تعریف رکتیفایر تمام موج پل

رکتیفایر تمام موج پل:
بازده یکسوساز پل تقریباً برابر است با یکسوکننده تمام موج با سر وسط است. تنها مزیت یکسوساز پل نسبت به یکسوکننده تمام موج با سر وسط هزینه کمتر آن است. در یکسو کننده پل، به جای استفاده از ترانسفورماتور، از چهار دیود استفاده می شود.

رکتیفایر تمتم موج پل نوعی یکسوکننده تمام موج است که از چهار دیود یا بیشتر در پیکربندی مدار پل برای تبدیل مؤثر جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) استفاده می کند.

مدار یکسوساز پل در شکل زیر نشان داده شده است. یکسوکننده پل از چهار دیود به نام های D1 و D2 و D3 و D4 و مقاومت بار RL ساخته شده است.

چهار دیود در یک پیکربندی حلقه بسته (پل) به هم متصل شده اند تا جریان متناوب (AC) را به جریان مستقیم (DC) تبدیل کنند.

مزیت اصلی این پیکربندی مدار پل این است که دیگر به ترانسفورماتور گران با سر وسط نیازی نداریم، در نتیجه هزینه و اندازه آن کاهش می یابد.

سیگنال AC ورودی در دو پایانه A و B اعمال می شود و سیگنال DC خروجی از طریق مقاومت بار RL که بین پایانه های C و D متصل است، به دست می آید.

چهار دیود D1 و D2 و D3 و D4 به صورت سری مرتب شده اند و فقط دو دیود اجازه عبور جریان الکتریکی را در هر نیم سیکل دارند. به عنوان مثال، دیودهای D1 و D3 به عنوان یک جفت در نظر گرفته می شوند که جریان الکتریکی را در نیم چرخه مثبت امکان پذیر می کند، در حالی که دیودهای D2 و D4 به عنوان جفت دیگری در نظر گرفته می شوند که جریان الکتریکی را در طول نیم سیکل منفی سیگنال AC ورودی امکان پذیر می کند.

نحوه کار رکتیفایر تمام موج پل:
هنگامی که سیگنال AC به ورودی یکسوکننده پل اعمال می شود، در طول نیم سیکل مثبت، دیودهای D1 و D3 بایاس مستقیم هستند و جریان الکتریکی را عبور می دهند، در حالی که دیودهای D2 و D4 با یک جهت معکوس هستند و جریان الکتریکی را مسدود می کنند.

از طرف دیگر، در طول نیم سیکل منفی دیودهای D2 و D4 بایاس مستقیم هستند و جریان الکتریکی را عبور می دهند در حالی که دیودهای D1 و D3 بایاس معکوس هستند و جریان الکتریکی را مسدود می کنند.

در طول نیم چرخه مثبت، ترمینال A مثبت می شود در حالی که ترمینال B منفی می شود. این امر باعث می شود که دیودهای D1 و D3 بایاس مستقیم شوند و همزمان، دیودهای D2 و D4 بایاس معکوس. جهت جریان در طول نیم سیکل مثبت در شکل زیر نشان داده شده است (یعنی A به D به C به B).

در طول نیم سیکل منفی، ترمینال B مثبت می شود در حالی که ترمینال A منفی می شود. این امر باعث می شود دیودهای D2 و D4 بایاس مستقیم شوند و در عین حال موجب شود دیودهای D1 و D3 بایاس معکوس شوند. جهت جریان در طول نیم سیکل منفی در شکل زیر نشان داده شده است (یعنی B به D به C به A).

از دو شکل بالا می توان مشاهده کرد که جهت جریان در مقاومت بار RL در نیم سیکل مثبت و نیم سیکل منفی یکسان است. بنابراین، قطبیت سیگنال DC خروجی برای هر دو نیمه مثبت و منفی یکسان است. قطبیت سیگنال DC خروجی ممکن است کاملاً مثبت یا منفی باشد.

در مورد مدار ما کاملاً مثبت است. اگر جهت دیودها معکوس شود، ولتاژ DC منفی کامل به دست می آوریم. بنابراین، یک یکسوساز پل گذر جریان الکتریکی را در طول دو سیکل مثبت و منفی سیگنال AC ورودی امکان پذیر می کند. شکل موج خروجی رکتیفایر پل در شکل زیر نشان داده شده است.

مشخصات رکتیفایر پل:
در این بخش برخی از ویژگی های رکتیفایر پل را بیان می کنیم.

حداکثر ولتاژ معکوس:
حداکثر ولتاژی که یک دیود می تواند در شرایط بایاس معکوس تحمل کند، «حداکثر ولتاژ معکوس (Peak Invers Voltage) یا PIV نامیده می شود. این ولتاژ حداکثر ولتاژی است که دیود غیررسانا می تواند تحمل کند.

در طول نیم سیکل مثبت، دیودهای D1 و D3 در حالت رسانایی قرار دارند در حالی که دیودهای D2 و D4 در حالت غیررسانا هستند. از طرف دیگر، در طول نیم سیکل منفی، دیودهای D2 و D4 در حالت رسانا هستند در حالی که دیودهای D1 و D3 در حالت غیررسانا هستند. حداکثر ولتاژ معکوس (PIV) برای یکسوساز پل توسط رابطه زیر داده می شود.

PIV=VSmax

ضریب ریپل:
همان طور که گفتیم، نرمی (هموار بودن) سیگنال خروجی DC با استفاده از عاملی که به عنوان ضریب ریپل شناخته می شود اندازه گیری می شود. سیگنال DC خروجی با ریپل بسیار کمتر به عنوان سیگنال DC هموار در نظر گرفته می شود در حالی که سیگنال DC خروجی با ریپل زیاد سیگنال DC با پالس بزرگ است.

ضریب ریپل از نظر ریاضی به عنوان نسبت ولتاژ ریپل دار به ولتاژ DC خالص تعریف می شود.

ضریب ریپل برای یکسوساز پل به صورت زیر بیان می شود:

ضریب ریپل یکسوکننده پل 0٫48 است که برابر با همان مقدار برای یکسوساز تمام موج با سر وسط است.

بازده یکسوکننده:
بازده رکتیفایر تعیین می کند که یکسوساز چگونه جریان متناوب (AC) را به جریان مستقیم (DC) تبدیل می کند. بازده بالا نشان دهنده قابل اطمینان ترین یکسوساز است در حالی که بازده کم نشان دهنده یکسوساز ضعیف است.

بازده یکسوکننده به عنوان نسبت توان خروجی DC به توان ورودی AC تعریف می شود.

حداکثر کارایی یکسوساز یکسو کننده پل 81٫2 درصد است که همان بازده یکسوساز تمام موج با سر وسط است.

مزایا و معایب رکتیفایر پل:
سیگنال خروجی DC یکسوساز پل نرم تر از یکسوکننده نیم موج است. به عبارت دیگر، یکسوکننده پل در مقایسه با یکسوساز نیم موج، ریپل کمتری دارد.

با این حال، ضریب ریپل یکسوکننده پل همانند یکسوساز تمام موج با سر وسط است. بازده یکسوساز پل در مقایسه با یکسوساز نیم موج بسیار زیاد است. با این حال، کارایی یکسوسازه پل و یکسوکننده تمام موج با سر وسط یکسان است.

در یکسوساز نیم موج فقط یک نیم سیکل سیگنال ورودی ورودی مجاز است و نیم سیکل باقیمانده سیگنال AC ورودی مسدود شده است. در نتیجه، تقریباً نیمی از توان ورودی اعمالی هدر می رود. با این حال، در یکسوکننده پل، جریان الکتریکی در طول هر دو نیمه مثبت و منفی سیگنال AC ورودی مجاز است. بنابراین توان DC خروجی تقریباً برابر با توان ورودی AC است.

در یکسوساز نیم موج، فقط از یک دیود استفاده می شود در حالی که در یک رکتیفایر تمام موج از دو دیود استفاده می شود. اما در یکسوکننده پل، از چهار دیود برای عملکرد مدار استفاده می کنیم. بنابراین مدار یکسوساز پل پیچیده تر از یکسوکننده نیم موج و یکسوساز تمام موج است.

در مدارهای الکترونیکی، هرچه از دیودهای بیشتری استفاده کنیم افت ولتاژ بیشتری رخ می دهد. تلفات توان در یکسوکننده پل تقریباً برابر است با یکسو کننده تمام موج با سر وسط است.

با این حال، در یکسوساز پل، افت ولتاژ در مقایسه با یکسوساز تمام موج با سر وسط اندکی زیاد است. این به دلیل استفاده از دو دیود اضافه است (در مجموع چهار دیود).

در یکسوکننده تمام موج با سر وسط، فقط یک دیود در طول هر نیم سیکل هدایت می کند. بنابراین افت ولتاژ در مدار 0٫7 ولت است. اما در یکسوکننده پل، دو دیود که به صورت سری متصل هستند، در هر نیم سیکل هدایت می کنند.

بنابراین افت ولتاژ به دلیل دو دیود اتفاق می افتد که برابر با 1٫4 ولت است (0٫7 + 0٫7 = 1٫4 ولت). با وجود این، اتلاف توان ناشی از این افت ولتاژ بسیار ناچیز است.

رکتیفایر تمتم موج پل با فیلتر خازنی:
مانند یکسوساز تمام موج با سر وسط، یکسوکننده پل نیز هر دو نیمه مثبت و منفی سیگنال AC ورودی را یکسو می کند.

با این حال، ساخت یکسوساز پل با یکسوکننده تمام موج با سر وسط متفاوت است. در یکسوکننده پل، دیودها در پیکربندی مدار پل قرار می گیرند. همان طور که دیدیم، یکسوکننده پل از چهار دیود یعنی D1 و D2 و D3 و D4 تشکیل شده است. سیگنال ورودی در دو پایانه A و B اعمال می شود در حالی که خروجی DC روی مقاومت بار RL متصل شده بین پایانه های C و D حاصل می شود.

خروجی پالسی DC به دست آمده از مقاومت بار RL حاوی ریپل است. برای کاهش این ریپل، از یک فیلتر در خروجی استفاده می کنیم. فیلتر یکسو کننده پل، معمولاً فیلتر خازنی است. در نمودار مدار زیر، فیلتر خازنی به مقاومت بار RL متصل شده است.

هنگامی که سیگنال AC ورودی اعمال می شود، در طول نیم سیکل مثبت هر دو دیود D1 و D3 بایاس مستقیم هستند. هم زمان، دیودهای D2 و D4 بایاس معکوس هستند. از طرف دیگر، در طول نیم سیکل منفی، دیودهای D2 و D4 بایاس مستقیم هستند.

در همان زمان، دیودهای D1 و D3 بایاس معکوس هستند. بنابراین، یکسوکننده پل اجازه می دهد تا هر دو نیمه مثبت و منفی سیگنال AC ورودی عبور کنند.

خروجی DC تولیدشده توسط یکسوکننده پل یک DC خالص نیست بلکه یک DC پالس دار است. این DC پالسی شامل هر دو مؤلفه AC و DC است. مؤلفه های AC نسبت به زمان نوسان می کنند در حالی که مؤلفه های DC با نسبت به زمان ثابت می مانند. بنابراین اجزای AC موجود در DC پالسی سیگنالی ناخواسته است.

فیلتر خازنی موجود در خروجی، مؤلفه های ناخواسته AC را از بین می برد. بنابراین، یک DC خالص در مقاومت بار RL به دست می آید.