کاربرد دیود ها

کاربرد دیود ها

کاربرد دیود ها

دراین بخش چند مورد از کاربردهای دیود ها را بیان میکنیم.

کاربرد دیود ها در موارد زیر می باشد :
۱) یکسو سازی
۲) چند برابر کننده های ولتاژ
۳) برش دهنده های ولتاژ
۴) مهار کننده ها

 

۱- یکسو سازی

مدار های یکسو کننده ی دیودی ، مداراتی هستند که ولتاژ متناوب را به ولتاژ مستقیم تبدیل می نمایند . عنصر اصلی این مدار ها دیود است . زیرا همان طور که خواندیم دیود در یک جهت هدایت می کند در حالی که در جهت دیگر قطع است . مدارات یکسوکننده علاوه بر یکسو سازی برق یکفاز ، برق چند فازه را نیز یکسو می کنند.
به طور کلی مدارات یکسو کننده ی یک فازه در انواع زیر تقسیم می شوند :
۱) مدار یکسو کننده ی نیم موج
۲) مدار یکسو کننده ی تمام موج با ترانس سر وسط
۳) مدار یکسو کننده ی تمام موج پل (Bridge)
۴) مدار یکسو کننده با صافی خازنی

 

انواع مدار یکسو کننده:

۱-مدار یکسو کننده ی نیم موج

مدار یکسو کننده ی نیم موج به صورت زیر می باشد :

۵۰
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.

۵۱
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.

۵۲

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.

۵۳

 

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.

۵۴

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

مدار یکسو کننده تمام موج با ترانس سر وسط به صورت زیر می باشد :

۵۵

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.

ترانسفورماتور زیر را در نظر میگیریم :

۵۶

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 :

۵۷

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

۵۸
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.

 

۵۹

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.

۶۰

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.

۶۱

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.

۶۲
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 :

۶۳

مقایسه مدار یکسو کننده تمام موج با ترانس سر وسط و پل

۶۴

 

 

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. مانند شکل زیر :

۶۵

 

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 :

۶۶

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 است :

۶۷

این شیب نزول به مقدار بار و ظرفیت خازن بستگی دارد.

 

در شکل زیر منحنی دشارژ خازن برای چهار نوع ظرفیت خازن با بار مساوی رسم شده است :

 

۶۸

در شکل زیر منحنی دشارژ خازن در دوسر بار را نشان داده ایم :

۶۹

 

در شکل های زیر اثر تغییر ظرفیت را در ولتاژ ریپل مشاهده می کنید :

 

۷۰

۷۱

در شکل زیر تاثیر تغییرات جریان را بر ولتاژ ریپپل مشاهده می کنید :

۷۲

پس با توجه به اطلاعات بالا می توانیم ولتاژ ریپل را در صافی خازنی به صورت زیر محاسبه کنیم :

۷۳

 ۷۹

2 – برش دهنده ها (Clippers)

برش دهنده ها مداراتی هستند که قسمتی از دامنه ی مثبت و یا منفی سیگنال ورودی را برش می دهند.

۱- برش دهنده ی موازی

۸۰

الف) مدار برش دهنده ی مثبت : مدار برش دهنده ی مثبت ، قادر است قسمت مثبت سیکل ها را ، به هر مقدار که لازم باشد ، محدود کند . شکل رو به رو یک مدار برش دهنده ی مثبت را نشان می دهد.

در شکل روبه رو اگر سیگنال ورودی ، از VB کوچکتر باشد دیود در بایاس معکوس قرار گرفته است و قطع است . لذا ولتاژ خروجی با ولتاژ ورودی برابر است . اگر ولتاژ ورودی از VB بیشتر شد دیود هادی می شود و ولتاژ خروجی ، به اندازه ی ولتاژ باتری ثابت می ماند. در مدت نیم سیکل منفی نیز دیود قطع است و ولتاژ خروجی همان ولتاژ ورودی

 

۸۱

ب) برش دهنده ی منفی : شکل روبه رو مدار برش دهنده ی منفی را نشان می دهد. در نیم سیکل مثبت دیود قطع است . بنابراین ولتاژ خروجی از نظر مقدار و جهت ، با ولتاژ ورودی برابر است . در نیم سیکل منفی ، زمانی که ولتاژ از منفی VB بیش تر می شود ولتاژ آند دیود ، از کاتد آن مثبت تر می شود ، همچنین دیود هادی می شود ( کلید بسته می شود ) و ولتاژ باتری با خروجی موازی می گردد. لذا ولتاژ خروجی به اندازه ی VB ثابت می ماند تا این که ولتاژ منفی از مقدار VB کم تر گردد . به محض این که ولتاژ منفی از VB کم تر شد ، دیود ، قطع و ولتاژ خروجی مجددا عین ولتاژ ورودی است.

۲- برش دهنده ی دو طرفه

اگر یک مدار برش دهنده ی مثبت و یک برش دهنده ی منفی را به طور موازی با یکدیگر ببندیم ، می توانیم سیگنال را از دو طرف برش دهیم. شکل رو به رو یک مدار برش دهنده ی موازی را نشان می دهد.
مدار بالا را نیز می توانیم بوسیله ی دو دیود زنر شبیه سازی کنیم.

۸۲

۸۳

۳- برش دهنده های سری :

در صورتی که عنصر برش دهنده ( دیود) با خروجی به صورت سری بسته شود مدار را برش دهنده سری می نامند. مدار های یکسوساز نیم موج و تمام موج از نوع برش دهنده های سری هستند که می توانند نیم سیکل مثبت یا نیم سیکل منفی را برش دهند. در شکل های زیر این مدار ها را مشاهده می کنید :

۸۴۸۶۸۵

چنان چه طبق شکل زیر یک منبع AC را با یک باتری سری کنیم ولتاژ خروجی از مجموع ۲ ولتاژ به دست می آید. به عبارت دیگر ، موج AC روی موج DC سوار است.

۸۷

حال چنانچه بخواهیم قسمتی از نیم سیکل مثبت یا منفی را برش دهیم ، لازم است در مدار ، دیودی را سری کنیم ، در این حالت با توجه به این که دیود ها می توانند فقط نیم سیکل مثبت یا منفی را عبور بدهند قسمتی از نیم سیکل بریده خواهد شد. این مدار ها را در شکل های زیر مشاهده می کنید :

۸۸

۴ – مهار کننده ها (Clampers)

در مدار مهار کننده تنها کاری که انجام می شود اضافه شدن مولفه ی DC به مدار است . عمل مهار کنندگی در شکل زیر نشان داده شده است . توجه داشته باشید که در مهار کننده ها باید ولتاژ DC باتری با Vm (مقدار ماکزیمم دامنه ی موج AC ) برابر باشد.

در حقیقت مهار کننده ، فقط روی سیگنال ، یک تغییر مکان عمودی می دهد . این تغییر مکن می تواند به سمت بالای خط صفر ( مثبت ) و یا زیر خط صفر ( منفی ) باشد، که به ترتیب مهار کننده ی مثبت و منفی نام دارند.

۸۹

 

۹۰۹۱

اما در عمل در مهار کننده های منفی از باتری استفاده نمی شود ، بلکه به جای آن از خازن و دیود استفاده می شود. شکل رو به رو یک مهار کننده ی مثبت را با استفاده از خازن نشان می دهد :

۹۲

طرز کار مدار ، به طور ایده آل و ساده ، به این صورت است که در مدت نیم سیکل منفی ، خازن C از طریق دیود D تا مقدار Vm شارژ می شود ( دیود D در این مدت اتصال کوتاه است ).

قطب های ولتاژ شارژ شده در شکل نشان داده شده است . در مدت نیم سیکل مثبت ، دیود D قطع است . ولتاژ سیگنال با ولتاژ خازن جمع می شود ( ولتاژ شارژ شده در خازن در اینجا به منزله ی یک باتری است ) و شکل موج به صورت بالا در می آید (Vdc + Vac) . شکل زیر یک مهار کننده ی منفی را نشان می دهد.

۹۳

کاربرد دیود ها

کلیدواژه : کاربرد دیود ها
حمزه پورنادری
ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.