waveOutput Voltage) แรงดันเฉลี่ยคือค่าแรงดันไฟตรง (DC-Voltage) ท่ีสามารถใช้ DC โวลท์มิเตอร์วัดค่าได้ การหาค่าแรงดันเฉลี่ยสามารถหาได้โดย จากรูปท่ี 3.6 ถ้าสามารถหาพื้นท่ีของรูปคล่ืน A นามาหารกับคาบเวลา T จะไดค้ ่าเฉลยี่ Vp VAVG A T รูปท่ี 3.6 การหาคา่ แรงดันเฉลย่ี ของรูปคลนื่ แบบเต็มคล่ืน

40 อุปกรณอ์ เิ ลก็ ทรอนิกส์และวงจร 2104-2102 เราหาค่าเฉลยี่ ได้จาก VAVG = พนื้ ทีห่ น้าตดั A / คาบเวลา T แรงดันค่าเฉล่ียของวงจรเรยี งกระแสแบบเตม็ คลื่นเมื่อไม่คิดแรงดันตกครอ่ มไดโอด VDC = 0.636 Vp เม่อื VDC คือ คา่ แรงดนั ค่าเฉลีย่ Vp คือ ค่าแรงดนั สูงสุดของคลืน่ ไซน์4. การคานวณหาค่าแรงดนั PIV ของไดโอดในวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลื่น ค่าทนแรงดันไบแอสกลบั สงู สุดของไดโอด PIV (Peak inverse voltage) ในวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คล่ืน จะมคี ่าเท่ากบั สองเท่าของค่าแรงดนั สูงสดุ Vp แรงดันตกครอ่ มไดโอดเมอ่ื ไดโอดไดร้ ับไบแอสกลบั PIV = 2Vp เมื่อ PIV คือ ค่าทนแรงดนั ไบแอสกลับสงู สดุ ของไดโอด Vp คือ คา่ แรงดันสูงสุดของคลน่ื ไซน์ตวั อยา่ งที่ 3.1 จงหาค่าแรงดันเฉลยี่ (VOUT) ของวงจร และค่าแรงดันยอ้ นกลบั ของไดโอด PIV เมื่อใช้หมอ้แปลงไฟฟา้ ขนาด 220v /12-0-12 v220V/12-0-12V D1 + D2 RL VOUT -รูปท่ี 3.7 วงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคล่ืน

41 อุปกรณอ์ ิเลก็ ทรอนกิ สแ์ ละวงจร 2104-2102วธิ ีทา Vrms = 12 V Vp = 12 x 2 (เปลย่ี น Vrmsให้เป็น Vp) = 16.968 V แรงดนั คา่ เฉลยี่ ของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นเมือ่ ไม่คดิ แรงดันตกครอ่ มไดโอด VDC = 0.636 (Vp) VDC = 0.636 x (16.968) = 10.791 V ค่าทนแรงดันไบแอสกลับสูงสุดของไดโอด PIV = 2Vp = 33.936 V5. วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลน่ื ท่มี วี งจรฟลิ เตอร์ วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นท่ีประกอบกับวงจรฟิลเตอร์ก็เหมือนกับวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคล่ืน แต่รูปคลื่นแรงดันท่ีได้จะมีค่าริปเปิลน้อยกว่าวงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคลื่นประมาณ 2เท่าเมอื่ ใชต้ วั เกบ็ ประจุขนาดเดียวกัน วงจรแสดงดังรูปท่ี 3.8D1 +D2 C1 RL DC OUTPUT-รูปที่ 3.8 วงจรเรยี งกระแสแบบเตม็ คลื่นท่ีมีวงจรฟิลเตอร์แรงดันค่าเฉลย่ี ของวงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคลนื่ เมอื่ มวี งจรฟิลเตอร์และไมม่ ีโหลด VDC = Vp6. การคานวณหาคา่ แรงดันเฉล่ยี ของวงจรเรยี งกระแสแบบเตม็ คลนื่ ที่มีวงจรฟิลเตอร์ การคานวณหาค่าแรงดันเฉลี่ย (VOUT) ของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่ืนท่ีมีวงจรฟิลเตอร์ ในกรณีที่มีโหลดน้ันต้องคิดค่า Ripple Factor ซ่ึงจะขึ้นอยู่กับขนาดของตัวเก็บประจุฟิลเตอร์ และโหลดในวงจร แตใ่ นตัวอยา่ งสาหรับบทเรยี นนเ้ี ราคดิ แรงดันเฉลย่ี (VOUT) ในขณะยังไมม่ โี หลด

42 อปุ กรณอ์ เิ ล็กทรอนิกส์และวงจร 2104-2102ตวั อยา่ งที่ 3.2 จากวงจรตามรปู ที่ 3.9 วงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคล่ืนท่ีมีวงจรฟลิ เตอร์ขณะไมม่ โี หลด จงหาค่าแรงดันเฉล่ีย (VOUT) ของวงจร เมื่อใช้หม้อแปลงไฟฟา้ ขนาด 220V /6-0-6 V 220/6-0-6 D1 + D2 C1 VOUTPUT 2,200µF - รปู ที่ 3.9 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลน่ื ที่มวี งจรฟลิ เตอร์วิธีทา Vrms = 6 V Vp = 6 x 2 (เปลย่ี น Vrmsใหเ้ ป็น Vp) = 8.484 V แรงดันคา่ เฉล่ียของวงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคลืน่ มีวงจรฟิลเตอร์เมื่อไม่มีโหลด VDC = Vp = 8.484 V ค่าแรงดนั Vc = Vp = 8.484 V ต้องใช้ C มีอตั ราทนแรงดัน ไมน่ อ้ ยกวา่ 8.484 V

43 อปุ กรณอ์ เิ ล็กทรอนกิ ส์และวงจร 2104-2102 สรุป วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น เป็นวงจรวงจรเรียงกระแสที่แปลงแรงดันไฟสลับเป็นแรงดันไฟตรง สามารถนาแรงดันไฟสลับท้ัง 2 ซีก วงจรเรียงกระแสชนิดนี้ใช้ไดโอดในการทางาน 2 ตัว และใช้หม้อแปลงที่มีขดทุติยภูมิ 3 ข้ัวต่อ จ่ายแรงดันไฟสลับออกมาเหมือนกัน 2 ชุด โดยมีข้ัวต่อกลางหรือแทปกลาง (Center Tap) เป็นข้ัวร่วมในการทางาน ลักษณะวงจรและแรงดันท่ีได้ เป็นแบบเต็มคลื่นวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลนื่ จะมีประสิทธภิ าพดกี ว่างวงจรเรียงกระแสแบบครงึ่ คลน่ื 2 เทา่CT D1 +VAC IN D2 RL VDC OUT - รปู ที่ 3.9 แสดงวงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคลนื่ สามารถหาแรงดนั ไฟฟ้าเฉลยี่ (VDC) และ PIV ของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลืน่ จาก VDC = 0.636 Vp PIV = 2Vp วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่ืนทปี่ ระกอบกบั วงจรฟลิ เตอร์ก็เหมอื นกบั วงจรเรยี งกระแสแบบคร่ึงคล่ืน แตร่ ปู คล่นื แรงดนั ที่ได้จะมีค่าริปเปิลน้อยกว่าวงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคลื่นประมาณ 2เท่าเม่อื ใช้ตัวเก็บประจุขนาดเดยี วกนั วงจรแสดงดังรูปที่ 3.10 D1 +D2 C1 RL DC OUTPUT -รูปที่ 3.10 แสดงวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลน่ื ท่ีมีวงจรฟิลเตอร์

44 อปุ กรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร 2104-2102 อ้างอิงพันธศ์ กั ดิ์ พุฒิมานิตพงศ์ และเกษมศรี ไชยกิจ. (2546). ปฏบิ ตั อิ ปุ กรณ์อิเล็กทรอนิกส์ . กรงุ เทพฯ :สานักพมิ พศ์ ูนยส์ ่งเสริมวิชาการ.นภทั ร วจั นเทพนิ ทร์ . (2538). อปุ กรณอ์ ิเลก็ ทรอนิกส.์ กรุงเทพฯ : สกายบกุ๊ ส์วทิ ยาลยั เทคนิคนครปฐม .(2542). ปฏบิ ตั ิอปุ กรณอ์ เิ ล็กทรอนกิ ส์และวงจร โครงการจดั ทาต้นแบบการเรียนการสอนวชิ าชีพภาคปฏิบตั ิ. นครปฐม : กรมอาชีวศึกษา กระทรวงศึกษาธิการ

10 อุปกรณอ์ ิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร 2104-2102 อ้างองิ พันธศ์ กั ดิ์ พุฒมิ านิตพงศ์ และเกษมศรี ไชยกิจ. (2546). ปฏิบตั ิอุปกรณ์อเิ ลก็ ทรอนิกส์ . กรงุ เทพฯ : สานักพมิ พศ์ ูนยส์ ่งเสรมิ วิชาการ. นภทั ร วจั นเทพนิ ทร์ . (2538). อุปกรณ์อเิ ล็กทรอนิกส.์ กรุงเทพฯ : สกายบ๊กุ ส์ วทิ ยาลยั เทคนคิ นครปฐม .(2542). ปฏบิ ตั ิอุปกรณ์อิเล็กทรอนกิ สแ์ ละวงจร โครงการจดั ทาต้นแบบการ เรียนการสอนวชิ าชีพภาคปฏิบตั ิ. นครปฐม : กรมอาชีวศกึ ษา กระทรวงศึกษาธิการ