تبدیل AC به DC در صنعت الکترونیک

تبدیل AC به DC در صنعت الکترونیک:
برق شهر اغلب در همه جا در دسترس است در حالی که برق DC این طور نیست. در چنین شرایطی باید قادر باشیم برق AC را به DC تبدیل کنیم.

در این مطلب به همراه یک ویدیوی آموزشی نحوه پیاده سازی این فرآیند یعنی تبدیل AC به DC توضیح داده خواهد شد.

به منظور تولید سیگنال DC از سیگنال AC از یک ترانسفورماتور، یک دیود و یک خازن با ظرفیت بالا استفاده می کنیم. اتصالات در شکل 1 نشان داده شده است.

ترانسفورماتور برای تغییر سطح ولتاژ AC استفاده می شود. زیرا در این مدار فرض شده است که ولتاژ AC با دامنه 110 ولت در دسترس باشد، ولی در خروجی ولتاژ 8 تا 9 ولت DC لازم داریم.

بنابراین نسبت تعداد دورهای سیم پیچ های ترانسفورماتور را طوری تنظیم می کنیم که ولتاژ AC در سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور کمترین مقدار ممکن و کافی بشود.

سپس با استفاده از یک دیود، جریان سیم پیچ ثانویه یکسوسازی خواهد شد تا فقط ولتاژهای مثبت در خروجی وجود داشته باشد.

در نهایت با استفاده از خازن، سیگنال یکسوشده فیلتر می شود تا میانگین آن افزایش چشم گیری داشته باشد.

در مدار بالا، در یک چهارم سیکل مثبت دیود هدایت می کند و باعث شارژ خازن به اندازه ولتاژ پیک ثانویه ترانسفورماتور می شود. در نقطه پیک به دلیل اینکه ظرفیت خازن خیلی بالا است، ولتاژ سمت کاتد دیود تغییر زیادی پیدا نمی کند، ولی ولتاژ سمت آند کاهش پیدا می کند.

پس دیود خاموش خواهد شد و در خروجی یک مدار RC خواهیم داشت که ولتاژ اولیه خازن شروع به کاهش یافتن می کند. تا این که دامنه ولتاژ AC ورودی دوباره به اندازه کافی بزرگ شود و باعث روشن شدن دیود بشود.

در چنین شرایطی خازن دوباره به اندازه ولتاژ پیک شارژ خواهد شد. در نقطه پیک نیز دوباره دیود خاموش خواهد شد و ولتاژ خازن کاهش پیدا خواهد کرد. این سیکل همواره تکرار خواهد شد. با توجه به ظرفیت بالای خازن، افت ولتاژ در هنگام خاموش بودن دیود خیلی زیاد نیست.

به همین دلیل ولتاژ بار یک سیگنال DC با میانگین بزرگ و ریپل کم خواهد بود. برای مثال بین 8 تا 9 ولت تغییر می کند. به اختلاف بین کمترین و بیشترین مقدار ولتاژ خروجی ولتاژ ضربان یا ریپل می گوییم و طبق رابطه زیر محاسبه می شود:

طبق این رابطه هرچه جریان بار کمتر، فرکانس بالاتر و ظرفیت خازن بالاتر باشد، دامنه ولتاژ ضربان کمتر و یک ولتاژ DC صاف تری تولید خواهد شد. در عمل ظرفیت خازن طوری تنظیم می شود که ولتاژ ضربان قابل قبول باشد.

برای افزایش بیشتر میانگین ولتاژ DC خروجی و کاهش ولتاژ ضربان، به جای دیود تکی در مدار شکل 1، مطابق شکل 2 می توان از پل دیود استفاده کرد.

با این مدار ولتاژ DC تقریبا دو برابر و ولتاژ ضربان نصف خواهد شد. در نیم سیکل مثبت دیود های 2 و 4 و در نیم سیکل منفی دیودهای 3 و 1 هدایت می کنند. بنابراین در مدار جریان بار در هر دو نیم سیکل مثبت و منفی برقرار است.

شکل 2: مدار پل دیودی برای تبدیل AC به DC
در نهایت اگر بخواهیم یک ولتاژ کاملا تثبیت شده داشته باشیم، در خروجی صافی خازنی از یک تنظیم کننده ولتاژ استفاده می کنیم.

یکی از رایج ترین مدارات تنظیم کننده، آی سی های سری 78 است. برای مثال آی سی 7805 برای تولید ولتاژ جریان مستقیم 5 ولت استفاده می شود.

ولتاژ ورودی این آی سی ها می تواند دارای ریپل زیادی باشد ولی ولتاژ خروجی آنها کاملا تثبیت شده است.

نکته آخر این است که، خازن C1 یک خازن الکترولیتی با ظرفیت خازنی بالا است ولی خازن های C2 و C3 که در ورودی و خروجی رگولاتور قرار می گیرند، از نوع پلی استر هستند و برای عملکرد صحیح و پایدار آی سی ضروری اند.

وجود این خازن ها باعث حذف اثر نویز های فرکانس بالا در منبع تغذیه می شود.

شکل 3: مدار کامل منبع تغذیه 5 ولت DC