ใบความรู้หน่วยที่ 2 วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น

บทที่ 2วงจรเรียงกระแส (Wave Rectifier)1. ลกั ษณะวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคล่ืน วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคลื่น จะเป็ นวงจรท่ีทำหนำ้ ที่ตดั เอำแรงดนั ไฟสลบั ท่ีป้อนเขำ้ มำอำจเป็ นคร่ึงบวกหรือคร่ึงลบแลว้ แต่กำรจดั วงจรไดโอด แรงดนั ที่ส่งออกเอำทพ์ ุทจะเป็ นช่วงๆ คือช่วงมีแรงดนั และช่วงไมม่ ีแรงดนั สลบั กนั ไป วงจรประกอบดว้ ยไดโอดตวั เดียวดงั รูปที่ 1 กำรทำงำนของวงจร ไฟกระแสสลบั จะมำปรำกฏที่ขำแอโนด โดยไดโอดจะยอมใหก้ ระแสไหลผำ่ นไดท้ ำงเดียวคือช่วงท่ีไดร้ ับไบอสั ตรง ดงั น้นั วงจรจะมีกระแสไหลเพยี งช่วงบวกของไฟสลบั เทำ่ น้นั ถำ้ ช่วงลบจะไม่มีกระแสไหล แรงไฟตรงที่เอำทพ์ ุทน้ียงั นำไปใชง้ ำนในวงจรอิเลก็ ทรอนิกส์ไมไ่ ด้ เพรำะเป็ นไฟตรงท่ีไม่เรียบพอ (Pulse D.C) จึงตอ้ งมีกำรกรอง (Filter) ใหเ้ รียบโดยใชต้ วั เกบ็ ประจุทำหนำ้ ท่ีกรอง หมอ้ แปลงไฟฟ้า ไดโอด +แรงดนั ไฟ AC - VDC = 0.318 Vp Load C 220 VACรูปที่ 1วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคลื่น2. การทางานของวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น กำรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืน (Half Wave Rectifier) มีลกั ษณะวงจรดงั รูปที่ 1 กำรทำงำนเมื่อจ่ำยแรงเคล่ือนไฟฟ้ำกระแสสลบั 220 V เขำ้ ทำงขดปฐมภูมิ (Primary) ของหมอ้ แปลงไฟฟ้ำจะเกิดกำรเหน่ียวนำแรงดนั ไฟฟ้ำมำยงั ขดทุติยภูมิ (Secondary) กำรเหนี่ยวนำของแรงดนั ไฟฟ้ำของหมอ้ แปลง เฟสของสัญญำณเขำ้ กบั เฟสของสัญญำณออกจะต่ำงเฟสกนั อยู่ 180องศำ เมื่อข้วั บนของขดปฐมภูมิไดร้ ับเฟสลบ ข้วั ล่ำงเทียบไดเ้ ฟสบวก จะทำใหข้ ดทุติยภูมิข้วั บนเป็ นเฟสบวก ขำแอโนด (A) ของไดโอดไดร้ ับแรงดนั ซีกบวก ขำแคโทด (K) ไดร้ ับแรงดนั ซีกลบเป็นผล

2ใหไ้ ดโอดไดร้ ับไบอสั ตรงไดโอดนำกระแส มีกระแสไหลเขำ้ ขำแอโนด ออกขำแคโทดผำ่ นโหลด(Load) ครบวงจรท่ีข้วั ล่ำงของทุติยภูมิ มีแรงดนั ซีกบวกตกคร่อมท่ีโหลด ในช่วงเวลำต่อมำคร่ึงไซเกิลหลงั ของไฟสลบั ข้วั บนของทุติยภูมิเป็ นเฟสลบ ข้วั ล่ำงเทียบศกั ย์ไดเ้ ป็นเฟสบวก ลกั ษณะเช่นน้ีจะทำใหข้ ำแอโนดของไดโอดไดร้ ับแรงดนั ซีกลบและขำแคโทดไดร้ ับแรงดนั ซีกบวก ไดโอดไดร้ ับไบอสั กลบั จะไม่นำกระแสเป็นผลใหไ้ มม่ ีแรงดนั ปรำกฏที่โหลดในรอบตอ่ มำกำรทำงำนก็จะเป็นไปตำมลกั ษณะเดิมซ้ำๆ กนั ไปเร่ือยๆ โดยมีแรงดนั ปรำกฏที่เอำทพ์ ุทเป็ นช่วงๆ (ช่วงเวน้ ช่วง) นอกจำกน้ีวงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคลื่นยงั สำมำรถแบง่ ออกเป็ นวงจรเรียงกระแสคร่ึงคล่ืนบวกและวงจรเรียงกระแสคร่ึงคล่ืนลบ 2.1 วงจรเรียงกระแสครึ่งคล่ืนบวก220 VAC + - แรงดนั เอาทพ์ ทุ Load C220 VAC + - แรงดนั เอาทพ์ ทุ Load C รูปที่ 2 แสดงวงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืนบวก เป็นกำรจดั วงจรไดโอดใหน้ ำกระแสเฉพำะซีกบวกของไฟสลบั ทำใหแ้ รงดนั ท่ีไดจ้ ำกกำรเรียงกระแสออกมำที่เอำทพ์ ุทเพียงช่วงบวกของไฟสลบั เทำ่ น้นั แรงดนั ไฟตรงเฉลี่ยสำมำรถคำนวณหำไดจ้ ำกสูตร VDC = 0.318 VP หรือ VDC = 0.45 VAC แต่แรงดนั ไฟตรงท่ีไดจ้ ะยงั ไม่เรียบมีลกั ษณะเป็นพลั ส์ท่ีเรียกวำ่ พลั ส์ดี.ซี. (Pulse D.C) ในกำรใชง้ ำนจะตอ้ งทำกำรกรองใหเ้ รียบโดยใช้ตวั เกบ็ ประจุทำกำรกรอง กจ็ ะทำใหแ้ รงดนั ที่ไดเ้ รียบข้ึนดงั รูปท่ี 3

3 ช่วงประจุ ช่วงคายประจุVp t0 รูปที่ 3 แสดงรูปคล่ืนแรงดนั ไฟตรงเมื่อใชต้ วั เกบ็ ประจุกรองแรงดนั จำกรูปท่ี 3 พลั ส์ดี.ซี ท่ีไดจ้ ำกวงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืนจะเป็ นซีกบวก ตวั เก็บประจุฟิ ลเตอร์จะทำกำรประจุแรงดนั ในช่วงท่ีพลั ส์ดี.ซี มีค่ำเพ่ิมข้ึนและจะคำยประจุในช่วงท่ีพลั ส์ดี.ซีมีคำ่ ลดลงจะเป็นไปในลกั ษณะเช่นน้ีเรื่อยๆ แรงดนั ดี.ซี ท่ีไดจ้ ะเรียบข้ึน ตวั เก็บประจุฟิ ลเตอร์ยง่ิ มีค่ำมำกแรงดนั ไฟตรงท่ีไดก้ ็ยง่ิ มีควำมเรียบข้ึน (ตวั เก็บประจุฟิ ลเตอร์ค่ำมำกเกินไปมีผลเสียกบั ไดโอด)แรงดนั ไฟตรงท่ีไดจ้ ะมีคำ่ เพิ่มข้ึนเน่ืองจำกตวั เก็บประจุ จะประจุแรงดนั สูงสุดของแรงดนั พคี จึงทำให้แรงดนั เพม่ิ สูงข้ึน 2.2 วงจรเรียงกระแสคร่ึงคลื่นลบ220 VAC Load C รูปที่ 4 แสดงวงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืนลบ เป็นกำรจดั วงจรไดโอดใหน้ ำกระแสเฉพำะซีกลบของไฟสลบั กจ็ ะไดว้ งจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคลื่นลบ จำกรูปท่ี 4 เมื่อข้วั บนของขดทุติยภูมิไดร้ ับเฟสลบ ข้วั ล่ำงเทียบศกั ยไ์ ดเ้ ฟสบวก จะทำใหไ้ ดโอดไดร้ ับไบอสั ตรง ไดโอดสำมำรถนำกระแสได้ กระแสจะไหลจำกข้วั ล่ำงของหมอ้ แปลงผำ่ นโหลดเขำ้ ทำงขำแอโนด ออกทำงแคโทดครบวงจรท่ีข้วั บนของหมอ้ แปลง ลกั ษณะเช่นน้ีจะทำใหข้ ้วั บนของโหลดมีศกั ยเ์ ป็ นลบข้วั ล่ำงมีศกั ยเ์ ป็นบวก เมื่อข้วั บนของหมอ้ แปลงไดร้ ับเฟสบวกข้วั ล่ำงเทียบศกั ยไ์ ดเ้ ฟสลบ จะทำใหไ้ ดโอดไม่สำมำรถนำกระแสได้ เพรำะไดโอดไดร้ ับไบอสั กลบั จงั หวะน้ีจึงไม่มีแรงดนั ออกมำที่โหลด

4 0t -Vp ช่วงคายประจุ รูปที่ 5 แสดงรูปคล่ืนเม่ือใชต้ วั เก็บประจุเป็ นวงจรกรอง เม่ือต่อตวั เกบ็ ประจุฟิ ลเตอร์เขำ้ ไปในวงจร ตวั เกบ็ ประจุก็จะทำหนำ้ ท่ีประจุแรงดนั เอำไว้ในช่วงแรงดนั ท่ีมีค่ำสูง และจะคำยประจุในช่วงแรงดนั ท่ีมีค่ำลดลง โดยเสริมรูปคลื่นที่ขำดหำยใหเ้ ช่ือมต่อเขำ้ ดว้ ยกนั เป็ นกำรทำใหแ้ รงดนั ท่ีไมเ่ รียบมีควำมเรียบยงิ่ ข้ึน กำรใชว้ งจรเรียงกระแสแบบน้ีจะไดไ้ ฟกระแสตรงออกมำในลกั ษณะพลั ส์คร่ึงคล่ืนเทำ่ น้นั เมื่อเปรียบเทียบแรงดนั อินพทุกบั แรงดนั เอำทพ์ ทุ ท่ีไดจ้ ะเห็นวำ่ มีประสิทธิภำพต่ำ คือประมำณ 40 เปอร์เซ็นตเ์ ท่ำน้นัตัวอย่าง 1 ในวงจรเรียงกระแสถำ้ ควำมต่ำงศกั ยไ์ ฟฟ้ำกระแสสลบั (Vm) มีค่ำ 100 V จงคำนวณแรงดนั ไฟฟ้ำกระแสตรงท่ีไดเ้ ม่ือใชไ้ ดโอดเป็นตวั เรียงกระแสแบบคร่ึงคลื่น……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….ตัวอย่าง 2 จงหำควำมต่ำงศกั ยไ์ ฟฟ้ำกระแสตรงท่ีเกิดจำกกำรเรียงกระแสของไดโอดที่ทำจำกธำตุซิลิคอนดงั รูป +- R………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

53. วงจรเรียงกระแสเตม็ คลื่นแบบใช้หม้อแปลงมีแทป็ กลาง วงจรเรียงกระแสเตม็ คลื่น จะสำมำรถเรียงแรงดนั ไฟสลบั ใหอ้ อกเอำทพ์ ทุ ไดท้ ้งั ช่วงบวกและช่วงลบของแรงดนั ไฟสลบั ที่ป้อนเขำ้ มำท่ีอินพุทของวงจร โดยไมม่ ีส่วนใดของแรงดนั ไฟสลบัถูกตดั ทิง้ ไป ลกั ษณะของวงจรจะใชไ้ ดโอด 2 ตวั ทำหนำ้ ที่แปลงสญั ญำณไฟสลบั เป็นสญั ญำณไฟตรงโดยมีหมอ้ แปลงไฟฟ้ำแบบมีแทป็ กลำง (Center Trap) ทำหนำ้ ท่ีแบ่งเฟสใหเ้ กิดกำรตำ่ งเฟสกนั180 องศำ ระหวำ่ งสัญญำณที่ออกจำกส่วนบนและส่วนล่ำงของขดทุติยภูมิของหมอ้ แปลงเพ่ือให้ไดโอดท้งั 2 ตวั สลบั กนั ทำงำน ดงั น้นั วงจรจึงสำมำรถจ่ำยกระแสไดเ้ รียบและสูงกวำ่ วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืน หมอ้ แปลงไฟฟ้า D1ขดปฐมภูมิ ขดทตุ ยิ ภูมิ RL VDC = 0.636 VP220 V D2 รูปท่ี 6 วงจรเรียงกระแสเตม็ คล่ืน4. การทางานของวงจรเรียงกระแสเต็มคล่ืนแบบใช้หม้อแปลงมแี ทป็ กลาง เมื่อมีแรงดนั ไฟสลบั VIN ป้อนเขำ้ ขดปฐมภูมิของหมอ้ แปลงจะเกิดแรงดนั ไฟสลบั ข้ึนท่ีข้วั บนและข้วั ล่ำงของขดทุติยภูมิที่แทป็ กลำงของหมอ้ แปลงจะกำหนดใหม้ ีแรงดนั 0 โวลต์ ดงั น้นั แรงดนัคร่ึงหน่ึงจึงเกิดท่ีแทป็ กลำงกบั ข้วั ดำ้ นบนของหมอ้ แปลง และอีกคร่ึงหน่ึงจะเกิดข้ึนที่แทป็ กลำงกบัอีกข้วั ดำ้ นล่ำงของหมอ้ แปลงโดยระหวำ่ งข้วั ดำ้ นบนและข้วั ดำ้ นล่ำงจะมีเฟสต่ำงกนั 180 องศำ กำรทำงำนของวงจรเม่ือข้วั บนของขดทุติยภูมิมีค่ำแรงดนั เป็ นบวก ข้วั ล่ำงมีแรงดนั เป็นลบไดโอด D1 จะไดร้ ับไบอสั ตรง นำกระแสมีกระแสไหลผำ่ นไดโอดผำ่ นโหลด RL ไปครบวงจรท่ีข้วั แทป็ ทำใหเ้ กิดแรงดนั ตกคร่อมที่โหลด RL เป็นคล่ืนรูปไซนค์ ร่ึงคล่ืน

6 รูปท่ี 7 แสดงกำรทำงำนของวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลื่น ในช่วงเวลำต่อมำ ข้วั บนของขดทุติยภูมิมีค่ำแรงดนั เป็ นลบ ข้วั ล่ำงมีคำ่ แรงดนั เป็ นบวกไดโอด D1 จะไดร้ ับไบอสั กลบั ไดโอด D2 ไดร้ ับไบอสั ตรงเกิดกำรนำกระแส มีกระแสไหลผำ่ นไดโอดผำ่ นโหลด RL ไปครบวงจรท่ีข้วั แทป็ ทำใหเ้ กิดแรงดนั ตกคร่อมที่โหลด RL เป็นคลื่นรูปไซน์คร่ึงคลื่นดำ้ นบวกปรำกฏท่ีเอำทพ์ ทุ แรงดนั ไฟตรงเฉลี่ยที่ไดส้ ำมำรถคำนวณไดจ้ ำกสูตร VDC = 0.636 VPแต่แรงดนั VP เป็ นแรงดนั ค่ำยอดสูงสุดสำมำรถคำนวณหำได้จำกสูตร VP = 1.414 VAC หรือจะคำนวณหำค่ำแรงดนั ไฟตรงไดจ้ ำกสูตร VDC = 0.9 VAC5. วงจรกรองแบบใช้ตวั เกบ็ ประจุ (Capacitor Filter) แรงดนั ไดจ้ ำกวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คล่ืนยงั มีระลอกคล่ืนปนอยปู่ ริมำณสูง ไม่เหมำะสมที่จะนำไปใชง้ ำน จะตอ้ งนำแรงดนั น้ีไปผำ่ นวงจรกรองก่อนท่ีจะนำไปใชง้ ำน วงจรกรองแบบที่ง่ำยและนิยมที่สุดกค็ ือ วงจรกรองแบบใชต้ วั เก็บประจุ โดยใชต้ วั เกบ็ ประจุ C ต่อขนำนกบั ตวั ตำ้ นทำนโหลด RL ตวั เกบ็ ประจุ C จะทำหนำ้ ท่ีเก็บประจุ ไวใ้ นช่วงเวลำไดโอดนำกระแสและทำหนำ้ ที่คำยประจุผำ่ นตวั ตำ้ นทำนโหลดในช่วงเวลำท่ีไดโอดไม่นำกระแส กำรทำงำนของวงจรกรองจะทำกำรกรองแรงดนั ไฟตรงท่ียงั ไม่เรียบใหม้ ีควำมรำบเรียบยงิ่ ข้ึน สำมำรถนำไปใชง้ ำนกบั วงจรทำงอิเล็กทรอนิกส์ได้อีกท้งั แรงดนั ไฟตรงที่ไดเ้ ม่ือผำ่ นกำรกรองแรงดนั แลว้ จะมีคำ่ เพิม่ ข้ึนจำกเดิมโดยคำนวณหำไดจ้ ำกสูตร VDC =VP = 1.414  VAC

7 D1 +- C RL +- 0 -+- + 0+ - VDC = VOUT = 1.414 VAC D2รูปที่ 8 แสดงวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คล่ืนใชต้ วั เก็บประจุกรองรูปที่ 9 รูปสัญญำณวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คล่ืนก่อนและหลงั ใส่ตวั เก็บประจุ วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่ืนน้นั ไดโอดท้งั 2 ตวั จะผลดั กนั ทำงำนคนละคร่ึงไซเคิล ทำให้กำรเรียงกระแสออกมำครบท้งั ซีกบวกและซีกลบ จำกวงจรรูปท่ี 3 เป็นกำรเรียงกระแสใหอ้ อกมำเป็นซีกบวกเรียงกนั ไป แต่ถำ้ ตอ้ งกำรเรียงกระแสใหอ้ อกมำเป็นซีกลบก็สำมำรถกระทำไดโ้ ดยกำรกลบั ขำไดโอดท้งั 2 เสียใหม่ดงั แสดงในรูปที่ 10 D1 + - 0 C RL - +- + 0 + - VDC = VOUT = 1.414 VAC D2รูปท่ี 10 แสดงวงจรเรียงกระแสเตม็ คล่ืนลบตัวอย่าง จงคำนวณหำค่ำเฉลี่ยของรูปคลื่นท่ีไดจ้ ำกวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลื่นเมื่อ Vm = 15 V………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………