آشنایی با مدار یکسو ساز نیم موج، تبدیل ولتاژ ac به dc

اگر به فکر ساخت یک شارژر برای موبایل خود هستید، یا قصد ساختن منبع ولتاژ و منبع تغذیه DC دارید، باید یاد بگیرید ولتاژ AC برق شهر را چطور تبدیل به ولتاژ DC تبدیل کنید. برای این منظور از مدار یکسو ساز نیم موج استفاده می شود. مدار یکسو ساز یعنی حذف نیم سیکل های منفی و قرینه کردن آن ها است.

در مدارهای منبع تغذیه به خازن بزرگ نیاز است؛ بنابراین، باید از خازن های الکترولیتی استفاده کرد. خازن های الکترولیتی دارای قطبیت مثبت و منفی هستند و موقع مونتاژ برد dip یا برد smd، درست نصب کردنشان بسیار مهم است.

یکسوساز چیست؟

از مهم ترین کاربردهای دیود، یکسوسازی است. ولتاژ الکتریکی برق شهر، به صورت سینوسی می باشد. اما بسیاری از وسایل الکترونیکی با ولتاژ dc (برق مستقیم) کار می کنند. به همین جهت باید ولتاژ ac از فرم سینوسی به ولتاژ dc تبدیل شود. اولین بلوکی که برای تبدیل ولتاژ ac به dc مورد نیاز است، یک طبقه یکسوساز یا یکسو کننده است.

یکسو سازی به معنی حذف نیم سیکل های منفی ولتاژ سینوسی می باشد. اگر این نیم سیکل های منفی با صفر شدن حذف شوند، مدار یکسو سازی نیم موج و اگر نیم سیکل منفی قرینه شده و مثبت گردد، یکسوسازی تمام موج انجام شده است.

 

مدار یکسو ساز نیم موج در پروتئوس

برای رسم مدارها و شبیه سازی آن و کمک به درک بهتر، از نرم افزار پروتئوس استفاده می کنیم. نرم افزار پروتئوس دارای کتابخانه های بسیاری است که اکثر قطعات الکتریکی و الکترونیکی را پوشش می دهد.

مدار یکسو ساز نیم موج

برای یکسو سازی نیم موج، به یک ترانسفورماتور برای کاهش ولتاژ برق شهر به ولتاژ مورد نیاز، به یک مقاومت و دیود برای یکسو سازی نیاز داریم. این مدار به صورت سری متصل می شود. بسته به جهت قرار گرفتن دیود، یکی از نیم سیکل های ولتاژ سینوسی ورودی حذف و صفر می گردد.

پیک ولتاژ خروجی اندکی از پیک ولتاژ ورودی کمتر و دلیلش این است که ولتاژ در هنگام روشن شدن، ولتاژ وصل را برای خود بر می دارد. این ولتاژ وصل برای دیود 1N4001 که از جنس سیلیکن می باشد، حدود 700 میلی ولت است. با توجه به جهت دیود، نیم سیکل های مثبت در خروجی قرار دارد و نیم سیکل های منفی حذف شده است. اگر جهت دیود را معکوس کنیم، خواهیم دید که فقط نیم سیکل های منفی در خروجی باقی می ماند.

یکسوساز نیم موج با خازن صافی

اگر بخواهیم ولتاژ خروجی به شکل موج dc تبدیل شود، یک خازن با مقاومت موازی می کنیم. با این کار، در اولین سیکل با افزایش ولتاژ خروجی تا مقدار پیک، خازن شارژ شده و بعد از آن با کاهش ولتاژ ورودی، به دلیل وجود خازن، دیود خاموش شده و ولتاژ خروجی کاهش نمی یابد.

البته به دلیل وجود مقاومت در کنار خازن، خازن شارژ می شود. اگر ثابت زمانی مدار یعنی حاصل ضرب مقادیر خازن و مقاومت نسبت به پریود (دوره) ولتاژ ورودی زیاد باشد، این دشارژ خازن محسوس نخواهد بود.

برای دیدن تاثیر حاصل ضرب مقادیر خازن و مقاومت، ابتدا مقدار مقاومت را کم می کنیم و مجددا شبیه سازی را انجام می دهیم.

با کاهش مقدار مقاومت، خازن سریعتر دشارژ شده و ولتاژ خروجی افت می کند. با رسیدن نیم سیکل بعدی و برابر شدن مقدار ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی، دوباره خازن شارژ شده و ولتاژ خروجی افزایش می یابد. تفاضل مقدار حداکثر و حداقل ولتاژ خروجی را ولتاژ ریپل می نامند. در آزمایش دوباره، مجددا مقدار مقاومت را به مقدار اولیه برگردانده و این بار مقدار خازن را کاهش می دهیم.

 

اگر همزمان هم مقدار خازن و هم مقدار مقاومت کاهش یابد، ولتاژ ریپل بزرگتر می شود.

ساخت منبع تغذیه ساده بر مبنای مدار یکسو ساز نیم موج

برای ساخت یک منبع تغذیه ساده با استفاده از مدار یکسو ساز نیم موج، می توانیم با داشتن یک مقاومت سری با دیود، یک خازن با ظرفیت مناسب و یک دیود زنر با ولتاژ شکست مورد نیاز، منبع ولتاژ با خروجی رگوله شده ساخت. برای رسیدن به این هدف، کافی است یک دیود زنر به صورت بایاس معکوس با خازن و مقاومت بار موازی کرد. با افزایش ولتاژ خروجی از ولتاژ شکست زنر، دیود زنر وارد محدوده زنری شده و ولتاژ خروجی را ثابت می کند. سری کردن مقاومت با دیود یکسوساز باعث محدود شدن جریان دیود شده و از سوختن آن جلوگیری می کند.

 

در مدار بالا می بینیم که ولتاژ خروجی کاملا ثابت شده و ولتاژ ریپل صفر شده است. می توانیم با استفاده از ولت متر DC، مقدار دقیق ولتاژ خروجی را اندازی گیری کرد.

ولتاژ خروجی مقدار 6.19 ولت است که همان ولتاژ شکست دیود زنر است.

کلام آخر

در انتخاب دیود مدار یکسو ساز نیم موج، باید به ولتاژ معکوس قابل تحمل و جریان عبوری مجاز دقت کرد. زیرا اگر مقادیر دیود کمتر باشد، آن می سوزد و مدار دچار مشکل می شود. این نکته را در مدارها بدانید، هرچقدر ظرفیت خازن بیشتر باشد، ولتاژ خروجی صاف تر است.

در مدارهای منبع تغذیه به خازن بزرگ نیاز است و باید از خازن های الکترولیتی استفاده کرد. خازن های الکترولیتی، دارای قطبیت مثبت و منفی هستند و موقع مونتاژ برد dip یا برد smd، باید خازن الکترولیتی را به درستی نصب کرد. شما می توانید مناسب ترین برد dip یا برد smd را در مرصا الکترونیک تهیه نمایید.

همچنین اگر قصد رگوله کردن ولتاژ خروجی با دیود زنر دارید، باید ولتاژ خروجی مدار RC حد اقل 1 ولت از ولتاژ شکست دیود زنر بیشتر باشد تا ولتاژ خروجی کاملا صاف باشد.