ساخت مدار یکسو ساز تمام موج پل (Full-Wave Bridge Rectifier)
یک طراحی دیگر و البته رایجتر از یکسوساز تمامموج وجود دارد که بر پایهی پیکربندی پل چهاردیودی ساخته میشود. این مدار به نام یکسوساز تمامموج پل یا به اختصار پل یکسوساز شناخته میشود.
مزیت این نوع طراحی نسبت به مدل ترانس با سیمپیچ میانی در این است که نیازی به ترانسفورماتور خاص با سیمپیچ مرکزی ندارد، که همین موضوع بهطور چشمگیری باعث کاهش اندازه و هزینه میشود.
همچنین، در این طراحی کل ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور به عنوان ورودی به یکسوساز اعمال میشود. به همین دلیل، در صورت استفاده از یک ترانس مشابه، در یکسوساز پل میتوان به ولتاژ پیک و ولتاژ DC دو برابر مدل سیمپیچمیانی دست یافت.
به همین علت است که یکسوسازهای پل بسیار بیشتر از یکسوسازهای تمامموج معمولی مورد استفاده قرار میگیرند.
مقالات مشابه:
یکسوساز تمام موج پل
برای یکسوسازی هر دو نیمدوره موج سینوسی، مدار پل از چهار دیود استفاده میکند که بهصورت یک «پل» به هم متصل شدهاند. سیمپیچ ثانویهی ترانسفورماتور در یک سمت پل دیودها و بار در سمت دیگر آن قرار میگیرد.
در تصویر زیر، مدار یکسوساز پل را مشاهده میکنید.
عملکرد این مدار را میتوان بهسادگی و به تفکیک هر نیمدوره توضیح داد.
در نیمدورهی مثبت منبع، دیودهای D1 و D2 در بایاس مستقیم قرار دارند و جریان را عبور میدهند، در حالی که دیودهای D3 و D4 در بایاس معکوس هستند. در نتیجه، یک ولتاژ مثبت در دو سر مقاومت بار ایجاد میشود (به قطبیت مثبت و منفی دو سر بار توجه کنید).
در نیمدورهی بعدی، قطبیت ولتاژ منبع معکوس میشود. در این حالت، D3 و D4 در بایاس مستقیم و D1 و D2 در بایاس معکوس قرار میگیرند. این وضعیت نیز همانند قبل باعث تولید ولتاژ مثبت در دو سر بار میشود.
نکتهی قابل توجه این است که صرفنظر از قطبیت ولتاژ ورودی، ولتاژ خروجی در بار همیشه دارای قطبیت یکسان است و جریان بار در همان جهت جریان دارد.
به این ترتیب، مدار، ولتاژ AC ورودی را به ولتاژ DC ضربانی تبدیل میکند.
اگر در بهخاطر سپردن آرایش صحیح دیودها در مدار پل دچار سردرگمی میشوید، میتوانید از نمایش جایگزین این مدار استفاده کنید که در آن تمام دیودها بهصورت افقی و در یک جهت قرار گرفتهاند؛ این طرح از نظر عملکردی دقیقاً همان مدار پل است.
مقدار DC در سیگنال تمامموج
از آنجایی که در مدار پل یکسوساز، خروجی بهصورت تمامموج است، فرمول محاسبهی مقدار متوسط DC دقیقاً همان است که در یکسوساز تمامموج معمولی استفاده میشود.
این معادله نشان میدهد که مقدار DC در سیگنال تمامموج حدود 63.6 درصد از مقدار پیک ولتاژ است. به عنوان مثال، اگر ولتاژ پیک سیگنال تمامموج 10 ولت باشد، مقدار ولتاژ DC برابر با 6.36 ولت خواهد بود.
تقریب مرتبه دوم
در واقعیت، ولتاژ تمامموج ایدهآلی در دو سر مقاومت بار بهدست نمیآید. بهدلیل وجود ولتاژ آستانهی دیود، دیود تا زمانی که ولتاژ منبع حدود 0.7 ولت نشود، هدایت نخواهد کرد.
از آنجا که در مدار پل بهطور همزمان دو دیود در هر نیمدوره فعال هستند، در مجموع دو افت ولتاژ دیود (0.7 × 2 = 1.4 ولت) از ولتاژ منبع از بین میرود. بنابراین، ولتاژ پیک خروجی طبق رابطهی زیر محاسبه میشود:
فرکانس خروجی
در یکسوساز تمامموج، نیمدورههای منفی سیگنال ورودی معکوس میشوند و به نیمدورههای مثبت تبدیل میگردند. بههمین دلیل، خروجی مدار دارای تعداد دو برابر سیکل نسبت به ورودی است.
در نتیجه، فرکانس سیگنال خروجی دو برابر فرکانس ورودی خواهد بود.
به عنوان نمونه، اگر فرکانس برق شهر 60 هرتز باشد، فرکانس خروجی مدار پل 120 هرتز خواهد بود.
فیلتر کردن خروجی یکسوساز
خروجی حاصل از یک یکسوساز تمامموج، ولتاژ DC ضربانی است که مقدار آن از صفر تا حداکثر مقدار خود تغییر میکند.
اما در اغلب کاربردها، ما به چنین ولتاژی نیاز نداریم. آنچه مطلوب است ولتاژ DC صاف، پایدار و بدون نوسان یا ریپل است؛ مشابه ولتاژی که از باتری بهدست میآید.
برای دستیابی به چنین ولتاژی، باید خروجی یکسوساز را فیلتر کرد. یکی از روشهای متداول، استفاده از خازن صافی (Smoothing Capacitor) است که بهصورت موازی با مقاومت بار متصل میشود.
در ابتدا، خازن بدون بار است. در ربع اول سیکل، دیودهای D1 و D2 در بایاس مستقیم قرار دارند و خازن شروع به شارژ شدن میکند. شارژ خازن تا رسیدن ولتاژ ورودی به مقدار پیک ادامه دارد و در این نقطه، ولتاژ دو سر خازن برابر با ( V_p ) میشود.
پس از رسیدن ولتاژ ورودی به پیک، مقدار آن شروع به کاهش میکند. در لحظهای که ولتاژ ورودی کمتر از ( V_p ) شود، ولتاژ دو سر خازن بیشتر از ولتاژ ورودی شده و باعث قطع هدایت دیودها میشود.
در این حالت، خازن از طریق مقاومت بار تخلیه شده و جریان بار را تأمین میکند تا زمانی که سیکل بعدی آغاز شود.
با رسیدن نیمدورهی بعدی، دیودهای D3 و D4 برای مدت کوتاهی هدایت کرده و خازن دوباره تا مقدار پیک شارژ میشود.
عیب مدار پل یکسوساز
تنها عیب این نوع مدار این است که ولتاژ خروجی آن به اندازهی دو افت ولتاژ دیود (1.4 ولت) کمتر از ولتاژ ورودی است.
این مسئله تنها در منابع تغذیه با ولتاژ پایین مشکلساز است. برای مثال، اگر ولتاژ پیک منبع تنها 5 ولت باشد، ولتاژ پیک در بار حدود 3.6 ولت خواهد بود. اما اگر ولتاژ پیک منبع 100 ولت باشد، افت 1.4 ولتی در مقایسه با مقدار کل بسیار ناچیز است و خروجی تقریباً یک ولتاژ تمامموج ایدهآل خواهد بود.
