หน่วยที่ 5 วงจรเร็กติฟายเออร์

หนว่ ยท่ี 5 วงจรเร็กติฟายเออร์ (Rectifier Circuit)

วงจรเร็กตฟิ ายเออร์ คือ วงจรเรียงกระแสไฟฟ้า เป็ นวงจรแปลงจากไฟฟ้ากระแสสลบั เป็ นไฟฟ้า กระแสตรง โดยมไี ดโอดเป็ นอปุ กรณ์ที่ทาหน้าท่ีหลกั ซึ่งยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านทางเดยี ว วงจรเร็กตฟิ ายเออร์ สามารถแบ่งออกได้ 2 แบบ คือ

1. วงจรเร็กติฟายเออร์แบบครึ่งคล่ืน (Half wave Rectifier) 2. วงจรเร็กตฟิ ายเออร์แบบเตม็ คล่ืน (Full wave Rectifier) วงจรเร็กตฟิ ายเออร์แบบเต็มคล่ืน สามารถแบ่งออกได้ 2 ชนิด

2.1 วงจรเร็กตฟิ ายเออร์แบบเตม็ คล่ืนชนิดครึ่งบริดจ์ (Half Bridge wave Rectifier) (Full wave Rectifier) 2.2 วงจรเร็กตฟิ ายเออร์แบบเต็มคลื่นชนิดเต็มบริดจ์ (Bridge Rectifier)

Half wave Rectifier For most power applications, half-wave rectification is insufficient for the task. The harmonic content of the rectifier's output waveform is very large and consequently difficult to filter. Furthermore, the AC power source only supplies power to the load one half every full cycle, meaning that half of its capacity is unused. Half-wave rectification is, however, a very simple way to reduce power to a resistive load. Some two-position lamp dimmer switches apply full AC power to the lamp filament for “full” brightness and then half-wave rectify it for a lesser light output. If we need to rectify AC power to obtain the full use of both half-cycles of the sine wave, a different rectifier circuit configuration must be used. Such a circuit is called a full-wave rectifier. One kind of full-wave rectifier, called the center-tap design, uses a transformer with a center-tapped secondary winding and two diodes

220V AC D RR T

การทางาน ครึ่งไซเกลิ้ แรก เมื่อข้วั บนของขดเซคน่ั ดารีได้รับเฟสบวก ส่วนข้วั ล่างได้รับเฟสลบ ทาให้ไดโอดได้รับไบอสั ตรง กระแส ไฟฟ้าสามารถไหลผ่านไปได้ เกดิ แรงดนั ตกคร่อมทต่ี วั ต้านทาน ส่งผลให้มสี ัญญาณปรากฏทางด้านเอ้าท์พทุ

ครึ่งไซเกลิ้ หลงั เมื่อข้วั บนของขดเซคนั่ ดารีได้รับเฟสลบ ส่วนข้วั ล่างได้รับเฟสบวก ทาให้ไดโอดได้รับไบอสั กลบั กระแสไฟฟ้าไม่สามารถไหลผ่านไปได้ ไม่มแี รงดนั ตกคร่อม ทตี่ วั ต้านทาน ทาให้ไม่มสี ัญญาณปรากฏทางด้านเอ้าท์พุท การทางานของวงจรจะทางานสลบั ไปสลบั มา ทาให้สัญญาณทปี่ รากฏทางด้านเอ้าท์พทุ มเี พยี งคร่ึงเดยี ว

Full wave Rectifier Full-wave rectifier, center-tapped design. This circuit's operation is easily understood one half-cycle at a time. Consider the first half-cycle, when the source voltage polarity is positive (+) on top and negative (-) on bottom. At this time, only the top diode is conducting; the bottom diode is blocking current, and the load “sees” the first half of the sine wave, positive on top and negative on bottom. Only the top half of the transformer's secondary winding carries current during this half-cycle

Full-wave center-tap rectifier: Top half of secondary winding conducts during positive half-cycle of input, delivering positive half-cycle to load.. During the next half-cycle, the AC polarity reverses. Now, the other diode and the other half of the transformer's secondary winding carry current while the portions of the circuit formerly carrying current during the last half-cycle sit idle. The load still “sees” half of a sine wave, of the same polarity as before: positive on top and negative on bottom.

Full-wave center-tap rectifier: During negative input half-cycle, bottom half of secondary winding conducts, delivering a positive half-cycle to the load. One disadvantage of this full-wave rectifier design is the necessity of a transformer with a center-tapped secondary winding. If the circuit in question is one of high power, the size and expense of a suitable transformer is significant. Consequently, the center-tap rectifier design is only seen in low-power applications.

วงจรเร็กติฟายเออร์แบบเตม็ คล่ืนชนิดครึ่งบริดจ์ จะต้องใช้ หม้อแปลงแบบมเี ซ็นเตอร์แทป็ D1 R D2

การทางาน คร่ึงไซเกลิ้ แรก เมื่อข้วั บนของขดเซคนั่ ดารีได้รับเฟสบวก ข้วั ล่างได้รับเฟสลบ ทาให้ไดโอด D1 ได้รับไบอสั ตรง กระแส ไฟฟ้าสามารถไหลผ่านได้ ส่วนไดโอด D2 ได้รับไบอสั กลบั ไม่สามารถนากระแส กระแสจะไหลผ่านจากข้วั บนของ หม้อแปลง ผ่านไดโอด D1 ผ่านตวั ต้านทาน ครบวงจร ทีเ่ ซ็นเตอร์แทป็ เกดิ แรงดันตกคร่อมทตี่ วั ต้านทาน ส่งผลให้ มสี ัญญาณปรากฏทางด้านเอ้าท์พุทการทางาน

คร่ึงไซเกลิ้ หลงั เมื่อข้วั บนของขดเซคนั่ ดารีได้รับเฟสลบ ข้วั ล่างได้รับเฟสบวก ทาให้ไดโอด D2 ได้รับไบอสั ตรง กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านไปได้ ส่วนไดโอด D1 ได้รับไบอสั กลบั ไม่สามารถนากระแส กระแสจะไหลผ่าน จากข้วั ล่างของหม้อแปลง ผ่านไดโอด D2 ผ่านตัวต้านทาน ครบวงจรทเ่ี ซ็นเตอร์แทป็ เกดิ แรงดนั ตกคร่อมทตี่ วั ต้านทาน ส่งผลให้มสี ัญญาณปรากฏทางด้านเอ้าท์พุท การทางานของวงจร ไดโอด 2 ตัว จะทางานสลบั ไป สลบั มา ตัวละครึ่งไซเกลิ้ ทาให้มสี ัญญาณ ปรากฏทางด้าน เอ้าท์พทุ ตลอด

Bridge Rectifier The full-wave center-tapped rectifier polarity at the load may be reversed by changing the direction of the diodes. Furthermore, the reversed diodes can be paralleled with an existing positive-output rectifier. The result is dual-polarity full-wave center-tapped rectifier in Figure below. Note that the connectivity of the diodes themselves is the same configuration as a bridge.

Dual polarity full-wave center tap rectifier Another, more popular full-wave rectifier design exists, and it is built around a four-diode bridge configuration. For obvious reasons, this design is called a full-wave bridge. Full-wave bridge rectifier. Current directions for the full-wave bridge rectifier circuit are as shown in Figure below for positive half-cycle and Figure below for negative half-cycles of the AC source waveform. Note that regardless of the polarity of the input, the current flows in the same direction through the load. That is, the negative half-cycle of source is a positive half-cycle at the load. The current flow is through two diodes in series for both polarities. Thus, two diode drops of the source voltage are lost (0.7·2=1.4 V for Si) in the diodes. This is a disadvantage compared with a full-wave center-tap design. This disadvantage is only a problem in very low voltage power supplies.

Full-wave bridge rectifier: Electron flow for negative half=cycles. Remembering the proper layout of diodes in a full-wave bridge rectifier circuit can often be frustrating to the new student of electronics. I've found that an alternative representation of this circuit is easier both to remember and to comprehend. It's the exact same circuit, except all diodes are drawn in a horizontal attitude, all “pointing” the same direction.

วงจรเร็กตฟิ ายเออร์แบบเต็มคล่ืนชนิดเตม็ บริดจ์ จะใช้ ไดโอด 4 ตัว สลบั กนั ทางานครึ่งไซเกลิ้ ละ 2 ตัว D4 D1 D3 D2 R

การทางาน คร่ึงไซเกลิ้ แรก เม่ือข้วั บนของขดเซคนั่ ดารีได้รับเฟสบวก ส่วนข้วั ล่างได้รับเฟสลบ ทาให้ไดโอด D1 และ D3 ได้รับ ไบอสั ตรง กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านไปได้ ส่วนไดโอด D2 และ D4 ได้รับไบอสั กลบั ไม่สามารถนากระแส กระแส จะไหลผ่านจากข้วั บนของหม้อแปลง ผ่านไดโอด D1 ผ่านตัว ต้านทาน ผ่านไดโอด D3 ครบวงจรทข่ี ้วั ล่างของหม้อแปลง เกดิ แรงดนั ตกคร่อมทตี่ วั ต้านทาน ส่งผลให้มสี ัญญาณปรากฏ ทางด้านเอ้าท์พุท

ครึ่งไซเกลิ้ หลงั เมื่อข้วั บนของขดเซคนั่ ดารีได้รับเฟสลบ ส่วนข้วั ล่างได้รับเฟสบวก ทาให้ไดโอด D2 และ D4 ได้รับ ไบอสั ตรง กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านไปได้ ส่วนไดโอด D1 และ D3 ได้รับไบอสั กลบั ไม่สามารถนากระแส กระแส จะไหลผ่านจากข้วั ล่างของหม้อแปลง ผ่านไดโอด D2 ผ่าน ตัวต้านทาน ผ่านไดโอด D4 ครบวงจรทข่ี ้วั บนของหม้อแปลง เกดิ แรงดนั ตกคร่อมทตี่ วั ต้านทาน ส่งผลให้มสี ัญญาณปรากฏ ทางด้านเอ้าท์พทุ การทางานของวงจรจะทางานสลบั ไปสลบั มา ทาให้มี สัญญาณ ปรากฏทางด้านเอ้าท์พุทตลอด

สัญญาณทอี่ อกมาทางด้านเอ้าท์พุทเป็ นสัญญาณไฟฟ้า กระแสตรงทยี่ งั ไม่เรียบ การนาแรงดนั ไฟฟ้ากระแสตรง ไปใช้งานน้ันจะต้องแรงดนั ทมี่ สี ัญญาณทเี่ รียบจริงๆ ดงั น้ัน สามารถทาให้สัญญาณเรียบได้โดยใช้ตัวเกบ็ ประจุ ซ่ึงทาหน้าทเ่ี ป็ นตัวกรองสัญญาณ (Filter) เรียกตวั เกบ็ ประจุ นีว้ ่า ซี-ฟิ ลเตอร์ (C-Filter)



การทางานของวงจรเร็กตฟิ ายเออร์ เม่ือต่อตวั เกบ็ ประจุ ไซเกลิ้ แรก ช่วงทเ่ี กดิ แรงดนั ตกคร่อมทต่ี วั ต้านทาน ตวั เกบ็ ประจุจะทาการเกบ็ ประจุ (Charge) ไซเกลิ้ หลงั ตวั เกบ็ ประจุจะคายประจุ (Discharge) ตัวเกบ็ ประจุทใ่ี ช้ในวงจรฟิ ลเตอร์ เป็ นตวั เกบ็ ประจุทค่ี ่า ความจุมาก ทาให้ใช้เวลาในการคายประจุนาน ยงั ไม่ทัน จะคายหมด คร่ึงไซเกลิ้ บวกใหม่เข้ามาอกี

วงจรเร็กตฟิ ายเออร์แบบบริดจ์ เป็ นวงจรเร็กตฟิ ายเออร์ที่นิยมใช้กนั มาก จึงมกี าร ผลติ ไดโอดแบบบริดจ์ขนึ้ มาใช้ เป็ นไดโอดสาเร็จรูปทม่ี ี โครงสร้างประกอบด้วยไดโอด 4 ตวั ต่อแบบบริดจ์ ทุกประการ และถ้าเป็ นวงจรเร็กตฟิ ายเออร์ทใี่ ช้กบั ไฟ 3 เฟส กจ็ ะเพม่ิ ไดโอดอกี 2 ตวั กลายเป็ นไดโอด บริดจ์ 5 ขา

AC AC AC ACAC + + + AC AC

D4 D1 C1 + +DC R1 +D3 D2 C2 0 R2 -DC วงจรเร็กติฟายเออร์แบบเต็มบริดจ์ทต่ี ้องการแหล่งจ่าย 2 ชุด