วงจรเรียงกระแสg-tech.ac.th/vdo/electricdoc/วิชาช่าง/e-book...

NAPAT WATJANATEPIN ELWE (THAI LAND) หนา 1

1 วชา อปกรณอเลกทรอนกสและวงจร บทท 2

รหสวชา 2104 – 2112

บทท 2 วงจรเรยงกระแส

วตถประสงค

1. ค านวณคาตางๆของรปคลนไซนได 2. เขาใจการท างานของวงจรเรยงกระแส 3. อธบายผลของวงจรกรองดวยตวเกบประจได 4. ค านวณคาแรงดนรบเปลได

2-1 บทน า วงจรเรยงกระแส (Rectifier Circuits) คอวงจรทแปลงไฟฟากระแสสลบ (AC) ใหเปนไฟฟากระแสตรง (DC) (แปลง AC เปน DC) และอปกรณทท าหนาทแปลงน คอ ไดโอด วงจรเรยงกระแสจะใชไดโอดเปนตวเรยงกระแสไฟสลบทมคลนดานบวกและลบใหเปนไฟตรง ทมเฉพาะคลนดานบวก หรอลบ พยงดานเดยว วงจรเรยงกระแสมทงแบบ 3 เฟส และ 1 เฟส ตามลกษณะของแรงดนอนพต และหากแบงตามลกษณะของแรงดนเอาตพต จะแบงได 2 แบบ คอ (1) การเรยงกระแสงเตมคลน (Full-ware Rectification) และ(2) การเรยงกระแสครงคลน (Half-ware Rectification) ในรายวชานจะกลาวเฉพาะวงจรเรยงกระแส 1 เฟส ทงแบบเตมคลน และแบบครงคลน



รหสวชา 2104 – 2112

2-2 พารามเตอรของรปคลนไซน (Sine ware Parameters)

รปท 2-1 พารามเตอรของรปคลนไซน

(1) คลนไซน 1 ไซเกล จะมคาแรงดนทส าคญ คอ VP = คาสงสดของยอดคลน (Peak Voltage)

VP-P = คาสงสดของยอดคลนถงยอดคลน (Peak to Peak Voltage) VRMS = คาแรงดน อาร.เอม.เอส. (Root mean square Voltage) VAVE = คาแรงดนเฉลย (Average Voltage) และคาเหลานน หาไดจาก VP-P = 2 VP และ VRMS = 0.707 VP

(2) คาแรงดนเฉลย ของคลนไซน 2

1 ไซเกล

VAVE = PV

2 = 0.636VP

(3) คาแรงดนเฉลยของคลนเรยงกระแสแบบเตมคลน (Full – Wave Rectified) VAVE = 0.637 VP

(4) แรงดนเฉลยของคลนเรยงกระแสครงคลน (Half – Wave Rectified) VAVE = 0.318 VP

(5) ถาไมคดแรงดนตกครอม ไดโอดเรยงกระแส คา VP (อนพต)= VP (เอาตพต)



รหสวชา 2104 – 2112

2-3 วงจรเรยงกระแสครงคลน วงจรเรยงกระแสแบบครงคลน ใชไดโอด 1 ตว ท าหนาทเปลยนอนพต เอ.ซ. (คลนไซน) ใหเปน ด.ซ. เฉพาะคลนไซเกลบวกของอนพตเทานน เพราะวาไดโอดจะท างาน (น ากระแส : ON) ไดเมอไดรบคลนไซนดานครงไซเกลบวกเทานน (เพราะวาชวงนนไดโอดจะไดรบไบแอสตรง) จงเกดกระแสไหลจากแหลงจาย (IF) ผานไดโอดไปสโหลด (RL) แตเมอคลนไซนอนพตเปนชวงครงไซเกลลบ ไดโอดจะไมน ากระแส : OFF จงไมมกระแสไหลผานโหลด รปคลนทเอาตพตจงปรากฏเฉพาะครงไซเกลบวกเทานน จงเรยกวงจรเรยงกระแสแบบนวา วงจรครงคลน ดงรปท 2-2

รปท 2-2 วงจรเรยงกระแสครงคลน

เมอพจารณาจากรปคลนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสครงคลนในรปท 2-3 จะพบวาคาสงสดของคลนไซนอนพต คอ +VP และ –VP สวนคาสงสดของคลนเอาตพต คอ +Vp ทงนเพราะไมน าคาแรงดนตาครอมไดโอด (0.6V) มาคดคา VP(input) จงเทากบ VP (Output) แตคาแรงดนเฉลยทเอาตพต (VDC) หรอคาแรงดนเฉลยทเอาตพต (VAVE) จะเขยนแทนดวยเสนตรง ดงแสดงในรปท 2-3 และคาของแรงดนเอาตพตทผเรยนตองสามารถหาคาไดจะม 3 คา คอ (1) แรงดนสงสด (VP) (2) แรงดน อาร.เอม.เอส. (VRMS) และ(3)แรงดน ด.ซ. (VDC) หรอ แรงดนเฉลย (VAVE)



รหสวชา 2104 – 2112

รปท 2-3 แรงดนอนพตและเอาตพต

รปท 2.4 คา แสดง VP , VRMS , VDC

จากรปท 2-4 ค านวณคา VDC ไดดงสมการตอไปน

VDC = VAVE = 0.318 VP

VDC = VAVE = 0.45 VS

เมอ Vs คอ คาแรงดน อาร.เอม.เอส. ของแหลงจายไฟฟาคลนไซน VP คอ แรงดนสงสดของคลนเอาตพต



รหสวชา 2104 – 2112

ตวอยางท 2-1 จากวงจรในรปท 2-5 จงหาคาของ VDC , IDC และก าลงไฟฟาทโหลด (PR) วธท า VRMS =220 V

VP = 2 VRMS VP = 1.414 (220V) VDC = 0.318 VP = 0.318 (1.414) (220V)

รปท 2-5 VDC = 98.92V

IDC =

100

92.98 V

R

VDC = 0.989A

PR = VDC x IDC = 98.92V x 0.989A

ตอบ PR = 97.85 W

2-4 วงจรเรยกกระแสครงคลนและวงจรกรองดวยตวเกบประจ วงจรกรองดวยตวเกบประจ (Smoothing Capacitor: Filter Capacitor) มความส าคญมากเพราะวาจะชวยใหไฟ ด.ซ. ทเอาตพตของวงจรเรยงกระแส จายไดอยางตอเนอง เรยบ(Smooth) ไมเปนคลน ท าใหแรงดน ด.ซ. ทไดจากการเรยงกระแสมคณภาพใกลเคยงกบแรงดน ด.ซ. ทไดมาจากแหลงจายไฟฟากระแสตรง เชน แบตเตอร การกรองดวยตวเกบประจ

น ท าไฟฟาโดยใชตวเกบประจ (C) ตอขนานทโ ห ล ด ห ร อ ทเ อ า ต พ ต ข อ งวงจร ดง รปท 2-6

รปท 2-6 วงจรเรยกกระแสครงคลนและวงจรกรองดวยตวเกบประจ



รหสวชา 2104 – 2112

ตวเกบประจ (C) จะเกดการเกบประจ (Charge) ในชวงทแรงดนเอาตพตสงกวาคาแรงดนตกครอม C และC จะคายประจ (Discharge) ในชวงทแรงดนเอาตพตต ากวาคาแรงดนสงสด (Vp) การเกบประจและคายประจของ C ตวน จะท าใหรปคลนเอาตพตเรยบขน จงเรยกตวเกบประจ (C) ทท าหนาทนวา Smoothing Capacitor หรอ Filter Capacitor เมอเปรยบเทยบระหวางรปคลนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสครงคลน ทม C ตออยกบท ไมม C ตออยจะเหนวา ตางกนและท าใหคาแรงดน ด.ซ. เอาตพต ตางกนดวย วงจรเรยงกระแสครงคลนทม C ตออยจะม VDC มากกวา แบบทไมม C ตออย และจะมคาแรงดน VDC เกอบเทากบคา Vp

2-5 วงจรเรยงกระแสเตมคลน วงจรเรยงกระแสเตมคลนทใชกบแหลงจายไฟฟา เอ.ซ. 1 เฟส จะม 2 แบบ คอ (1) วงจรเรยงกระแสมหมอแปลงแทปกลาง (ใชไดโอด 2 ตว) (2) วงจรบรดจ (ใชไดโอด 4 ตว)

2-5-1 วงจรเรยงกระแสมหมอแปลงแทปกลาง (Full-Wave Rectifier with Tapping Trans-former) วงจรนแสดงในรปท 2-7 จะไดไดโอด 2 ตว และหมอแปลงแทปกลาง 1 ตว หมอแปลงนจะตองมแรงดนดานทตยภมเทากน (VAC = VBC) ไดโอด D1 จะท างานเมอ VAC อยในครงไซเกลมาก และไดโอด D2 จะท างานเมอ VBC อยในครงไซเกลบวก ท าใหแรงดนเอาตพตทไดมาจากไดโอด 2 ตว เรยงกน จงมรปคลนเปนแบบเตมคลน และคา VDC ของวงจรเตมคลนจะมคาสงกวาแบบครงคลนเปน 2 เทา (VDC เตมคลน = 2VDC ครงคลน)

รปท 2-7 วงจรเรยงกระแสทมหมอแปลงแทปกลาง



รหสวชา 2104 – 2112

2-5-2 วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ (Full-Wave Bridge Rectifier) วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ จะไมตองใชหมอแปลงแทปกลาง ซงมขอดมากกวา เพราะหมอแปลงแทปกลางจะมขนาดใหญและน าหนกมากกวาหมอแปลงทไมมแทปกลาง เพราะวามขดลวดมากกวา ดงนน การใชวงจรบรดจจะลดคาใชจายและ ลดขนาดของวงจรไดมากกวา วงจรบรดจ แสดงในรปท 2-8 ซงประกอบดวย ไดโอดเรยงกระแส 4 ตว เอาตพตของมนจงเกดจากการท างานไดโอด ครงละ 2 ตว สลบกนทกครงไซเกล

รปท 2-8 วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ

การท างานของวงจรเรยงกระแสบรดจอธบายดงรปท 2-9 (1) เมอ D1 และD2 น ากระแส (D1-2 on) ในชวงครงไซเกลบวก (+) ของแรงดนอนพต จะไดรปคลนเอาตพต เปนครงคลนในสวนท 1 (2) เมอ D3 และ D4 น ากระแส (D3-4 on) ไดโอด D1 และD2 จะไมน ากระแส (OFF) กระแสจะไหลผานไปทโหลดในทศทางเดม ท าใหไดเอาตพตครงคลนในชวงท 2 ของไซเกลลบ



รหสวชา 2104 – 2112

รปท 2-9 การท างานของวงจรเรยงกระแสแบบบรดจ

การค านวณคาแรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสเตมคลนหาไดจากสมการตอไปน

VDC = VAVE =

PV2 = 0.636 VP

VDC = VAVE = 0.9 VRMS

ตวอยางท 2-2 วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ ดงรปท 2-10 จงหาคาของ VDC และ IDC เมอ RL = 90Ω

รปท 2-10



รหสวชา 2104 – 2112

วธท า VDC = 0.636 VP

VP = 2 100V = 141.4 V VDC = 0.636 141.4 V VDC = 90 V

ตอบ IDC = AV

R

V

L

DC 190

90

2-5-3 วงจรกระแสเตมคลนและวงจรกรองดวยตวเกบประจ เมอตอตวเกบประจ (C) ทเอาตพตเพอกรองใหรปคลนเอาตพตทเรยงและมกระแสไหลผานโหลดอยางตอเนอง ตอวงจรไดดงรปท 2-11 จะเหนวาคลน ด.ซ. เอาตพตของวงจรจะเรยบมากขน ใกลเคยงกบเสนตรง ซงเปนขอดเพราะวธนจะท าใหคาแรงดนรปเปล (Ripple) ทเอาตพตลดลง (แหลงจาย ด.ซ. ทดนน ตองไมมคาแรงดนรปเปล : รบเปล = 0) โดยทวไปคา C นจะตองมคาสงมากวา 100µF จงจะสามารถท าให ด.ซ. เรยงเปนเสนตรงได แตกตองเลอก C ททนแรงดนใชงานไดสงกวาคาแรงดนสงสด (VP) อกดวย เชน ถา VP ของแหลงจายเทากบ 100 V ควรเลอก C ทมคา 100 µF 150 V เปนตน

รปท 2-11 วงจรเรยงกระแสเตมคลนและวงจรกรองดวยตวเกบประจ



รหสวชา 2104 – 2112

2-6 แรงดนรปเปล (Ripple Voltage) แรงดนรปเปล คอ คลนของแรงดน เอ.ซ. ทปะปนออกมายงรปคลนเอาตพตของวงจรเรยงกระแส เปนคลนแรงดนทไมเรยบ (ซงในการแปลงไฟสลบเปนไฟตรง ไมตองการหรอตองการใหมคลนนนอยทสด) ดงนนแรงดนรปเปลจงควรถกขจดออกไป จากเอาตพตของวงจรเรยงกระแส วธการขจดท าได โดยการใชต ว เกบประจ กรองใหเรยบนนเอง รปคลนแรงดนรปเปลและคาของมนในว ง จ ร แ บ บ ค ร ง ค ล น จ ะ มมากกวาวงจรเตมคลน ดงแสดงเปรยบเทยบไวในรปท 2-12

รปท 2-12 แรงดนรปเปลของการเรยงกระแสครงคลนและเตมคลน

จากรป 2-12 จะเหนวา คา VR2 > VR1 และคา VR(p-p) (Ripple voltage peak to peak)

หาไดจากสมการ

VR(p-p) = 2VP - VAVE

เมอ VR (P-P) คอ แรงดนรปเปล (P-P)

VP คอ คาแรงดนเอาตพตสงสด VAVE คอ คาแรงดนเฉลยทโหลด (แรงดน ด.ซ.)



รหสวชา 2104 – 2112

ตวอยางท 2-3 จากรปตอไปนจงค านวณหาคาของแรงดนรปเปล (VR (P-P))

วธท า VR (P-P) = 2 VP – VAVE

= 2 (11.45 – 11.20)V ตอบ VR (P-P) = 0.50 V



รหสวชา 2104 – 2112

แบบฝกหดเรองวงจรเรยงกระแส จงเลอกค าตอบทถกตองทสดเพยงค าตอบเดยว

1. ขอใดกลาวถกตองเกยวกบวงจรเรยงกระแส

ก. แปลงไฟ ด.ซ. เปน เอ. ซ.

ข. แปลงไฟสลบเปนไฟตรง

ค. แปลงไฟตรงเปนไฟสลบ

ง. แปลงไฟ ด.ซ. เปน ด.ซ.

จากรปตอไปนใชตอบค าถามขอ 2 ถง 4

2. จงหาคา VP ของแรงดน VS

ก. 33.94 V ข. 48.0 V

ข. 311.1 V ง. 67.87 V

3. จงหาคา VDC ทเอาตพต เมอไมคดแรงดนตาครอมไดโอด

ก. 21.58 V ข. 15.26 V ค. 10.79 V ง. 42.86 V

4. จงหาคา Vp ทเอาตพต เมอไดโอดมแรงดนตาครอม 0.6 V

ก. 54.12 V ข. 47.3 V ค. 66.38 V ง. 67.27 V



รหสวชา 2104 – 2112

5. ขอใดกลาวถกตองเกยวกบ Smoothing Capacitor

ก. ท าใหกระแสโหลดไหลอยางตอเนอง ข. ท าใหแรงดนเอาตพตมคาสงขนมากกวา เมอไมม C ค. ท าใหรปคลนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสเรยบขน ง. ถกทกขอ

6. จากรปดานซาย ในคร งวฏจกรลบของ

แหลงจายไฟฟากระแสสลบไดโอดตวใดท างาน

ก. D4 - D3 ข. D1 - D2 ค. D1 - D4 ง. D2 - D4

7. วงจรในรป 6 คอขอใด

ก. วงจรเรยงกระแสครงคลน ข. วงจรเรยงกระแสเตมคลน ค. วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ ง. วงจรเรยงกระแสมหมอแปลงแทปกลาง

8. จากรปขางลางนจงค านวณหาคาแรงดนรปเปล ( VR(P-P) )

ก. VP-P ข. VP-P ค. VP-P ง. VP-P

9. จากรปท 2-15 เปนรปคลนของขอใด

ก. วงจรเรยงกระแสเตมคลน ไมมวงจรกรองดวยตวเกบประจ ข. วงจรเรยงกระแสแบบบรดจมวงจรกรองดวยตวเกบประจ ค. วงจรเรยงกระแสครงคลน ง. วงจรเรยงกระแสครงคลน มวงจรกรองดวยตวเกบประจ



รหสวชา 2104 – 2112

10. วงจรเรยงกระแสทมวงจรกรองดวยตวเกบประจ คา C ในขอใดทจะท าใหแรงดน

เอาตพตเรยบ มากทสด

ก. 1000µF ข. 500µF ค. 100µF ง. 50µF

วงจรเรียงกระแสg-tech.ac.th/vdo/electricdoc/วิชาช่าง/e-book...

Documents