کاربرد دیود ها

۱-مدار یکسو کننده ی نیم موج

در این مدار فرض می شود که دیود های به کار رفته شده ایده آل هستند ؛ یعنی هیچ افت ولتاژی در دوسر ان ها وجود ندارد اما در عمل حدود ۰٫۶ تا ۱٫۵ ولت (بسته به جریان عبوری از دیود ) دو سر دیود ولتاژ افت می کند.

طرز کار مدار فوق بدین صورت است که در نیم سیکل اول چون ولتاژ آند از کاتد مثبت تر است دیود روشن شده و جریان از دیود عبور می کند . پس دیود مانند کلید بسته عمل می کند و ولتاژ بار همان ولتاژ منبع می باشد.

اما در نیم سیکل منفی چون ولتاژ آند از کاتد منفی تر است دیود خاموش است و دیود مانند کلید باز عمل کرده و ولتاژ بار صفر می باشد.

در این حالت تمام ولتاژ منبع در دوسر دیود افت می کند.

حال اگر جهت دیود برعکس شود عکس حالت بالا اتفاق می افتد.

در نیم سیکل مثبت دیود در حالت بایاس معکوس است و قطع می باشد ولی در نیم سیکل دوم دیود در حالت بایاس مستقیم قرار دارد و ولتاژ بار همان ولتاژ منبع  می باشد.

حال این سوال پیش می آید که اگر ولت متر DC را به بار وصل کنیم چه ولتاژی را نشان می دهد؟

همان طور که می دانیم ، ولت متر DC مقدار ولتاژ متوسط را و ولت متر AC مقدار ولتاژ موثر را نشان می دهد . چون در این مدار نوع ولتاژ مستقیم ( یک طرفه ) است پس ولت متر مقدار ولتاژ متوسط را نشان می دهد . مقدار متوسط ولتاژ در این حالت (ولتاژ یکسو شده نیم موج ) برابر است با :

Vdc=Vm/pi=0.318Vm

مقدار ولتاژ متوسط (DC) بر روی شکل نشان داده شده است.

حداکثر ولتاژ معکوس دو سر دیود

یکی از پارامتر های مهم دیود ها ، حداکثر ولتاژ معکوس دو سر آن ها می باشد . هنگامی که دیود در بایاس معکوس است تمام ولتاژ منبع در دوسر آن افت می کند. اگر این ولتاژ از حداکثر ولتاژ معکوسی که دیود می تواند تحمل میکند بیشتر باشد دیود می سوزد.
در مدار یکسو ساز نیم موج حداکثر ولتاژ معکوسی که در دوسر دیود افت می کند برابر Vm است.

۲- مدار یکسو کننده تمام موج با ترانس سر وسط

در این مدار دو نیم سیکل منفی و مثبت ولتاژ یکسو می شوند و مقدار ولتاژ متوسط خروجی به ۰٫۶۳۶ Vm افزایش میابد.

برای این که دریابیم چگونه ولتاژ خروجی این مدار مانند شکل بالا می شود باید ببینیم که ولتاژ های ثانویه ی ترانسفورماتور به چه صورت است.

همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید در این نوع یکسو کننده از یک ترانسفورماتور با دو ولتاژ ثانویه یکسان و یک سر زمین استفاده شده است.

ولتاژ دو نقطه ی A و C برابر ولتاژ نقاط AB و BC می باشد زیرا دو ولتاژ با هم سری شده اند ، یعنی VAC =VAB +VBC.

در نیم سیکل مثبت ، نقطه ی A مثبت تر از نقطه ی Cو B و نقطه ی B مثبت تر از نقطه ی C است . اگر نقطه ی B (سر وسط ترانسفورماتور) را مبنا بگیریم ، نقطه ی A نسبت به مبنا ) نقطه ی B) مثبت تر و نقطه ی C نسبت به مبنا (نقطه ی B) منفی تر است. این مطلب در شکل زیر نشان داده شده است :

اینک که با طرز کار ترانسفور ماتور با سر وسط آشنا شدیم ، به بیان طرز کار مدار یکسو ساز می پردازیم.

در مدت نیم سیکل مثبت ، دیود D1 در بایاس مستقیم قرار دارد دیود D2 در بایاس معکوس قرار دارد. بنابراین ، فقط دیود D1 هدایت می کند. لذا ، تمام ولتاژ نیم سیکل مثبت VAB در دوسر بار ، ظاهر می گردد.

در مدت نیم سیکل منفی ، همان طوری که از شکل زیر مشاهده می شود ، دیود D2 در بایاس مستقیم و هادی و دیود D1 در بایاس معکوس قرار گرفته است. در این حالت تمام ولتاژ VCB دو سر بار ، ظاهر می گردد.

نکته : حداکثر ولتاژ معکوسی که در دوسر دیود ها در این مدار قرار می گیرد برابر ۲Vm می باشد.

۳- یکسو کننده ی تمام موج پل

مدار یکسو کننده ی پل به صورت زیر است :

در این مدار از ۴ دیود و یک ترانسفور ماتور استفاده شده است.

طرز کار مدار به این صورت است که در مدت نیم سیکل مثبت، دیود های D1 و D2 در بایاس مستقیم و دیود های D3 و D4 در بایاس معکوس قرار دارند.

بنابراین ، جریان از دیود های D1 و RL و D2 مسیر خود را می بندند . با توجه به این که دیود ها ایده آل فرض شده اند ، لذا تمام ولتاژ ثانویه ی ترانسفورماتور دو سر با ظاهر می گردد.

در مدت نیم سیکل منفی ، با توجه به شکل زیر دیود های D3 و D4 در بایاس موافق و دیود های D1 و D2 در بایاس معکوس قرار دارند . لذا ، جریان از طریق دیود های D3 و D4 و بار RL مسیر خود را می بنند . در این حالت نیز تمام ولتاژ در دوسر بار ظاهر می گردد.

مقدار متوسط ولتاژ خروجی یکسو ساز تمام موج ۰٫۶۳۶ Vm می باشد.

در مدار یکسوکننده ی پل ، حداکثر ولتاژی که در بایاس معکوس دو سر هر دیود ظاهر می شود برابر با Vm می باشد.
معمولا در بازار به جای چهار دیود در این مدار از پل دیود استفاده می شود که در آن ۴ دیود قرار دارد . در شکل زیر نمونه ای از آن ها را مشاهده می کنید :

۴- مدار یکسو ساز با صافی خازنی

همانر طور که دیدیم ، توسط دیود ها می توان ولتاژ متناوب را به ولتاژ یک طرفه (DC ) تبدیل نمود ، اما این ولتاژ یک سو شده دارای نوسان هایی است ( با فرکانس ۱۰۰ هرتز در یکسو کننده تمام موج و ۵۰ هرتز در یکسو کننده نیم موج ).

در الکترونیک و بیشتر مبحث راه اندازی و تغذیه مدارات الکترونیکی و مبحث مدارات کنترل و دیجیتال به یک ولتاژ ثابت نیاز داریم. برای این که بتوانیم ولتاز نوسان دار را به یک ولتاز ثابت تبدیل کنیم ، باید از المان هایی استفاده کنیم که لتوانند انرژی الکتریکی را در خود ذخیره کنند و موقعی که ولتاژ یک سو شده از مقدار Vm به مقدار صفر میل می کند ، این المان ، انرژی ذخیره شده را به مصرف کننده بدهد. این المان ها سلف و خازن می باشند.

صافی خازنی

زمانی که خازن به صورت صافی به کار می رود ، به طور موازی با بار قرار می گیرد.

چگونگی صاف شدن ولتاژ ، به این صورت است که ابتدا از مقدار صفر تا ماکزیمم ولتاژ نیم سیکل مثبت ، مطابق شکل زیر در خازن ولتاز دخیره می گردد :

زمانی که ولتاژ خروجی از مقدار Vm کم تر می شود ، دیود های یکسو کننده در بایاس معکوس قرار می گیرند. بنابراین ولتاژ دو سر بار از خازن تامین می گردد. به عبارت دیگر ، خارن از طریق بار دشارژ می گردد. همان طور که می دانیم ، منحنی دشارز خازن به صورت نمایی نزولی این شیب نزول به مقدار بار و ظرفیت خازن بستگی دارد.