unit3

ชดุ การสอนหนว่ ยท่ี 2 วงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคลื่น วชิ า อุปกรณอ์ ิเลก็ ทรอนกิ ส์และวงจร รหัส 2104-2102 หลักสตู รประกาศนยี บตั รวิชาชพี พทุ ธศักราช 2556 หน่วยที่ 3 เรื่องวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่ืน นายสมพร บญุ ริน สาขาวิชาช่างไฟฟา้ กาลัง วทิ ยาลยั เทคนิคชลบรุ ี สานกั งานคณะกรรมการการอาชีวศกึ ษา กระทรวงศกึ ษาธิการ

1 อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกสแ์ ละวงจร 2104-2102 ใบความรู้ท่ี 3 สอนคร้ังท่ี 4 ชื่อวชิ า อุปกรณ์อเิ ล็กทรอนิกสแ์ ละวงจร รหัสวชิ า 2104-2102 รวม 4 ชัว่ โมง หน่วยที่ 3 เร่อื งวงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคล่นื จานวน 1 ชวั่ โมง ชอื่ เรอื่ ง วงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคลนื่ สาระสาคญั วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่ืนเป็นวงจรที่นิยมใช้กันมาก เน่ืองจากมีประสิทธิภาพสูง โดยมีค่า แรงดันไฟฟ้าเฉล่ีย มีค่าสูงกว่าวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคล่ืน 2 เท่า วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นใช้ ไดโอด 2 ตัว ต่อกับหม้อแปลงไฟฟ้าท่ีมีแทป(Center-tapped) ดังนั้นผู้เรียนจะต้องมีความรู้ความ เข้าใจเก่ียวกับ วงจร หลักการทางาน การคานวณหาค่าแรงดันเฉลี่ย และค่า PIV เพื่อนาไปใช้เป็น พน้ื ฐานในการศึกษาวงจรจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงต่อไป สาระการเรยี นรู้ 3.1 ลักษณะของวงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคล่นื 3.2 การทางานของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น 3.3 การคานวณหาค่าแรงดนั เฉลยี่ ของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น 3.4 การคานวณหาคา่ PIV ของไดโอดในวงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคลน่ื 3.5 รูปคลื่นไฟฟา้ ของวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลน่ื ท่มี ีวงจรฟลิ เตอร์ 3.6 การคานวณหาคา่ แรงดันเฉลย่ี ของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่นื ทม่ี ีวงจรฟลิ เตอร์ จดุ ประสงค์การเรียนรู้ จดุ ประสงค์ท่วั ไป 1. เพือ่ ใหม้ ีความรู้ ความเขา้ ใจเกี่ยวกบั วงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคลืน่ 2. มคี ณุ ธรรม จริยธรรม ค่านิยมและคุณลกั ษณะอันพงึ ประสงค์ จดุ ประสงค์เชงิ พฤติกรรม เม่อื ผ้เู รยี น ศึกษาหน่วยการเรียนน้ีแล้วมีความสามารถดังต่อไปนี้ 1. บอกลกั ษณะของวงจรเรยี งกระแสแบบเตม็ คลนื่ ได้ถกู ตอ้ ง 2. อธิบายการทางานของวงจรเรยี งกระแสแบบเตม็ คล่นื ได้ถูกต้อง 3 .คานวณหาคา่ แรงดนั เฉลีย่ ของจรเรยี งกระแสแบบเต็มคลนื่ ได้ถูกตอ้ ง 4. คานวณหาค่า PIV ของไดโอดในวงจรเรยี งกระแสแบบเตม็ คลน่ื ได้ถกู ต้อง 5. บอกรปู คล่นื ไฟฟา้ ของวงจรเรอ่ื งกระแสแบบเตม็ คล่ืนท่ีมีวงจรฟิลเตอรไ์ ด้ถกู ต้อง 6. คานวณหาคา่ แรงดนั เฉลย่ี ของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นที่มีวงจรฟลิ เตอร์ได้ถูกต้อง

2 อปุ กรณอ์ ิเล็กทรอนิกส์และวงจร 2104-2102 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่นื (Full wave Rectifier Circuit ) กลา่ วนา วงจรแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงโดยส่วนมากแล้วจะไม่ใช้วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคล่ืน เนื่องจากมีประสิทธิภาพทต่าเม่ือต่อวงจรฟิลเตอร์แล้วยังมีค่าแรงดันกระเพื่อม หรือริปเปิล (ripple) สูง วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นเป็นวงจรที่นิยมใช้กันมากในการแปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้า กระแสตรง เพอ่ื ใช้กบั แหลง่ จ่ายไฟฟา้ กระแสตรง เนอื่ งจากมปี ระสิทธภิ าพสูง โดยมีคา่ แรงดนั ไฟฟ้าเฉล่ีย มีค่าสูงกว่าวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น 2 เท่า วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่ืนใช้ไดโอด 2 ตัว ต่อกับ หม้อแปลงไฟฟา้ ท่ีมแี ทป(Center-tapped) วงจรจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง 3.1 ลักษณะของวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลื่น วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่ืน(Full wave Rectifier Circuit) คือวงจรท่ีแปลงแรงดันไฟสลับ ท้ังครึ่งไซเคิลบวกและลบให้มีเอาต์พุตเป็นกระแสไฟฟ้าเพียงข้ัวเดียวเฉพาะครึ่งไซเคิลบวกกลายเป็น แรงดันไฟตรงแบบเต็มคลื่น ดังแสดงในรูปที่ 3.1 โดยใช้ไดโอด 2 ตัว ต่อกับหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีแทป (Center-tapped) หรือหม้อแปลงที่มีขดทุติยภูมิ 3 ข้ัวต่อ วงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลื่นดังแสดงในรูป ท่ี 3.2 AC DC รูปท่ี 3.1 บลอ็ กไดอะแกรมวงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคล่ืน CT D1 VAC IN CT + D2 RL VDC OUT - รูปท่ี 3.2 วงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคล่นื

3 อุปกรณ์อเิ ลก็ ทรอนิกสแ์ ละวงจร 2104-2102 3.2 การทางานของวงจรเรียงกระแสเตม็ คลน่ื การทางานของวงจรวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่ืนจะพิจารณาคร้ังละคร่ึงคลื่นไฟสลับ(ครึ่ง ไซเคิล) จากรูปที่ 3.3 เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ออกจากหม้อแปลง (Vm1, Vm2) เป็นคร่ึงไซเคิลบวก จะทาให้ ไดโอด D1 ได้รับไบแอสตรง และที่ไดโอด D2 ได้รับไบแอสกลับ ทาให้ไดโอด D1 นากระแสมีกระแสไหล ผ่าน D1 ไปทโี่ หลด (RL) ทาให้เกิดแรงดันตกคร่อมโหลด (VOUT) เป็นครงึ่ ไซเคิลบวกโดยมีทศิ ทางการไหล ของกระแสไฟฟา้ ตามรปู ที่ 3.3 D1 VAC IN CTV+-m1 + V+-m2 D2 RL VOUT D1 - รูปท่ี 3.3 การทางานของวงจรเมื่อ Vm1, Vm2 เป็นครึ่งไซเคลิ บวก เม่ือพิจารณาครึ่งไซเคิลลบในรูปท่ี 3.4 จะเห็นว่าแรงดันไฟฟ้าจากหม้อแปลง (Vm1, Vm2) จะ กลับข้ัวจากเดิม ทาใหไ้ ดโอด D2 ได้รับไบแอสตรง สว่ นไดโอด D1 ได้รับไบแอสกลับ ผลคอื ไดโอด D1 ไม่ นากระแส แต่ไดโอด D2 นากระแสทาให้มีกระแสผ่านไดโอด D2 ไปสู่โหลด (RL) ในทิศทางเดิมเป็นคล่ืน รูปไซนเ์ รียงตอ่ กบั รปู คล่ืนแรกทาใหเ้ กิดรปู คล่นื แบบเต็มคลืน่ ขน้ึ ท่โี หลด (VOUT) D1 VAC IN CT V+-m1 + V+-m2 D2 RL VOUT - D1 D2 รปู ท่ี 3.4 การทางานของวงจรเม่ือ (Vm1, Vm2) เปน็ คร่ึงไซเคิลลบ จากการทางานของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นจะเห็นว่าในแต่ละคร่ึงคลื่นจะมีกระแสไหล ผา่ นไดโอด 1 ตัว ไดร้ บั ไบแอสตรงและในขณะเดยี วกนั ก็จะมไี ดโอด 1 ตวั ไดร้ ับไบแอสกลบั เมอ่ื พจิ ารณา รปู คลนื่ แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดของวงจรเรยี งกระแสแบบเตม็ คล่ืนคือ Vm ,VD1, VD2, VOUT ตามรปู ท่ี 3.5 จะ ไดร้ ูปคลนื่ ดงั ในรปู ท่ี 3.6

4 อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกสแ์ ละวงจร 2104-2102 + + VD1 - + Vm D1 VAC IN CT - RL VOUT + VD2 - - D2 รปู ท่ี 3.5 แรงดันไฟฟา้ Vm ,VD1, VD2, VOUT Vm +VP t VO-VUTP t +VP D1 D2 D1 D2 D1 D2 VD1 = 0.7 V t -2VP = -2 Vp VD2 t -2VP รูปท่ี 3.6 รูปคล่ืน Vm ,VD1, VD2, VOUT 3.3 การคานวณหาคา่ แรงดันเฉลย่ี ของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น แรงดันเฉลี่ยที่เกิดข้ึนในวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น (Average Value Of The Full wave Output Voltage) แรงดันเฉล่ียคือค่าแรงดันไฟตรง (DC-Voltage) ท่ีสามารถใช้ DC โวลต์มิเตอร์วัดค่า ได้ การหาค่าแรงดันเฉลี่ยสามารถหาได้โดย จากรูปท่ี 3.7 ถ้าสามารถหาพื้นท่ีของรูปคล่ืน A นามาหาร กับคาบเวลา T จะได้คา่ เฉลีย่

5 อปุ กรณ์อเิ ล็กทรอนกิ ส์และวงจร 2104-2102 Vp VAVG A T รูปท่ี 3.7 การหาคา่ แรงดนั เฉลยี่ ของรปู คล่นื แบบเต็มคลื่น หาค่าเฉลยี่ ได้จาก VAVG = พื้นทห่ี นา้ ตดั A / คาบเวลา T แรงดันค่าเฉล่ยี ของวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลื่นเมอ่ื ไม่คดิ แรงดนั ตกครอ่ มไดโอด VDC = 0.636 Vp เมื่อ VDC คือ ค่าแรงดันคา่ เฉลยี่ Vp คือ ค่าแรงดันสูงสดุ ของคลน่ื ไซน์ 3.4 การคานวณหาค่าแรงดัน PIV ของไดโอดในวงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคล่ืน คา่ ทนแรงดนั ไบแอสกลบั สงู สุดของไดโอด PIV (Peak inverse voltage) ในวงจรเรียงกระแส แบบเต็มคล่ืน จะมีค่าเทา่ กับสองเท่าของคา่ แรงดนั สูงสุด Vp แรงดันตกคร่อมไดโอดเมือ่ ไดโอดไดร้ บั ไบแอสกลบั PIV = 2Vp เมือ่ PIV คอื คา่ ทนแรงดนั ไบแอสกลบั สูงสดุ ของไดโอด Vp คือ ค่าแรงดันสงู สดุ ของคล่นื ไซน์ ตัวอยา่ งที่ 3.1 จงหาค่าแรงดันเฉลีย่ (VOUT) ของวงจร และคา่ แรงดันย้อนกลบั ของไดโอด PIV เมื่อใชห้ มอ้ แปลงไฟฟา้ ขนาด 220v /12-0-12 v

6 อปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนกิ สแ์ ละวงจร 2104-2102 220V/12-0-12 D1 + 12V D2 RL VOUT 220V 0V - 12V รปู ที่ 3.8 วงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลน่ื วธิ ีทา จาก Vp = Vrms 2 เมือ่ Vrms = 12 V แทนคา่ Vp = 2 x 12 (เปล่ยี นคา่ Vrms เป็น Vp ) Vp = 16.968 V แรงดนั คา่ เฉลี่ยของวงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคล่ืน จาก VDC = 0.636 Vp เมื่อ Vp = 16.968 V แทนคา่ VDC = 0.636 x 16.968 V VDC = 10.719 V ค่าทนแรงดนั ไบแอสกลับสงู สุดของไดโอดPIV จาก PIV = 2Vp แทนค่า PIV = 33.936 V  แรงดันเฉลยี่ VOUT ของวงจร = 10.719 V PIV = 33.936 V ตอบ 3.5 รปู คล่ืนไฟฟ้าของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลน่ื ท่ีมีวงจรฟลิ เตอร์ วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่ืนที่ประกอบกับวงจรฟิลเตอร์ก็เหมือนกับวงจรเรียงกระแสแบบ ครึ่งคลื่น แต่รูปคลื่นแรงดันท่ีได้จะมีค่าริปเปิลน้อยกว่าวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคล่ืนประมาณ 2 เท่า เมือ่ ใช้ตัวเกบ็ ประจขุ นาดเดียวกนั วงจรแสดงดังรปู ที่ 3.9

7 อปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนกิ ส์และวงจร 2104-2102 D1 220V 9V + 0V D2 C1 RL DC OUTPUT 9V - รูปที่ 3.9 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นท่ีมวี งจรฟลิ เตอร์ แรงดนั ค่าเฉล่ยี ของวงจรเรยี งกระแสแบบเตม็ คล่ืนเมือ่ มวี งจรฟิลเตอร์และไมม่ ีโหลด VDC = Vp เมื่อ VDC คอื ค่าแรงดนั คา่ เฉลยี่ Vp คือ ค่าแรงดนั สงู สดุ ของคลน่ื ไซน์ 3.6 การคานวณหาค่าแรงดันเฉลีย่ ของวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คล่ืนที่มวี งจรฟลิ เตอร์ การคานวณหาค่าแรงดันเฉล่ีย (VOUT) ของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นท่ีมีวงจรฟิลเตอร์ ใน กรณีท่ีมีโหลดนั้นต้องคิดค่า Ripple Factor ซ่ึงจะข้ึนอยู่กับขนาดของตัวเก็บประจุฟิลเตอร์ และโหลด ในวงจร แต่ในตัวอยา่ งสาหรบั บทเรยี นน้ีเราคิดแรงดนั เฉลยี่ (VOUT) ในขณะยังไมม่ โี หลด ตวั อยา่ งท่ี 3.2 จากวงจรตามรปู ที่ 3.10 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลืน่ ท่ีมวี งจรฟลิ เตอรข์ ณะไมม่ ีโหลด จงหา คา่ แรงดนั เฉล่ีย (VOUT) ของวงจร เม่ือใชห้ มอ้ แปลงไฟฟา้ ขนาด 220V /6-0-6 V 220V/6-0-6 D1 6V + 220V 0V D2 VOUT C1 - 6V 4,700µF วิธีทา รปู ที่ 3.10 วงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลนื่ ทม่ี ีวงจรฟิลเตอร์ จาก Vp = Vrms 2

8 อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกสแ์ ละวงจร 2104-2102 เมอ่ื Vrms = 6 V แทนคา่ Vp = 6 x 2 (เปลย่ี น Vrmsให้เปน็ Vp) = 8.484 V แรงดนั คา่ เฉลี่ยของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นมีวงจรฟิลเตอร์เมอ่ื ไม่มโี หลด จาก VDC = Vp เม่อื Vp = 8.484 V แทนคา่ VDC = 8.484 V เมอ่ื คา่ แรงดัน Vc = Vp = 8.484 V  แรงดันเฉล่ีย (VOUT) ของวงจร= 8.484 V ต้องใช้ C มีอตั ราทนแรงดนั ไมน่ อ้ ยกวา่ 8.484 V ตอบ

9 อปุ กรณ์อเิ ล็กทรอนิกสแ์ ละวงจร 2104-2102 สรปุ วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น วงจรเรียงกระแสชนิดนใ้ี ชไ้ ดโอด 2 ตัว และใช้หม้อแปลงท่ีมีขด ทุติยภูมิ (secondary) 3 ขั้ว จ่ายแรงดันไฟสลับออกมาเหมือนกัน 2 ชุด โดยมีขั้วต่อกลางหรือแทป กลาง (Center Tap) เป็นขั้วร่วมในการทางาน ลักษณะวงจรและแรงดันที่ได้ เป็นแบบเต็มคลื่น วงจร เรียงกระแสแบบเตม็ คลน่ื จะมปี ระสิทธภิ าพดีกวา่ งวงจรเรียงกระแสแบบครงึ่ คลื่น 2 เทา่ D1 VAC IN CT + D2 RL VDC OUT - รูปท่ี 3.11 วงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลืน่ สามารถหาแรงดันไฟฟา้ เฉล่ีย (VDC) และ PIV ของวงจรเรยี งกระแสแบบเตม็ คล่นื จากวงจรเรยี ง กระแสแบบเตม็ คลน่ื ทป่ี ระกอบกบั วงจรฟิลเตอรก์ เ็ หมือนกบั วงจรเรยี งกระแสแบบคร่งึ คล่ืน แต่รปู คล่นื แรงดนั ท่ีไดจ้ ะมคี า่ รปิ เปลิ นอ้ ยกวา่ วงจรเรยี งกระแสแบบครึง่ คล่ืนประมาณ 2 เทา่ เมอ่ื ใชต้ วั เกบ็ ประจุ ขนาดเดียวกัน วงจรแสดงดังรปู ท่ี 3.12 VDC = 0.636 Vp + PIV = 2Vp RL DC OUTPUT D1 - D2 C1 รปู ที่ 3.12 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลนื่ ท่ีมีวงจรฟิลเตอร์

10 อุปกรณ์อเิ ลก็ ทรอนิกส์และวงจร 2104-2102 อ้างองิ พันธศ์ กั ดิ์ พุฒมิ านติ พงศ์ และเกษมศรี ไชยกิจ. (2546). ปฏิบัตอิ ุปกรณอ์ ิเล็กทรอนิกส์ . กรงุ เทพฯ : สานักพมิ พศ์ ูนยส์ ่งเสรมิ วชิ าการ. นภทั ร วจั นเทพนิ ทร์ . (2538). อุปกรณ์อเิ ล็กทรอนิกส.์ กรุงเทพฯ : สกายบ๊กุ ส์ วทิ ยาลยั เทคนิคนครปฐม .(2542). ปฏบิ ตั ิอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกสแ์ ละวงจร โครงการจดั ทาต้นแบบการ เรียนการสอนวชิ าชพี ภาคปฏิบตั ิ. นครปฐม : กรมอาชีวศกึ ษา กระทรวงศึกษาธิการ