فهرست
مقدمه کلی …………………………………………………………………….2
ترانسفورماتور کاهنده…………………………………………………………………….6
ترانسفورماتور افزاینده…………………………………………………………………….6
ساختمان و نوع ترانسفورماتور بکار رفته در مدار………………………………………7
محاسبه قطر سیم لاکی برای اولیه و ثانویه………………………………………..11
انتخاب قرقره ترانسفورماتور…………………………………………………………………….14
یکسوکننده های دیودی…………………………………………………………………….20
صافیها…………………………………………………………………….25
مقدمه کلی
طبق بررسیهای زیادی که شد متوجه شدیم که بهترین موضوعی می توانیم انتخاب کنیم مدار یک منبع تغذیه متغیر و تثبیت شده است که کاربرد فراوانی نیز نسبت به سایر مدارها دارد. خلاصه ای از کل مدار به شرح زیر می باشد:
این مدار به طورکلی از چهاربلوک تشکیل می شود:
1-ترانسفورماتور 2-دوبرابر کننده ولتاژ 3-یکسوسازی 4-رگولاتور
در بلوک اول ولتاژ220 ولت (برق شهر) تضعیف شده و به 12 ولت رسیده است بلوک دوم این ولتاژ را دوبرابر می کند و بنابراین به حدود 24 ولت می رسد و سپس توسط مداریکسوسازی پل جهت جریان یکطرفه شده و ضربان آن توسط خازن صافی گرفته می شود تا یک موج DC کاملا صاف داشته باشیم. این سیگنال را به ورودی رگولاتور اعمال می کنیم رگولاتور به کار رفته طوری است که با قراردادن یک پتانسیومتر می توان خروجی با ولتاژ متغیر داشت که توضیحات کامل دراین مورد در قسمتهای بعدی داده خواهد شد.
اجزای تشکیل دهنده یک ترانسفورماتور
یک ترانسفور دارای اجزایی به شرح زیر است:
الف-هسته: هسته ترانسفورماتور از ورقه های نازک فلزی از جنس آهن نرم سیلیس دار تشکیل شده است.
دراین ورقه ها حداکثر 5/4 درصد سیلیسیم1 وجود دارد و دارای هدایت الکتریکی کم ولی قابلیت هدایت مغناطیسی زیاد است. برای عایق کردن این ورقه ها درهنگام ساختن آنها یک لایه نازک اکسید، فسفات یا سیلیکات به ضخامت 2 تا 20 میکرون را به عنوان عایق روی آن قرار می دهند: این عایق مانند لعابی روی ورق را می پوشاند. ورقه های هسته ی ترانسفورماتور در ضخامت 35/0 و 5/0 میلی متر و در اندازه های استاندارد و به فرمهای مختلف ساخته می شوند و به طورکلی ساختن هسته ترانسفورماتور به شکل ورقه ورقه به این دلیل است که بتوانند اولا هدایت الکتریکی کاهش پیدا کند و ثانیا برای جلوگیری از جریانهای فوکواست که باعث کاهش کیفیت و گرم شدن زیاد بدنه ترانسفورماتور می شود و آن ولتاژ مطلوب درخروجی ظاهر نمی شود. معمولی ترین ورقه های استاندارد شده به فرم M,EI است تصویر انواع مختلف این ورقه ها را در زیر می بینید.
ب) سیم پیچ: برای سیم پیچ ترانسفورماتور از سیم مسی با عایق لاکی استفاده می شود. این سیمها با سطح مقطع دایره و در قطرهای مختلف در بازار وجود دارند.
ج) قرقره: برای حفاظت و نگهداری سیم پیچهای ترانسفورماتور مخصوصا ترانسفورماتورهای کوچک از قرقره استفاده می کنند. جنس قرقره از مواد عایق مانند کاغذ سخت عایق (برش مان)، فیبرهای استخوانی یا مواد ترموپلاستیک انتخاب می شوند قرقره هیا از جنس ترموپلاستیک معمولا یک پارچه ساخته می شوند.
اندازه قرقره باید متناسب با اندازه های ورقه های ترانسفورماتور باشد.
درشکل زیر هسته، سیم پیچ و ترانسفورماتور ساخته شده را مشاهده می کنیم.
روابط بین جریان و ولتاژ در یک ترانسفورماتور
میدانیم در یک ترانسفورماتور، اثر میدان یک سیم پیچ روی سیم پیچ دیگر، سبب القای ولتاژ آن می شود درمبدلی که دارای هسته U شکل است و سیمها روی دو پایه این هسته پیچیده شده اند تمام خطوط میدان اولیه از هسته سیم پیچ مقابل نمی گذرند و قسمتی از آنها مدار خود را از طریق هوا می بندند دراین صورت می گوییم دراین ترانسفورماتور کوپلاژ سست است.
اما اگر حلقه ی هسته آهنی کاملا مسدود باشد دراین صورت تقریبا تمام فوران مغناطیسی درهسته آهنی باقی می ماند و دو سیم پیچ با یکدیگر مدار مغناطیسی کاملی را تشکیل می دهند دراین صورت می گوییم کوپلاژ سفت است.
ضریب کوپلاژ
نسبت فوران مغناطیسی موثر در سیم پیچدوم به فوران مغناطیسی کل ایجاد شده در سیم پیچ اول را ضریب کوپلاژ می نامند.
درکوپلاژ سست K<1 و درکوپلاژ سفت K=1 است.
که در آن U1 ولتاژ اولیه، U2 ولتاژ ثانویه، N1 تعداد دور اولیه و N2 تعداد دور ثانویه I1 حریان اولیه و I2 جریان ثانویه است.
ترانسفورماتور کاهنده
اگر تعداد دور ثانویه کمتر از تعداد دور اولیه باشد در این صورت ولتاژ ثانویه کمتر از ولتاژ اولیه است ولی جریان درثانویه بیشتر از جریان در اولیه است به این ترانسفورماتور کاهنده گویند.
ترانسفورماتور افزاینده
دریک ترانسفورماتور افزاینده تعداد دور ثانویه بیشتر از تعداد دور اولیه ولتاژ ثانویه بیشتر از ولتاژ اولیه ولی جریان ثانویه کمتر از جریان اولیه است.
ساختمان و نوع ترانسفورماتور به کار رفته درمدار
دراین مدار باید ترانسفورماتوری با ورودی 220 ولت و خروجی حدود 30 ولت استفاده شود چون چنین ترانسفورماتوری در بازار کمیاب است مجبور به استفاده از ترانسفورماتور با خروجی 12 ولت شدیم که سپس توسط مدار دو برابر کننده ولتاژ (در قسمتهای بعد توضیحات کاملی درباره آن داده خواهد شد)
خروجی ترانسفورماتور را دوبرابر می کنیم که برابر با 24 ولت می شود و جریان خروجی یک آمپر می باشدو تلاش بسیار کردیم تا امکانات لازم را فراهم آوریم و ترانسفورماتور را خود محاسبه کنیم و بپیچیم که متاسفانه به دلیل کمبود امکانات و فقدان قطعات موردنیاز در بازار نتوانستیم دست به چنین کاری بزنیم.
محاسبات تشریعی ترانسفورماتور
معلومات لازم شامل ولتاژ ورودی و خروجی و جریان خروجی میباشد.
1-محاسبه سطح مقطع هسته ترانسفورماتور: برای محاسبه سطح دراین فرمول S سطح مقطع خالص هسته برحسب سانتی متر مربع P1 قدرت اولیه ترانسفورماتور برحسب وات است. ضریب K بستگی به جنس هسته و نقطه کار ترانسفورماتور دارد و بین 8/0 تا 2/1 انتخاب می شود برای ترانسفورماتورهای کوچک کم قدرت K=1 یا K=0.9 انتخاب می شود. بهتر است برای ترانسفورماتورهای معمولی K=1.2 درنظر گرفته شود.
2-سطح مقطع ظاهری: هسته مورد مصرف در ترانزیستورها را به منظور کاهش تلفات به صورت ورق ورق می سازند. چون ورقه های ترانسفورماتور با لایه های نازک عایق پوشیده شده است هنگامی که این ورقه ها در داخل قرقره درکنار یکدیگر قرار می گیرند سطح مقطع بیشتری را نسبت به سطح مقطع خالص (S) اشغال می کنند. این سطح مقطع را سطح مقطع ظاهری می گویند و آن را با SEF نشان می دهند.
KFE در محاسبات معمولی برابر 9/0 تا 95/0 انتخاب می شود با توجه به سطح ظاهری قرقره انتخاب می شود.
3-راندمان ترانسفورماتور: P1 قدرت اولیه بستگی به قدرت ثانویه (P2) دارد. در ترانسفورماتور ایده آل P1=P2 است در ترانسفورماتورهای واقعی به علت تلفات کلی ترانسفورماتور همیشه P1>P2 است یعنی همواره راندمان ترانسفورمائور کمتر از یک است.
=راندمان
معمولا قدرت ظاهری ترانسفورماتور را برحسب ولت آمپر برای ثانویه مشخص می کنند مقدار ولت آمپر از ضرب کردن ولتاژ ثانویه در جریان ثانویه به دست می اید.
راندمان برای ترانسفورماتورهای تا قدرت 20 ولت آمپر مابین 75/0 تا 8/0 انتخاب می شود.
4-محاسبه تعداد دور اولیه و ثانویه ترانسفورماتور
برای تعیین تعداد دور اولیه و ثانویه ی ترانسفورماتور ابتدا تعداد دور برای یک ولت را که دور برولت نامیده می شود از رابطه ی حساب می کنیم.
با توجه به رابطه n در می یابیم که:
دور وبرولت تابعی از سطح مقعط حالص هسته میباشد.
برای سهولت در محاسبات میتوان از جداول و منحنی هایی که تغییرات دور برولت به ازای سطح مقطع آهن نشان میدهد استفاده نمود.
اگر افت ولتاژ ایجاد شده توسط مقاومتهای اهمی و القیایی سیم پیچ اولیه و ثانویه را منظور نکنیم میتوانیم تعداد دور اولیه و ثانویه را از روابط زیر حساب کنیم.
اما در سیم پیچ اولیه و ثانویه ی ترانسفورماتور افت ولتاژی وجود دارد که باید مقدار آن محاسبه شود.
محاسبه درصد افت ولتاژ
همانطوری که می دانیم چون سیم پیچهای ترانسفورماتوردارای مقاومت هستند، در اثرعبور جریان از هریک از سیم پیچها افت ولتاژی متناسب با مقدار جریان به وجود می اید به طوری که نیروی محرکه ی اولیه کاهش می یابد در نتیجه ولتاژ دوسر مصرف کننده هم کاهش می یابد چون ترانسفورماتور را برمبنای ولتاژ شبکه و ولتاژ مصرف کننده طراحی می کنیم باید سعی شود ولتاژ خروجی درحالتی که جریان نامی از بار می گذرد درست به اندازه ولتاژ موردنیاز مصرف کننده باشد. پس تعداد دور سیم پیچ اولیه وثانویه را چنان انتخاب می کنیم تا ولتاژ ثانویه ی ترانسفورماتور درحالت بی باری () مقداری بیشتر از ولتاژ موردنیاز باشد تا هنگام وصل به بار ولتاژ خروجی برابر ولتاژ موردنیاز مصرف کننده بشود.
افت ولتاژ درترانسفور تابعی از قدرت ترانسفورماتور میباشد.
با مشخص شدن درصد افت ولتار را به دست می آوریم.
لذا تعداد دور اولیه و تعداد دورثانویه میباشد. ملاحظه میشود تعداد دور موردنیاز برای اولیه کاهش و برای ثانویه افزایش پیدا می کند.
محاسبه قطر سیم لاکی برای اولیه و ثانویه
قطر سیم باید طوری محاسبه شود که توان تلف شده در دو سیم پیچ که به صورت حرارت در آن ظاهر می شود صدمه ای به آن نرساند و علاوه برآن افت ولتاژ آن بیش از حد نباشد. همانطوری که گفته شد قطر سیم براساس جریان عبوری از سیمها و چگالی جریان محاسبه می گردد.
سطح مقطع سیم ثانویه از رابطه به دست می اید و جریان اولیه از رابطه به دست می اید. با معلوم کردن جریان اولیه سطح مقطع سیم اولیه از رابطه محاسبه می شود. با توجه به دایره بودن سطح مقطع سیم، چون مساحت دایره است لذا قطر سیم اولیه از رابطه و قطر سیم ثانویه از رابطه به دست می آید.
درموقع اندازه گیری قطر سیم باید لاک روی آن را پاک کرد به طوری که به خود سیم آسیب نرسد. میتوان لاک روی سیم را سوزاند یا با سمباده ی نرم از بین برد.
انتخاب ورقه ی مناسب برای هسته ی ترانسفورماتور
ورقهای استاندارد که برای هسته ی ترانسفورماتورهای کوچک استفاده می شود از انواع M و یا EI میباشند. معمولا بین اندازه های قسمتهای مختلف ورق روابطی تقریب برقرار است.
معمولا ورق E1 با اندازه ی a برحسب میلی متر بیان میشود. مثلا ورق E178 یعنی اندازه ضلع a ورق برابر 78 میلی متر است.
محاسبه تعداد ورقها
چون ورق آهنی به ضخامت 5/0 میلی متر و 35/0 میلی متر میباشد. درعمل هسته ی ترانسفورماتور از ورقهای آهن با لایه نازک لاک برای عایق تشکیل شده است لذا برای محاسبه تعداد ورقها باید ضریب را در نظر داشت. اگر سطح مقطع هسته مطابق شکل مستطیل شکل و با ابعاد W,d باشد w برابر است با:
محاسبه مساحت اشغال شده توسط سیم پیچها
واضح است که بین سیمها نباید فضای خالی وجود داشته باشد بنابراین با داشتن قطر سیم اولیه d1 از روی جدول تعداد دوری را که در یک سانتی متر مربع جای می گیرد پیدا می کنند. واز تقسیم N1 برعدد به دست آمده سطح مورد لزوم را به دست می آورند.
سطح لازم برای عایقهای بین لایه های سیم پیچ و قرقره ی سیم پیچ بستگی به قدرت ترانسفورماتور داردو علاوه بر عایق در هنگام پیچیدن سیمها برروی قرقره نیز مقداری فضای خالی بین حلقه های سیم پی باقی می ماند.
هرچه سیم پیچ دقیقتر پیچیده شود. مقدار این فضای مرده کمتر خواهد بود در ترانسفورماتورهایی که با ماشین پیچده میشوند مقدار این فضا خیلی ناچیز است.
در مجموع برای عایق و قرقره وفضای خالی بین سیمها میتوان 20 تا 35 درصد سطح سیمها را منظور نمود. برای ترانسفورماتورهای دست پیچ از ضریب 35/0 و برای ترانسفورماتورهای کوچک که با ماشین پیچیده می شوند از ضریب تقریبی 20/0 استفاده می شود. بنابراین سطح کل موردنیاز برابر میشودبا:
انتخاب قرقره ی ترانسفورماتور
با داشتن اندازه های ورق ترانسفورماتور میتوان قرقره ای را که باید سیم پیچهای اولیه و ثانویه روی آن پیچیده شوند. انتخاب کردو. ابعاد قرقره باید با W,d متناسب باشد. قرقره را میتوان با عایقهای کاغذی با فیبر استخوانی با ضخامت مناسب ساخت. امروزه با توجه به مشکلات ساخت معمولا از قرقره های پلاستیکی آماده استفاده می کنند هرگاه اندازه ی دقیق قرقره ی موردنظر موجودنباشد نزدیکترین سطح مقطع قرقره به عدد SFE را انتخاب می کنند.
محاسبات ریاضی ترانسفورماتور
الف-مشخص کردن پارامترهای موردنیاز برای ترانسفورماتور
ب) محاسبه قدرت اولیه
راندمان برای این ترانسفورماتور75/0 انتخاب می شود بنابراین:
ج) تعیین سطح مقطع هسته
با انتخاب KFE=0.9 سطح ورقه های موردنیاز را به دست می آید.
د-محاسبه دوربر ولت
هـ تعیین تعداد دوراولیه و ثانویه
درصد افت ولتاژ ترانسفورماتور به ازای قدرت خروجی 12VA برابر 17% میباشد که با توجه به مقاومت سیمها برای اولیه 10 درصد برای ثانویه 7 درصد در نظر می گیریم.
و)محاسبه قطر سیم اولیه وثانویه: برای محاسبه قطر سیم ابتدا باید چگالی جریان را به دست آوریم که طبق جدول استانارد برای قدرت صفر تا 50 ولت آمپر برابر 4 میباشد.
ز) انتخاب ورق استاندارد هسته ترانسفورماتور: برای انتخاب ورق باید ابتدا سطح پنجره موردنیاز را بدست آورد.
برای عایق و فضای مرده 35 درصد به سطح لازم جهت سیم پیچ اضافه می کنیم:
هسته مناسب EI30 می باشد که قرقره نیز متناسب با آن انتخاب می شود.
پیشگفتار
دراکثر مدارها و دستگاههای الکترونیکی برای تامین قدرت خروجی و توان مصرفی خود سیستم به منابع تغذیه نیازمندیم. این منابع می توانند از نوع ولتاژ با جریان باشند. منابع تغذیه ولتاژ DC موردنیاز را از برق شهر تیه و به بار اعمال می کنند. اما اگر جریان بار با ولتاژ برق شهر تغییر کند، آیا ولتاژ خروجی منبع تغذیه ثابت می ماند؟ جواب منفی است. چنانچه جریان بار، ولتاژ ورودی منبع تغذیه با شرایط محیط (درجه حرارت) تغیر می کنند ولتاژ خروجی هم تغییراتی خواهد داشت هرچه تغییرات ولتاژ خروجی منبع تغذیه بیشتر باشد مشکل زیادتر می شود.
این اشکالات در دستگاههای مانند وسایل آزمایشگاهی یا مدارهای کامپیوتر باعث ایجاد خطای ناشی از تغییر ولتاژ منبع تغذیه می شود. برای این رفع اشکالات منابع تغذیه باید ولتاژ خروجی آنها را تثبیت می کنیم. رگولاتورهای ولتاژ برای این منظور ساخته شده اند.
درصد تنظیم ولتاژ VR
دریک رگولاتور ولتاژ درصد تنظیم ولتاژ از رابطه ای زیر به دست می آید.
دراین رابطه VONL ولتاژ خروجی بدون بار و VOFL ولتاژ خروجی با بار کامل است. بدون بار یعنی جریان بار صفر و RL مساوی بی نهایت است. بار کامل یعنی جریان بار درحد ماکزیمم و RL درحد مینیمم است. دریک رگولاتور خوب مقدار VR نزدیک به صفر است.
تنظیم کننده های مجتمع سه سر
دراواخر سالهای 1960 سازندگان مدارهای مجتمع، تولید تنظیم کننده ی ولتاژ را برروی تراشه آغاز کردند. در نسل اول این وسایل مانند 723 و 300 LM یک دیودزنر یک تقویت کننده با بهره ی بالا، یک محدود کننده ی جریان و چند مدار مفید دیگر تعبیه شده است. عیب این تنظیم کننده های مجتمع اولیه این بود که به اجزای خارجی زیادی ناز داشتند و علاوه براین باید هشت پایه یا بیشتر برای آنها پیش بینی می شد تا با اتصال این پایه ها به اجزای مختلف به مشخصاتی مطلوب می رسیدند. جدیدترین نسل تنظیم کننده های ولتاژ مجتمع، فقط سه پایه ی اتصال دارند: یکی برای ولتاژ تنظیم نشده ی ورودی، یکی برای ولتاژ تنظیم شده ی خروجی و یکی هم برای اتصال به زمین کاربرد این تنظیم کننده های سه سر که به صورت قطعاتی با پوشش پلاستیکی یا فلزی به بازار آمده اند بسیار عمومیت یافته است زیرا بسیار ارزان اند و درعین حال استفاده از آنها آسان است. این تنظیم کننده های ولتاژ سه سر، گذشته از یک جفت خازن بای باس، جزء خارجی دیگری ندارند. خازن ها در ورودی و خروجی رگولاتور نصب می شوند و تا تغیرات ولتاژی را که در اثر نفوذ و دخالت فرکانسهای ناخواسته به وجود می آید فیلتر کنند. طبقه بندی اساسی رگولاتورهای ولتاژ به این ترتیب است:
دسته ای از رگولاتورها که ولتاژ مثبت تهیه می کنند رگولاتورهای سری ××78 از این نوع اندو دسته ای که فقط ولتاژ منفی تهیه می کنند این گروه با سری ××79 مشخص می شوند.
دسته ای دیگر که ولتاژ قابل تنظیم در خروجی می دهند مانند 317 LM که ولتاژ مثبت 2/1 ولت تا 37 ولت تولید می کند و 337LM که تولید کننده ولتاژ 27/1- تا V37- است.
بلوک دیاگرام مدار داخلی رگولاتور سه سر
این رگولاتور مشتمل است بر:
1-ترانزیستور عبوری که جریان بار از آن می گذرد
2-خاموش کننده ی گرمایی و محدود کننده ی جریان کار خاموش کننده ی گرمایی این استکه اگر دمای داخلی رگولاتور تا حدخطرناکی بالا رود مدار را حود به خود به حالت خاموشی می برد. این عمل یک اقدام احتیاطی برای جلوگیری از اتلاف بیش از حد توان مجاز است که به دمای محیط، ظرفیت حرارت گیر و سایر متغیرها بستگی دارد.
3-تقویت کننده ی خطا که نمونه ی ولتاژ فیدبک شده ی خروجی را با ولتاژ مبنا مقایسه کرده و به خاموش کننده گرمایی و محدود کننده ی جریان اعمال می کند.
4-مقاومت R2,R1 که به عنوان مقسم ولتاژ خروجی عمل می کنند.
کاربرد دیوها
در قبل به شرح ساختمان مشخصات و معرفی انواع دیودهای نیمه هادی پرداختیم. دراین قسمت با کاربرد دیود در مدارات مختلف، از جمله یکسوکننده های دیودی به چندبرابر کننده ها و تغییردهنده های شکل موج آشنا خواهید شد. هرچند محدوده کاربرد دیود زیاد است ولی اصول کار آن در زمینه های مختلف یکسان می باشد.
مدارات یکسو کننده های دیودی
مدارات یکسو کننده های دیودی مداراتی هستند که ولتاژ متناوب را تبدیل به ولتاژ مستقیم می نمایند. عنصر اصلی این مدارات دیود می باشد، زیرا دیود دریک جهت جریان را هدایت می کند درحالیکه درجهت دیگر قطع می باشد. مدارات یکسو کننده می توانند علاوه بر ولتاژ یکفازه، ولتاژهای چندفازه را نیز تبدیل به ولتاژ مستقیم نمایند.
به طورکلی سه نوع مدار یکسوکننده یکفازه بسته می شود:
1-مدار یکسو کننده نیم موج
2-مدار یکسو کننده تمام موج با ترانس سر وسط
3-مدار یکسوکننده تمام موج پل
اینک به توضیح هریک از مدارات یکسوکننده فوق می پردازیم.
مدار یکسو کننده نیم موج
دراین مدار یکسو کننده و مدارات دیگر، فرض می شود که دیودهای به کار برده شده اید ایده آل هستند یعنی هیچگونه افت ولتاژی دوسرآنها به وجود نخواهد آمد ولی درعمل حدود 6/0 تا 5/1 ولت دو سر دیود افت می کند.
طرز کار مدار فوق به این صورت است که در مدت نیم سیکل مثبت دیود در بایاس مستقیم قرار گرفته هادی می باشد. لذا جریان در نیم سیکل مثبت از دیود و بار عبور کرده مسیر خود را می بندد. بنابراین تمام ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور در نیم سیکل مثبت دو سربار ظاهر خواهد شد.
درمدت نیم سکل منفی، دیود در بایاس معکوس است، و قطع می باشد. لذا از مدار جریان عبور نمی کند. بنابراین ولتاژ دو سر بار در نیم سیکل منفی صفر میباشد.
اگر دیود به طور معکوس بسته شود درمدت نیم سیکل مثبت قطع بوده ولی در مدت نیم سیکل منفی هادی میباشد. لذا فقط در مدت نیم سیکل منفی دو سر بار ولتاژ خواهیم داشت.
حال اگر یک ولت متر جریان مستقیم را در دو سر بار قرار دهیم، می خواهیم بدانیم ولت متر چه ولتاژی را نشان میدهد. همانطور که می دانیم ولت متر جریان مستقیم، مقدار ولتاژ متوسط را و ولت متر جریان متناوب، مقدار ولتاژ موثر را نشان میدهد. چون در اینجا ولتاژ مستقیم می باشد، لذا دراین حالت ولت متر مقدار ولتاژ متوسط سیکلهای یکسو شده را نشان خواهد داد. مقدار متوسط این ولتاژ یکطرفه برابر است با:
همانطور که می دانیم یکی از پارامترهای مهم مشخصات الکتریکی دیود، تحمل حداکثر ولتاژی است که در بایاس معکوس دو سر دیود قرار می گیرد. دریکسو کننده نیم موج میخواهیم بدانیم حداکثری ولتاژی که دو سر دیود در بایاس معکوس قرار می گیرد چقدر است؟
هنگامی که دیود در بایاس معکوس قرار دارد جریان در مدار صفر میباشد و افت ولتاژ دو سر بار نیز صفر است. لذا تمامی ولتاژ نیسم سیکل منفی در دو سر دیود قرار می گیرد. حداکثر این ولتاژ برابر حداکثر دامنه VM می باشد ولتاژ معکوسی که دو سر دیود قرار می گیرد با حروف PIV و به صورت رابطه زیر برای یکسوسازی نیم موج نشان میدهند.
مدار یکسو کننده تمام موج با ترانس سر وسط
عیب یکسو کننده نیم موج، در کم بودن مقدار ولتاژ متوسط میباشد و مقدار آن از M3187/0بیشتر نمی شود. ضمنا دراین یکسو کننده از ولتاژ نیسم سیکل منفی نیز استفاده نمی شود. گرچه در تعدادی از کاربردها از یکسو کننده نیم موج استفاده می شود. دریکسو کننده تمام موج از دو دیود استفاده می شود ودر ضمن دراین مدار به یک ترانسفورماتور با دو سیم پیچ ثانویه با ولتاژهای مساوی نیاز است.
دراین نوع یکسوکننده از یک ترانسفورماتور با دو ولتاژ ثانویه کاملا مساوی استفاده شده است.
اینک که با طرز کار ترانسفورماتور با سر وسط آشنا شدیم به بیان طرز کار یکسو کننده تمام موج می پردازیم. در مدت نیم سیکل مثبت دیود D1 در بایاس مستقیم میباشد و دیود D2 در بایاس معکوس قرار دارد بنابراین فقط دیود D1 هدایت می کند. لذا تمامی ولتاژ نیم سیکل مثبت VAB در دو سربار ظاهر می گردد.
مقدار ولتاژ متوسط خروجی دریکسو کننده تمام موج دوبرابر ولتاژ یکسو شده نیم موج میباشد یعنی:
حداکثر ولتاژی که در بایاس معکوس در دو سر هریک از دیودها قرار می گیرد برابر M 27 میباشد.
مدار یکسو کننده تمام موج پل
نوع دیگری از یکسو کننده تمام موج، یکسو کننده پل میباشد.
دراین مدار یکسوکننده از چهار دیود و یک سیم پیچ برای ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور استفاده شده است. طرز کار مدار بدین صورت است که در مدت نیم سیکل مثبت، دیودهای D4,D1 در بایاس مستقیم و دیودهای D3,D2 در بایاس معکوس میباشد.
بنابراین جریان از دیود D1 و بار RL و دیود D4 مسیر خود را می بندد. و با توجه به اینکه دیودها ایده ال فرض شده اند لذا تمامی ولتاژ ترانسفورماتور دو سربار ظاهر می گردد.
در مدت نسیم سیکل منفی دیودهای D3,D2 در بایاس موافق و دیودهای D4,D1 در بایاس معکوس میباشند. لذا جریان از طریق دیودهای D3,D2 و بار RL مسیر خود را می بندد. دراین حالت نیز تمامی ولتاژ دو سر بار ظاهر می گردد.
مقدار ولتاژ متوسط این مدار یکسوکننده نیز مانند یکسوکننده تمام موج میباشد.
یعنی:
درمدار یکسو کننده پل حداکثر ولتاژی که در بایاس معکوس دو سر هر دیود قرار می گیرد و برابر با VM میباشد زیرا درمدت نیم سیکل منفی که دیود D4,D1 هادی .و دیودهای D3,D2 در بایاس معکوس می باشند. پس ولتاژی که در بایاس معکوس دو سر هر دیود اعمال می شود برابر VM میباشد.
صافیها
همانطور که دیدیم توسط دیودها می توان ولتاژ متناوب را به ولتاژ یکطرفه تبدیل نمود، اما این ولتاژ یکسو شده دارای نوسانات میباشد درالکترونیک بیشتر نیاز به یک ولتاژ ثابت است. برای این که بتوانیم این ولتاژ نوسان دار را به یک ولتاژ ثابت تبدیل کنیم باید از آلمانهایی استفاده کنیم که بتوانند انرژی الکتریکی را درخود ذخیره کنند و موقعی که ولتاژ یکسوشده از مقدار VM به مقدار صفر میل می کند این المان ذحیرخ کننده سلف و خازن می باشند. درتوانهای کم از خازن و درتوانهای زیاد از سلف استفاده می کنند. ضمن اینکه درتوانهای بالا از یکسوکننده های چندفازه استفاده می شود.
درمدارات الکترونیکی برای ثابت ماندن ولتاژ یکسو شده از سلف، کمتر استفاده میشود زیرا سلف دارای حجم، وزن و قیمت زیادی میباشد. لذا از خازن که دارای حجم کم و ارزانتر است استفاده می شود. بنابراین دراینجا فقط صافی خازنی مورد بحث قرار می گیرد.
صافی خازنی -زمانی که خازن به عنوان صافی به کار می رود به طور موازی با بار قرار می گیرد.
چگونگی ثابت کردن ولتاژ بدین صورت است که ابتدا ازمقدار صفر تا ماکزیمم ولتاژ نیم سیکل مثبت، ولتاژ در خازن ذخیره می گردد.
زمانی که ولتاژ خروجی از مقدار VM کمتر می شود، دیودهای یکسو کننده در بایاس معکوس قرار می گیرند. بنابراین ولتاژ دو سر بار از خازن تامین می گردد. یا به عبارت دیگر خازن از طریق بار دشارژ می گردد. همانطور که می دانیم منحنی دشارژ خازن به صورت نمایی نزولی می باشد.
شیب منحنی بستگی به مقدار بار و ظرفیت خازن دارد.
هرچه ظرفیت خازن بزرگتر باشد زمان دشارژ آن نیز در یکبار مساوی بیشتر می شود.
دامنه پیک تا پیک آن تا حدودی برای تمامی مداراتی که با ولتاژ dc کار می کنند قابل قبول میباشد.
مدارات چندبرابر کننده ولتاژ
با استفاده از دیود و خازن میتوان ضمن یکسو کردن ولتاژ متناوب، آن را چندبرابر نیز نمود. کاربرد چند برابر کننده ها درمواردی است که جریان زیاد موردنیاز نباشد به کار می روند. مانند قسمت ولتاژ زیاد تلویزیون، که در آنجا ولتاژی حدود 25 کیلو ولت موردنیاز میباشد. ابتدا ولتاژی حدود 5 کیلو ولت را توسط ترانسفورماتور ایجاد کرده، سپس آن را توسط یک مدار پنج برابر کننده به مقدار حدود 25 کیلو ولت می رسانند. مزایای این عمل صرفه جویی در حجم و قیمت ترانسفورماتور افزاینده ولتاژ می باشد زیرا عایقکاری ترانسفورماتور 25 کیلو ولت مشکل است و در ضمن میدانهای مغناطیسی زیادی را در اطراف خودتولید می نماید. ضمن اینکه ولتاژ معکوس دیودهای یکسو کننده درچند برابر کننده ها، نسبت به یکسو کننده ولتاژ زیاد ترانسفورماتور، کاهش می یابد.
طرز کار مدار بدین صورت است که درمدت نیم سیکل مثبت ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور دیود D1 در بایاس مستقیم قرار گرفته هادی میباشد. لذا خازن C1 مقدار حداکثر شارژ می شود. دراین حالت دیود D2 در بایاس معکوس قرار گرفته قطع میباشد.
درمدت نیم سیکل منفی ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور دیود D2 در بایاس مستقیم بوده خازن C2 تا مقدار حداکثر ولتاژ شارژ می شود. دراین حالت دیود در بایاس معکوس بوده قطع میباشد اگر باری به مدار وصل نشود مقدار ولتاژ خروجی برابر VM 2 ثابت می ماند و ولتاژ دو سر هر خازن VM میباشد و هر یک فقط درمدت نیم سیکل شارژ می شوند. بنابراین شکل موج خروجی که درخازنها شارژ شده به صورت تمام موج خواهد بود.
مدارات سه و چهار برابر کننده ولتاژ
درحقیقت این مدار یک مدار دوبرابر کننده ولتاژ است که در صفحات پیش مورد بررسی قرار گرفت با این تفاوت که به ازای هر یک برابر افزایش ولتاژ یک خازن و یک دیود به آن اضافه شده است. این مدار میتواند با اضافه شدن متوالی دیودها و خازنها به عنوان یک مدار پنج و شش و .. برابر کنده به کار آید.
به طور ساده و خلاصه طرز کار مدار بدین صورت میباشد که در مدت نیم سیکل مثبت ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور خازن C1 از طریق دیود D1 به اندازه ولتاژ ماکزیمم VM شارژ میشود. خازن C2 در مدت نیم سیکل منفی و از طریق دیود D2 به اندازه شارژ می گردد. در مدت نیم سیکل مثبت بعدی خازن C3 از طریق دیود D3 به اندازه VM 2 شارژ می گردد. بنابراین در این مدار ولتاژ هر خازن به اندازه VM 2 و ولتاژ معکوس هر دیود به اندازه VM 2 میباشد. خازنهای ردیف بالا نمایشگر اعداد فرد مقدار شارژ نسبت به ابتدای مدار و خازنهای ردیف پایین نمایشگر اعداد زوج مقدار شارژ نسبت به ابتدای مدار میباشد.
1-چون سیلیسیم خالص از نظر ساختمان شیمیایی جز شبکه فلزهاست و هدایت الکتریکی کمی دارد با آهن نرم سازنده هسته ترکیب می کنند تا خاصیت هدایت الکتریکی آهن را کاهش دهند.
—————
————————————————————
—————
————————————————————
420
1