ch5 วงจรกรองกระแส

LOGO รหัสวิชา 353152 วงจรอิเล็กทรอนิกส์ 1

POWER SUPPLY FILTERS

1

บทท่ี 5 วงจรกรองแรงดัน

SystemComplete power supply with transformer, rectifier,

filter, and regulator2

วงจรกรอง (Filter Circuit)3

เป็นวงจรท่ีใช้ส ำหรับกรองกระแสและแรงดนัจำกวงจรเรียงกระแสให้เรียบ เพื่อให้สำมำรถนำไปใชง้ำน เน่ืองจำกแรงดนัท่ีไดจ้ำกวงจรเรียงกระแสท่ีเรียกว่ำ พัลส์เซติงดีซี นั้น ยงัไม่สำมำรถนำไปใชง้ำนได ้เพรำะแรงไฟท่ีไดย้งัคงมีลกัษณะท่ีเป็นรูปคล่ืน ซ่ึงจะท ำให้วงจรอิเล็กทรอนิกส์เกิดปัญหำในกำรท ำงำน ดงันั้นจะตอ้งท ำแรงดนัท่ีเป็นคล่ืนเรียบเสียก่อนโดยวงจรกรอง วงจรกรองท่ีนิยมใชใ้นปัจจุบนั คือ วงจรคำปำซิสเตอร์ฟิลเตอร์ จะท ำหน้ำท่ีกรองแรงดนัท่ีไดจ้ำกวงจรเรียงกระแสใหเ้รียบ เพื่อท่ีจะน ำแรงดนันั้นไปใชง้ำน

ชนิดของวงจรกรองแรงดนั

1.วงจรกรองแรงดนัด้วยตวัเกบ็ประจุ (C-Filter)

2.วงจรกรองแรงดนัดว้ยตวัเหน่ียวน ำ (L- Filter)

3.วงจรกรองแรงดนัแบบใชว้งจรพำย (𝜋)

4.วงจรกรองแรงดนัแบบใชต้วัเหน่ียวน ำกบัตวัเก็บประจุ

(LC- Filter)

5.วงจรกรองแรงดนัแบบใชต้วัตำ้นทำนกนัตวัเก็บประจุ

(RC- Filter)

4

วงจรกรองแรงดนัด้วยตัวเกบ็ประจุ Capacitor-Input Filter5

กระแสอเิลก็ตรอน

กระแสอเิลก็ตรอน

กระแสอเิลก็ตรอน

เมื่อไดโอดน ำกระแสจะมีกำรเกบ็ประจุของตัวเกบ็ประจุเร่ิมต้น

ตัวเกบ็ประจุจะคำยประจุผ่ำน 𝑹𝑳หลงัจำกผ่ำนจุดสูงสุดของคลืน่ไซน์ทำงเข้ำ ไดโอดจะไม่น ำกระแส

กำรคำยประจุของตัวเก็บประจุ C จะหมดลงเมื่อแรงดันไซน์ทำงเข้ำสูงกว่ำแรงดัน 𝑽𝑪หลงัจำกน้ันจะมีกำรเกบ็ประจุอกีคร้ังโดยไดโอดน ำกระแส

พฤติกรรมของกระแสในตัวเก็บประจุแต่ละช่วงเวลำ

วงจรกรองแรงดนัด้วยตัวเกบ็ประจุ Capacitor-Input Filter

แรงดนัที่เกดิขึน้จำกกำรเกบ็ประจุและคำยประจุของตวัเกบ็ประจุในวงจรกรองแรงดนั

ลกัษณะกำรกระเพือ่มของแรงดนัไฟฟ้ำกระแสตรงที่ได้จำกวงจรกรอง

6 แรงดันพลิ้ว : Ripple VoltageRipple Factor (r) :

แรงดันพลิว้ คือ

แรงดันเฉลี่ย คือ

อตัรำส่วนของแรงดนัแรงดนัพล้ิว (Ripple Voltage) ต่อแรงดนัไฟฟ้ำกระแสตรง

𝑉𝑟(𝑟𝑚𝑠) =𝑉𝑟𝑝−𝑝

2 3

แรงดันค่ำใช้งำน (RMS) ของแรงดันพลิว้ (Ripple Voltage)

วงจรกรองแรงดนัด้วยตัวเกบ็ประจุ Capacitor-Input Filter

ค ำนวณหำค่ำตัวประกอบควำมพลิว้ของวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบไดโอดบริดจ์ท่ีต่อกับภำระดังรูปวงจร

เมือ่วดัแรงดนัตกคร่อมหลงัวงจรเรียงกระแสเตม็คลืน่แบบไดโอดบริดจ์ก่อนเข้ำวงจรกรอง จะได้

ค่ำแรงดนัพลิว้ คอื

แรงดนัเฉลีย่ คอื

ผลของค่ำตวัประกอบควำมพลิว้ คอื

7 EXAMPLE 1

Solution transformer turns ratio is n = 0.1

แรงดนัสูงสุดที่ขดปฐมภูม ิคอื

แรงดนัสูงสุดที่ขดทุตยิภูม ิคอื หรือ 3.9%

Simulation8

Output voltage without the filter capacitor

Determine the peak-to-peak ripple voltage(𝑉𝑟(𝑝𝑝)) if the filter capacitor in EXAMPLE 1 Figure is 2200 uF and the load resistance changes to 2.2𝑘Ω

9

วงจรกรองแรงดนัดว้ยตวัเกบ็ประจุ Capacitor-Input Filter

ผลกระทบท่ีเกิดขึน้ระหว่ำง full-wave bridge rectifierและ half-wave rectification ให้นักเรียนสังเกตผลที่เกิดขึน้และบอกควำมแตกต่ำงของควำมถี่ท่ีเกิดขึน้เป็นอย่ำงไร

10 Effect of an Open Diode in a Full-Wave Rectifier

วงจรกรองแรงดนัดว้ยตวัเกบ็ประจุ Capacitor-Input Filter11 Effects of a Faulty Filter Capacitor

◆ Open If the filter capacitor for a full-wave rectifier opens, the output is a full-wave rectified voltage.

◆ Shorted If the filter capacitor shorts, the output is 0 V.

◆ Leaky A leaky filter capacitor is equivalent to a capacitor with a parallel leakage resistance.

วงจรกรองแรงดนัด้วยตัวเกบ็ประจุ Capacitor-Input Filter12

1. วงจรกรองกระแสใหแ้รงดนัไฟฟ้ำกระแสตรงท่ีเอำตพ์ตุ 75 V โดยมีแรงดนัพล้ิว(peak-to-peak ripple ) 0.5 V. จงค ำนวณหำค่ำตวัประกอบควำมพล้ิว

2. วงจรเรียงกระแสแบบเตม็คล่ืนมีแรงดนัเอำตพ์ตุสูงสุด 30 V. ใชต้วัเกบ็ประจุขนำด 50 uF กรองกระแสจงค ำนวณหำแรงดนัควำมพล้ิว (peak-to-peak ripple voltage) เม่ือต่ออยูก่บัภำระ 600Ω.

3. จำกขอ้ 2 จงค ำนวณหำเปอร์เซ็นควำมพล้ิว

4. What value of filter capacitor is required to produce a 1% ripple factor for a full-wave rectifier having a load resistance of 1.5𝑘Ω? Assume the rectifier produces a peak output of 18 V.

5.What value of filter capacitor is required to produce a 1% ripple factor for a full-wave rectifier having a load resistance of 10𝑘Ω? Assume the rectifier produces a peak output of 18 V.

6. A full-wave rectifier produces an 80 V peak rectified voltage from a 60 Hz ac source. If a 10𝜇𝐹 filter capacitor is used, determine the ripple factor for a load resistance of 10𝑘Ω

กำรบำ้น คร้ังท่ี 5

วงจรกรองแรงดนัดว้ยตวัเกบ็ประจุ Capacitor-Input Filter13

7. Determine the peak-to-peak ripple and dc output voltages in Figure. The transformer has a 36 V rms secondary voltage rating, and the line voltage has a frequency of 60 Hz.

8. Refer to Figure and draw the following voltage waveforms in relationship to the input waveforms: VAB, VAD, and VCD. A double letter subscript indicates a voltage from one point to another.

การบา้น คร ัง้ที ่5