วงจรเรียงกระแสทำงานอย่างไร?

เนื้อหา

• Bridge Rectifier และ Rectifier Diode
• ไดโอดซิลิคอนและเจอร์เมเนียม
• วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น
• วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่น
• ส่วนประกอบและการประยุกต์ของวงจรเรียงกระแส
• การใช้ระบบวงจรเรียงกระแส

คุณอาจสงสัยว่าสายไฟกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกลเพื่อจุดประสงค์ที่แตกต่างกันอย่างไร และมี "ประเภท" ไฟฟ้าที่แตกต่างกัน กระแสไฟฟ้าที่ใช้กับระบบรางไฟฟ้าอาจไม่เหมาะสมสำหรับเครื่องใช้ในครัวเรือนเช่นโทรศัพท์และโทรทัศน์ วงจรเรียงกระแสช่วยด้วยการแปลงระหว่างกระแสไฟฟ้าประเภทต่าง ๆ เหล่านี้

Bridge Rectifier และ Rectifier Diode

วงจรเรียงกระแสช่วยให้คุณแปลงจากกระแสสลับ (AC) ไปเป็นกระแสตรง (DC) AC เป็นกระแสที่สลับระหว่างการไหลย้อนกลับและไปข้างหน้าตามช่วงเวลาปกติขณะที่ DC ไหลในทิศทางเดียว โดยทั่วไปแล้วพวกเขาจะใช้สะพาน rectifier หรือไดโอด rectifier

วงจรเรียงกระแสทั้งหมดใช้ ทางแยก P-Nอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางเดียวเท่านั้นจากการก่อตัวของเซมิคอนดักเตอร์ p- ชนิดที่มีเซมิคอนดักเตอร์ n- ประเภท ด้าน "p" มีรูเกิน (ตำแหน่งที่ไม่มีอิเล็กตรอน) ดังนั้นมันจึงมีประจุบวก ด้าน "n" ถูกประจุลบด้วยอิเล็กตรอนในเปลือกนอก

วงจรจำนวนมากที่ใช้เทคโนโลยีนี้ถูกสร้างขึ้นด้วย วงจรเรียงกระแสบริดจ์. วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์จะแปลง AC เป็น DC โดยใช้ระบบไดโอดที่ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ทั้งแบบครึ่งคลื่นซึ่งวงจรเรียงกระแสทิศทางเดียวของสัญญาณ AC หรือวิธีคลื่นเต็มรูปแบบที่แก้ไขทั้งสองทิศทางของอินพุต AC

เซมิคอนดักเตอร์เป็นวัสดุที่ช่วยให้การไหลของกระแสเพราะพวกเขาทำจากโลหะเช่นแกลเลียมหรือ metalloids เช่นซิลิกอนที่มีการปนเปื้อนด้วยวัสดุเช่นฟอสฟอรัสเป็นวิธีการควบคุมปัจจุบัน คุณสามารถใช้ตัวปรับแก้สะพานสำหรับแอปพลิเคชันต่าง ๆ สำหรับกระแสที่หลากหลาย

วงจรเรียงกระแสบริดจ์ยังมีข้อได้เปรียบในการให้แรงดันและพลังงานมากกว่าวงจรเรียงกระแสอื่น ๆ แม้จะมีประโยชน์เหล่านี้แล้ววงจรเรียงกระแสบริดจ์ต้องทนใช้ไดโอดสี่ตัวพร้อมกับไดโอดเสริมเมื่อเทียบกับตัวเรียงกระแสอื่นทำให้เกิดแรงดันตกที่ลดแรงดันเอาต์พุต

ไดโอดซิลิคอนและเจอร์เมเนียม

นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรมักใช้ซิลิคอนบ่อยกว่าเจอร์เมเนียมในการสร้างไดโอด การแยกซิลิคอน p-n ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงกว่าตัวเจอร์เมเนียม เซมิคอนดักเตอร์ซิลิกอนให้กระแสไฟฟ้าไหลได้ง่ายขึ้นและสามารถสร้างขึ้นด้วยต้นทุนที่ต่ำลง

ไดโอดเหล่านี้ใช้ประโยชน์จากจุดเชื่อมต่อ p-n เพื่อแปลง AC เป็น DC เป็นแบบ "สวิตช์" แบบไฟฟ้าที่ช่วยให้การไหลของกระแสในทิศทางไปข้างหน้าหรือย้อนกลับตามทิศทางการแยก p-n ไปข้างหน้าลำเอียงไดโอดปล่อยให้กระแสไหลต่อไปในขณะที่ถอยหลังลำเอียงไดโอดบล็อก นี่คือสิ่งที่ทำให้ซิลิคอนไดโอดมีแรงดันไปข้างหน้าประมาณ 0.7 โวลต์เพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลได้หากมีมากกว่าโวลต์เท่านั้น สำหรับไดโอดเจอร์เมเนียมแรงดันไปข้างหน้าคือ 0.3 โวลต์

ขั้วบวกขั้วบวกของแบตเตอรี่อิเล็กโทรดหรือแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ ที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นในวงจรจ่ายหลุมไปยังแคโทดของไดโอดในการสร้างทางแยก p-n ในทางตรงกันข้ามแคโทดของแหล่งจ่ายแรงดันซึ่งเกิดการลดลงจะให้อิเล็กตรอนที่ถูกส่งไปยังขั้วบวกของไดโอด

วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น

คุณสามารถศึกษาวิธีการ วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น มีการเชื่อมต่อในวงจรเพื่อทำความเข้าใจวิธีการทำงาน วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นสลับไปมาระหว่างการเอนเอียงไปข้างหน้าและเอนเอียงแบบย้อนกลับโดยอิงจากครึ่งรอบการบวกหรือลบของอินพุต AC มันเป็นสัญญาณนี้ต่อตัวต้านทานโหลดซึ่งกระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานนั้นเป็นสัดส่วนกับแรงดัน สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากกฎของโอห์มซึ่งหมายถึงแรงดันไฟฟ้า V เป็นผลิตภัณฑ์ของปัจจุบัน ผม และความต้านทาน R ใน V = IR.

คุณสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าทั่วทั้งตัวต้านทานโหลดเป็นแรงดันไฟฟ้า V_sซึ่งเท่ากับแรงดัน DC ออก V_ออก. ความต้านทานที่เกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้านี้ยังขึ้นอยู่กับไดโอดของวงจรด้วย จากนั้นวงจรเรียงกระแสจะสลับเป็นแบบเอนเอียงซึ่งใช้วงจรครึ่งลบของสัญญาณอินพุต AC ในกรณีนี้จะไม่มีกระแสไหลผ่านไดโอดหรือวงจรและแรงดันเอาต์พุตจะลดลงเหลือ 0 ดังนั้นปัจจุบันจะมีทิศทางเดียว

วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่น

••• Syed Hussain Ather

ในทางตรงกันข้ามวงจรเรียงกระแสคลื่นแบบเต็มใช้วงจรทั้งหมด (พร้อมครึ่งวงจรบวกและลบ) ของสัญญาณอินพุต AC ไดโอดสี่ตัวในวงจรเรียงกระแสคลื่นเต็มรูปแบบจะถูกจัดเรียงเช่นนั้นเมื่ออินพุตสัญญาณ AC เป็นบวกกระแสจะไหลผ่านไดโอดจาก D₁ เพื่อความต้านทานโหลดและกลับไปที่แหล่ง AC ผ่าน D₂. เมื่อสัญญาณ AC เป็นลบกระแสจะใช้ D₃-load-D₄ เส้นทางแทน ความต้านทานโหลดยังส่งสัญญาณแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงจากเครื่องปรับคลื่นเต็มคลื่น

ค่าแรงดันเฉลี่ยของวงจรเรียงคลื่นแบบเต็มคือสองเท่าของครึ่งคลื่นวงจรเรียงกระแสและ รากหมายถึงแรงดันไฟฟ้ากำลังสองวิธีการวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับของเครื่องปรับคลื่นเต็มคลื่นคือ√2เท่าของเครื่องปรับครึ่งคลื่น

ส่วนประกอบและการประยุกต์ของวงจรเรียงกระแส

เครื่องใช้ไฟฟ้าส่วนใหญ่ในครัวเรือนของคุณใช้ AC แต่อุปกรณ์บางอย่างเช่นแล็ปท็อปจะแปลงกระแสไฟฟ้านี้เป็น DC ก่อนที่จะใช้ แล็ปท็อปส่วนใหญ่ใช้ Power Switch Mode Power Supply (SMPS) ประเภทหนึ่งที่ช่วยให้แรงดันเอาต์พุต DC พลังงานมากขึ้นสำหรับขนาดราคาและน้ำหนักของอะแดปเตอร์

SMPS ทำงานโดยใช้วงจรเรียงกระแสออสซิลเลเตอร์และตัวกรองที่ควบคุมการปรับความกว้างพัลส์ (วิธีการลดกำลังของสัญญาณไฟฟ้า) แรงดันและกระแสไฟฟ้า ออสซิลเลเตอร์คือแหล่งสัญญาณ AC ซึ่งคุณสามารถกำหนดขนาดของกระแสและทิศทางที่ไหลได้ แล็ปท็อปอะแดปเตอร์ AC จะใช้สิ่งนี้เพื่อเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงาน AC และแปลงแรงดันไฟฟ้า AC สูงเป็นแรงดัน DC ต่ำซึ่งเป็นรูปแบบที่สามารถใช้เป็นพลังงานในระหว่างการชาร์จ

ระบบวงจรเรียงกระแสบางระบบยังใช้วงจรหรือตัวเก็บประจุที่ราบเรียบซึ่งช่วยให้พวกเขาส่งออกแรงดันไฟฟ้าคงที่แทนที่จะเป็นหนึ่งที่แตกต่างกันไปตามช่วงเวลา ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าของตัวเก็บประจุที่ปรับให้เรียบสามารถบรรลุความสามารถในการเก็บประจุได้ระหว่าง 10 ถึงพันไมโครเมตร (µF) ความจุมากขึ้นเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่มากขึ้น

วงจรเรียงกระแสอื่น ๆ ใช้ประโยชน์จากหม้อแปลงที่เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าโดยใช้เซมิคอนดักเตอร์สี่ชั้นที่รู้จักกันในชื่อ thyristors ข้างไดโอด วงจรเรียงกระแสที่ควบคุมด้วยซิลิคอนอีกชื่อหนึ่งสำหรับ thyristor ใช้ขั้วบวกและขั้วบวกคั่นด้วยประตูและสี่ชั้นเพื่อสร้างสองแยก p-n junctions จัดอยู่ด้านบนของอีก

การใช้ระบบวงจรเรียงกระแส

ประเภทของระบบปรับเปลี่ยนจะแตกต่างกันไปตามแอพพลิเคชั่นที่คุณต้องการเปลี่ยนแรงดันหรือกระแส นอกจากการใช้งานที่กล่าวถึงแล้ววงจรเรียงกระแสค้นหาการใช้งานในอุปกรณ์บัดกรี, การเชื่อมไฟฟ้า, สัญญาณวิทยุ AM, เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชีพจร, ตัวคูณแรงดันไฟฟ้าและวงจรแหล่งจ่ายไฟ

หัวแร้งบัดกรีที่ใช้เชื่อมต่อชิ้นส่วนของวงจรไฟฟ้าเข้าด้วยกันใช้วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นสำหรับทิศทางเดียวของอินพุต AC เทคนิคการเชื่อมไฟฟ้าที่ใช้วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงแบบโพลาไรซ์

วิทยุ AM ซึ่งปรับขนาดแอมพลิจูดสามารถใช้วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นเพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงสัญญาณอินพุตไฟฟ้า วงจรสร้างพัลส์ซึ่งสร้างพัลส์รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าสำหรับวงจรดิจิตอลใช้วงจรเรียงกระแสคลื่นครึ่งเพื่อเปลี่ยนสัญญาณอินพุต

วงจรเรียงกระแสในวงจรแหล่งจ่ายไฟแปลง AC เป็น DC จากแหล่งจ่ายไฟที่แตกต่างกัน สิ่งนี้มีประโยชน์เนื่องจาก DC มักจะถูกส่งข้ามระยะทางไกลก่อนที่จะถูกแปลงเป็น AC สำหรับไฟฟ้าในครัวเรือนและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เทคโนโลยีเหล่านี้ใช้ประโยชน์อย่างมากจากวงจรเรียงกระแสบริดจ์ที่สามารถจัดการกับการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าได้