Transcript เร็กติไฟเออร์เต็มคลื่นแบบบริดจ์

Basic Electronics for Automation Engineering
Student Name: Kitsana Sookpuang
Student ID: 53010064 (2S)
Program: Automation Engineering
Homework no.: 1
Date of Assignment: June 5, 2011
Date of Submission: June 12, 2011
Diode Applications
1.AND Gate vs. NOR Gate?
AND Gate - ถ้ ากาหนดให้ A และ B แทนตัวแปรอินพุตทังสอง
้ ถ้ าตัวแปร
A มากระทาแบบ AND กับตัวแปร B ได้ ผลลัพธ์ เป็ X ทาให้ เขียนสมการ ลอจิก
(ทางด้ านเอาต์พตุ x) ได้ ดงั นี ้
X = A.B
จากสมการลอจิก เครื่ องหมาย ( . ) ก็คือการคูณแบบ AND ซึง่ สามารถเขียน
ตารางความจริงและสัญลักษณ์ได้ ดงั รูปที่ 1
รูปที่ 1 แสดงตารางความจริงและสัญลักษณ์ของ AND Gate
เมื่อพิจารณาจากตารางความจริง จะเห็นว่าการคูณแบบ AND เหมือนกับการ
คูณทางพีชคณิตธรรมดา เมื่อใดก็ตามที่ A และ B เป็ น 0 จะได้ ผลคูณเป็ น 0 แต่ถ้า A
และ B เป็ น 1 จะได้ ผลคูณเป็ น 1 ดังนันจากเหตุ
้
ผลดังกล่าว เราสามารถสรุปได้ วา่ การ
กระทาแบบ AND นัน้ จะได้ ผลคูณ เป็ น 1 ก็ต่อเมื่อ อินพุตทังหมดจะต้
้
องเป็ น 1
สาหรับการณีอื่นๆ นอกจากนี ้ จะได้ ผลลัพธ์เป็ น 0
จากสมการ X = A.B อ่านว่า "X" เท่ากับ A AND B สาหรับเครื่ องหมาย
คูณนัน้ เราสามารถเขียนใหม่ให้ เหมือนพีชคณิตธรรมดาจะได้ X = AB เนื่องจากว่าการ
กระทาแบบแอนเหมือนกับการคูณทางพีชคณิตธรรมดานัน่ เอง
ถ้ าเราจะให้ ระดับลอจิกที่อินพุตควบคุม (ก็คืออินพุต B) เป็ น 0 จะทาให้
เอาต์พตุ เป็ น 0 สภาวะการทางานในลักษณะนี ้เรี ยกว่า Inhibit Condition แต่ถ้า
เราให้ อินพุตควบคุม (B) เป็ น 1 ก็สามารถทาให้ รูปคลื่น A ออกไปที่เอาต์พตุ ได้ เราเรี ยก
ลักษณะการทางานนนี ้ว่า Enable Condition
NOR Gate - สัญลักษณ์ของ NOR Gate ที่มี 2 อินพุต ซึง่ การกระทา
ของ NOR Gate จะมีคา่ เท่ากับการนา OR Gate มาต่อร่วมกันกับ NOT Gate
ดังนันจึ
้ งเขียนสมการสาหรับเอาต์พตุ ของ NOR Gate ได้ ดงั นี ้
จากสมการลอจิกจะเห็นว่า NOR Gate มีการกระทาแรกเป็ นการกระทา
OR ของอินพุตและการกระทา NOT บนผลบวกแบบ OR เป็ นการกระทาที่สอง
สาหรับสัญลักษณ์ของ NOR Gate จะจาง่าย เพราะจะใช้ สญ
ั ลักษณ์ของ OR
Gate ร่วมกับวงกลมเล็กที่ปลายเอาต์พตุ วงกลมเล็กนี ้แสดงการกระทา NOT (การ
กลับค่า)
จากตารางความจริงของ NOR Gate จะเห็นว่าเอาต์พตุ ของเกต NOR ใน
แต่ละกรณีจะมีคา่ กลับกันกับเอาต์พตุ ของเกต OR กล่าวคือ เอาต์พตุ ของเกต OR จะมี
ค่า High ก็ต่อเมื่ออินพุตใดๆ มีคา่ High แต่เกต NOR มีเอาต์พตุ เป็ น Low เมื่อ
อินพุตใดๆ เป็ น High
รูปที่ 4 แสดงตารางความจริงและสัญลักษณ์ของ NOR Gate
2.Half-wave rectifier vs. Full-wave rectifier?
Half-wave rectifier
เร็กติไฟเออร์ ครึ่งคลื่น เป็ นวงจรเร็กติไฟเออร์ ที่แปลงแรงดันไฟสลับเป็ นแรงดันไฟ
ตรงกระเพื่อม โดยการตัดแรงดันไฟสลับที่ป้อนเข้ ามาออกไปซีกใดซีกหนึง่ อาจเป็ นซีก
บวกหรื อซีกลบ การกาหนดตัดซีกใดออกขึ ้นอยูก่ บั ลักษณะการจัดวงจรเร็กติไฟเออร์ วงจร
เร็กติไฟเออร์ แบบนี ้ใช้ ไดโอดในการทางานเพียงตัวเดียว แรงดันไฟตรงกระเพื่อมที่ออก
เอาต์พตุ ถูกตัดหายไปเป็ นเป็ นช่วง ๆ ลักษณะวงจรและแรงดันที่ได้ แสดงดังรู ปที่ 2
(ก) วงจร
(ข) แรงดันจุดต่างๆ
รูปที่ 2 วงจรเร็กติไฟเออร์ ครึ่งคลื่น
จากรูปที่ 2 แสดงเร็กติไฟเออร์ ครึ่งคลื่น รูปที่ 2 (ก) เป็ นวงจรเร็กติไฟเออร์ ครึ่ง
คลื่น มีหม้ อแปลง T1 เป็ นหม้ อแปลงชนิดลดแรงดัน มีไดโอด D1 เป็ นตัวตัดแรงดันไฟ
สลับออกซีกหนึ่งก่อนส่งออกเอาต์พตุ และมีโหลด RL เป็ นตัวรับแรงดันไฟตรงกระเพื่อม
มาตกคร่อมจ่ายออกเป็ นแรงดันเอาต์พตุ จุดวัดสัญญาณแรงดันมี 2 จุด คือ จุด 1 และ
จุด 2 รูปสัญญาณแรงดันที่วดั ได้ แสดงดังรูปที่ 2 (ข) จุด 1 เป็ นแรงดันไฟสลับวัดได้ ที่
ขดทุติยภูมิของหม้ อแปลง T1 ส่วนจุด 2 เป็ นแรงดันไฟตรงกระเพื่อมวัดได้ ที่โหลด RL
การทางานอธิบายได้ ดงั นี ้ ที่จดุ 1 เมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกบวกตาแหน่ง A ป้อนให้ ไดโอด
D1 ไดโอด D1 ได้ รับไบอัสตรงนากระแส มีกระแสไหลผ่าน D1 ผ่าน RL ได้ แรงดันตก
คร่อม RL ตามจุด 2 ที่ตาแหน่ง A
เมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกลบตาแหน่ง B ของจุด 1 ป้อนให้ ไดโอด D1 ไดโอด
D1 ได้ รับไบอัสกลับไม่นากระแส ไม่มีกระแสไหลผ่าน RL ไม่มีแรงดันตกคร่อม RL ตาม
จุด 2 ที่ตาแหน่ง B
เมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกบวกตาแหน่ง C ของจุด 1 ป้อนให้ ไดโอด D1 เป็ นการ
จ่ายไบอัสตรงให้ ไดโอด D1 อีกครัง้ เริ่มทางานซ ้าเหมือนกับตาแหน่ง A มีกระแสไหล
ผ่าน D1, RL ได้ แรงดันตกคร่อม RL ตามจุด 2 ที่ตาแหน่ง C
และเมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกลบตาแหน่ง D ของจุด 1 ป้อนให้ ไดโอด D1 เป็ น
การจ่ายไบอัสกลับให้ ไดโอด D1 อีกครัง้ เริ่มทางานซ ้าเหมือนกับตาแหน่ง B ไม่มีกระแส
ไหลผ่าน D1, RL ไม่มีแรงดันตกคร่อม RL ตามจุด 2 ที่ตาแหน่ง D
Full-wave rectifier
เร็กติไฟเออร์ เต็มคลื่นใช้ หม้ อแปลงมีแทปกลาง เป็ นวงจรเร็กติไฟเออร์ ที่
แปลงแรงดันไฟสลับเป็ นแรงดันไฟตรงกระเพื่อม สามารถนาแรงดันไฟสลับทัง้ 2 ซีก มา
ทาเป็ นแรงดันไฟตรงกระเพื่อมได้ ทงหมด
ั้
แรงดันไฟตรงกระเพื่อมที่ได้ ออกมาอาจเป็ น
แรงดันไฟตรงซีกบวก หรื ออาจเป็ นแรงดันไฟตรงซีกลบก็ได้ ขึ ้นอยูก่ บั การจัดวงจรเร็กติไฟ
เออร์ วงจรเร็กติไฟเออร์ ชนิดนี ้ใช้ ไดโอดในการทางาน 2 ตัว และใช้ หม้ อแปลงที่มีขดทุติย
ภูมิ 3 ขัวต่
้ อ จ่ายแรงดันไฟสลับออกมาเหมือนกัน 2 ชุด โดยมีขวต่
ั ้ อกลางหรื อแทปกลาง
(Center Tap) เป็ นขัวร่
้ วมในการทางาน ลักษณะวงจรและแรงดันที่ได้
แสดงดังรูปที่ 3
(ก) วงจร
(ข) แรงดันจุดต่าง ๆ
รูปที่ 3 วงจรเร็กติไฟเออร์ เต็มคลื่นใช้ หม้ อแปลงมีแทปกลาง
จากรูปที่ 3แสดงวงจรเร็กติไฟเออร์ เต็มคลื่นใช้ หม้ อแปลงมีแทปกลาง รูปที่ 3
(ก) เป็ นวงจรเร็กติไฟเออร์ เต็มคลื่นชนิดใช้ หม้ อแปลง T1 มีแทปกลาง (CT) เป็ นขัวต่
้ อ
ร่วมในการทางานของวงจร ขัวแทปกลาง
้
(CT) นี ้แบ่งแรงดันไฟสลับที่ขดทุติยภูมิ
ออกเป็ น 2 ชุดเท่ากัน การวัดสัญญาณที่จดุ 1 ได้ รูปสัญญาณออกในรูปที่ 3 (ข) ที่จดุ 1
วัดได้ จากการวัดสัญญาณที่ขวบนกั
ั้
บขัวแทปกลาง
้
(CT) ของขดทุติยภูมิ T1 และถ้ าวัด
สัญญาณที่ขวล่
ั ้ างกับขัวแทปกลาง
้
(CT) ของขดทุติยภูมิ T1 จะได้ รูปสัญญาณ
เหมือนกันแต่มีเฟสสัญญาณเป็ นตรงข้ าม แสดงได้ ดงั รูปที่ 4
รูปที่ 4 แรงดันไฟสลับวัดออกมาได้ ที่ตาแหน่ง V1, V2 เทียบกับแทปกลาง (CT)
การทางานของวงจรตามรูปที่ 3 อธิบายได้ ดงั นี ้ ที่จดุ 1 เมื่อมีแรงดันไฟสลับซีก
บวกตาแหน่ง A ป้อนให้ ไดโอด D1 ไดโอด D1 ได้ รับไบอัสตรงนากระแส มีกระแสไหล
ผ่าน D1 ผ่าน RL ครบวงจรที่แทปกลาง (CT) ได้ แรงดันตกคร่อม RL ตามจุด 2 ที่
ตาแหน่ง A ส่วนด้ านล่างที่ไดโอด D2 มีแรงดันไฟสลับซีกลบจ่ายให้ ไดโอด D1 ได้ รับ
ไบอัสกลับไม่นากระแส
เมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกลบตาแหน่ง B ของจุด 1 ป้อนให้ ไดโอด D1 ไดโอด
D1 ได้ รับไบอัสกลับไม่นากระแส ส่วนด้ านล่างที่ไดโอด D2 มีแรงดันไฟสลับซีกบวกจ่าย
ให้ ไดโอด D2 ได้ รับไบอัสตรงนากระแสมีกระแสไหลผ่าน D2 ผ่าน RL ครบวงจรที่แท
ปกลาง (CT) ได้ แรงดันตกคร่อม RL ตามจุด 2 ที่ตาแหน่ง B
เมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกบวกตาแหน่ง C ของจุด 1 ป้อนให้ ไดโอด D1 อีกครัง้
เป็ นการทางานซ ้าเหมือนกับที่ตาแหน่ง A ทุกประการ ได้ แรงดันตกคร่อม RL ตามจุด 2
ที่ตาแหน่ง C และเมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกลบตาแหน่ง D ของจุด 1 ป้อนให้ ไดโอด D1
อีกครัง้ เป็ นการทางานซ ้าเหมือนกับที่ตาแหน่ง B ทุกประการได้ แรงดันตกคร่อม RL ตาม
จุด 2 ที่ตาแหน่ง D
เร็กติไฟเออร์ เต็มคลื่นแบบบริดจ์ คือวงจรเร็กติไฟเออร์ แบบเต็มคลื่นนัน่ เอง
เพียงแต่การจัดวงจรเร็กติไฟเออร์ มีความแตกต่างไปจากวงจรเร็กติไฟเออร์ เต็ม คลื่นใช้
หม้ อแปลงมีแทปกลาง วงจรเร็กติไฟเออร์ เต็มคลื่นแบบบริดจ์ประกอบด้ วยหม้ อแปลงใช้
ชนิดทางขดทุติย ภูมิมี 2 ขัวต่
้ อไม่ต้องมีแทปกลาง (CT) ใช้ ไดโอดในการเร็กติไฟเออร์ 4
ตัว การทางานแต่ละครัง้ ไดโอดทางานเป็ นชุด 2 ตัว ลักษณะวงจรและแรงดันที่ได้ แสดง
ดังรูปที่ 5
(ก) วงจร
(ข) แรงดันจุดต่าง ๆ
รูปที่ 5 วงจรเร็กติไฟเออร์ เต็มคลื่นแบบบริดจ์
จากรูปที่ 5 แสดงวงจรเร็กติไฟเออร์ เต็มคลื่นแบบบริดจ์รูปที่ 5 (ก) เป็ นวงจร
เร็กติไฟเออร์ เต็มคลื่นแบบบริดจ์ มีไดโอด D1-D4 เป็ นวงจรเร็กติไฟเออร์ หม้ อแปลง
T1 เป็ นชนิดธรรมดาไม่มีแทปกลาง (CT) วัดสัญญาณที่จดุ 1 และจุด 2 ออกมาได้
เหมือนกับเร็กติไฟเออร์ เต็มคลื่นใช้ หม้ อแปลงแทปกลางทุกประการ
การทางานของวงจรตามรูปที่ 5 อธิบายได้ ดงั นี ้ ที่จดุ 1 เมื่อมีแรงดันไฟสลับซีก
บวกตาแหน่ง A ป้อนเข้ ามา ไดโอด D2, D4 ได้ รับไบอัสตรงนากระแส มีกระแสไหล
ผ่าน D2, RL และผ่าน D4 ครบวงจร ได้ แรงดันตกคร่อม RL ตามจุด 2 ที่ตาแหน่ง A
ส่วนไดโอด D1, D3 ได้ รับไบอัสกลับไม่นากระแส
เมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกลบตาแหน่ง B ของจุด 1 ป้อนเข้ ามาไดโอด D1, D3
ได้ รับไบอัสตรงนากระแสมีกระแสไหลผ่าน D3, RL และผ่าน D1 ครบวงจร ได้ แรงดัน
ตกคร่อม RL ตามจุด 2 ที่ตาแหน่ง B ส่วนไดโอด D2, D4 ได้ รับไบอัสกลับไม่
นากระแส
เมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกบวกตาแหน่ง C ของจุด 1 ป้อนเข้ ามาอีกครัง้ ไดโอด
D2, D4 ได้ รับไบอัสตรงนากระแส เป็ นการทางานเหมือนกับที่ตาแหน่ง A ทุกประการ
ได้ แรงดันตกคร่อม RL ตามจุด 2 ที่ตาแหน่ง C และเมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกลบตาแหน่ง
D ของจุด 1 ป้อนเข้ ามาอีกครัง้ ไดโอด D1, D3 ได้ รับไบอัสตรงนากระแส เป็ นการ
ทางานซ ้าเหมือนกับที่ตาแหน่ง B ทุกประการ ได้ แรงดันตกคร่อม RL ตามจุด 2 ที่
ตาแหน่ง D
3.Clipper vs. Clamper?
Clipper
วงจรคลิปเปอร์ หรื อวงจรตัดรูปสัญญาณ เป็ นวงจรที่ใช้ ในการตัดระดับแรงดันที่
สูงกว่า หรื อต่ากว่าที่กาหนดไว้ โดยใช้ ไดโอดเป็ นอุปกรณ์หลัก เพราะสามารถตัด
สัญญาณได้ ทงซี
ั ้ กบวกและ ซีกลบ
1.วงจรตัดสัญญาณซีกบวก
รูปที่ 3.1 แสดงวงจรตัดสัญญาณซีกบวก
จากรูปที่ 3.1 เป็ นวงจรตัดรูปสัญญาณซีกบวกเมื่อสัญญาณอินพุตในซีกบวก
ถูกป้อนเข้ าสูว่ งจรไดโอด D1 จะได้ รับไบแอสตรง แรงดันเอาต์พตุ ที่ตกคร่อม RL จึงมีคา่
เท่ากับแรงดันตกคร่อมไดโอดซึง่ เท่ากับ 0.7 V โดยประมาณ แต่เมื่อสัญญาณในซีกลบ
ถูกป้อนเข้ าสูว่ งจร ไดโอด D1 ได้ รับไบแอสกลับจึงไม่ทางาน ทาให้ เกิดแรงดันที่ตกคร่อม
RL ขึ ้นอยูก่ บั ค่า RS ถ้ าหากค่า RS น้ อยกว่า RLมากๆ แรงดันเอาต์พตุ มีค่าโดยประมาณ
เท่ากับแรงดันอินพุต และในสภาวะไม่มีโหลด (ไม่มีการต่อ RL เข้ าที่เอาต์พตุ ) แรงดัน
เอาต์พตุ จะมีคา่ เท่ากับอินพุต ค่าแรงดันที่ตกคร่อม RL หรื อ VO คานวณได้ จาก
VO  I  R L
Vi

RL
RS  R L
2.วงจรตัดสัญญาณซีกลบ
วงจรตัดสัญญาณซีกลบ ทาได้ โดยการกลับขัวไดโอดของวงจรตั
้
ดสัญญาณซีก
บวก ก็จะได้ วงจรตัดสัญญาณในซีกลบ ผลการทางานก็จะตรงข้ ามกับวงจรตัดสัญญาณ
ซีกบวก แสดงดังรูปที่ 3.2
รูปที่ 3.2 แสดงวงจรตัดสัญญาณซีกลบ
3.การตัดสัญญาณแบบใช้ แหล่งจ่ายไฟตรง
จากวงจรพื ้นฐาน ซึง่ เป็ นวงจรตัดสัญญาณที่ซีกบวกหรื อซีกลบทังซี
้ ก หาก
ต้ องการเลือกสัญญาณที่ต้องการตัดเป็ นที่ตาแหน่งอื่น สามารถทาได้ โดยการต่อ
แหล่งจ่ายไฟตรงอนุกรมกับไดโอด จุดที่เกิดการตัดสัญญาณจะมีคา่ เท่ากับ V1 + 0.7
V เมื่อ V1 คือขนาดของแหล่งจ่ายไฟตรงแสดงดังรูปที่ 3.3
รูปที่ 3.3 แสดงวงจรตัดสัญญาณซีกบวกที่สามารถเปลี่ยนจุดตัดได้ โดยการกาหนดค่าแรงดันที่แหล่งจ่ายไฟตรง
ถ้ าต้ องการเปลี่ยนแปลงจุดตัดสัญญาณบ่อยๆ ทาได้ โดยการต่อแหล่งจ่าย
ไฟตรงแบบปรับค่าได้ อนุกรมกับไดโอด ดังรูปที่ 3.4
Vi
t
Vo
t
รูปที่ 3.4 แสดงวงจรตัดสัญญาณที่สามารถเลือกจุดตัดได้ แบบอิสระโดยการใช้ แหล่งจ่ายไฟตรงแบบปรับค่าได้
หากต่อแหล่งจ่ายไฟตรงอนุกรมกับไดโอดในวงจรตัดสัญญาณซีกลบ ก็จะเป็ น
วงจรตัดรูปสัญญาณซีกลบ แบบเลือกจุดตัดได้ ดังรูปที่ 3.5
รูปที่ 3.5 แสดงวงจรตัดสัญญาณซีกลบที่สามารถเปลีย่ นจุดตัดได้ โดยการกาหนดค่ าแรงดันที่แหล่ งจ่ ายไฟตรง
4.วงจรตัดสัญญาณแบบใช้ ซีเนอร์ ไดโอด
จากวงจรตัดรูปสัญญาณซีกบวกและซีกลบ แบบเลือกจุดตัดได้ เมื่อต่อ
แหล่งจ่าย ไฟตรงอนุกรมกับไดโอด หากนาซีเนอร์ ไดโอด ที่มีคา่ แรงดันเท่ากับค่าของ
แหล่งจ่ายไฟตรงบวกกับ 0.7 โวลต์ มาแทนที่ ก็จะได้ วงจรตัดสัญญาณซีกบวกและซี
กลบแบบเลือกจุดตัดได้ เช่นกัน ดังรูปที่ 3.6
(ก)
(ข)
รูปที่ 3.6 แสดงวงจรตัดสัญญาณแบบใช้ ซีเนอร์ ไดโอด
(ก) แสดงวงจรตัดสัญญาณซีกลบ แบบใช้ ซีเนอร์ ไดโอด
(ข) แสดงวงจรตัดสัญญาณซีกบวก แบบใช้ ซีเนอร์ ไดโอด
Clamper
วงจรแคลมป์เปอร์ หรื อวงจรปรับระดับแรงดัน เป็ นวงจรเพิ่มระดับแรงดันไฟฟ้า
กระแสตรงเข้ าไปในสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับ ทาให้ สญ
ั ญาณไฟฟ้ากระแสสลับเกิดการ
เปลี่ยนระดับไป โดยขนาดของแรงดัน ความถี่ และเฟสของสัญญาณไม่มีการ
เปลี่ยนแปลง วงจรปรับระดับแรงดันสามารถปรับให้ เพิ่มไปในทางบวกหรื อปรับให้ เพิ่มไป
ในทางลบก็ได้
1.วงจรปรับระดับแรงดันด้ านบวก
วงจรปรับระดับแรงดันด้ านบวกเป็ นวงจรที่ประกอบด้ วย ตัวเก็บประจุและไดโอด
สัญญาณอินพุตที่เข้ ามามีระดับอ้ างอิงอยูท่ ี่ 0 V เมื่อสัญญาณซีกลบเข้ ามา ทาให้ D1
ได้ รับไบแอสตรงเกิดการนากระแส C1 จึงได้ รับการประจุแรงดันมีคา่ ใกล้ เคียงกับระดับ
สัญญาณสูงสุดของอินพุต
ดังนันสั
้ ญญาณเอาต์พตุ ที่เกิดขึ ้นจึงเปรี ยบเสมือนการเลื่อนระดับอ้ างอิงของ 0 V ขึ ้นไป
แสดงดังรูปที่ 3.7
รู ปที่ 3.7 แสดงการทางานของวงจรปรับระดับแรงดันด้ านบวก