สื่อการเรียนการสอน วิชา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร วิชา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร รหัสวิชา 2104-2102 จัดทำโดย นายชัยทัต นาคเหล็ก วิทยาลัยเทคโนโลยีอุตรดิตถ์

ลำดับขั้นการใช้สื่อการเรียนการสอน วิชา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร ลำดับขั้นการใช้สื่อการเรียนการสอน วิชา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร D B C A นำเข้าสู่บทเรียนด้วยวิดิทัศน์ ศึกษาภาคทฤษฎีด้วยโปรแกรมนำเสนอ ทดลองเบื้องต้นด้วยโปรแกรมจำลอง และทดลองปฏิบัติ รายงานผลการปฏิบัติงานด้วยโปรแกรมแคมตาเซีย

ทำไมต้องศึกษาเกี่ยวกับอิเล็กทรอนิกส์

เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ในอนาคต

ไดโอดและวงจรเรียงกระแส หน่วยการเรียนที่ 2 ไดโอดและวงจรเรียงกระแส

ผลการเรียนรู้ที่คาดหวัง นักศึกษาเขียนโครงสร้างของไดโอดแบบต่างๆได้ นักศึกษาสามารถอธิบายหลักการทำงานของไดโอดแบบต่างๆได้ นักศึกษาสามารถอธิบายการจ่ายไฟแบบไบอัสตรงได้ นักศึกษาสามารถอธิบายการจ่ายไฟแบบไบอัสกลับได้ นักศึกษาสามารถบอกวิธีการต่อวงจรเรียงกระแสแบบต่างๆได้

จุดประสงค์การเรียนรู้ เพื่อให้นักศึกษามีความรู้ และเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างและส่วนประกอบของ ไดโอด แบบต่างๆได้ บอกหลักการทำงานของไดโอดแบบต่างๆได้ อธิบายการจ่ายไฟไบอัสตรงและไบอัสกลับให้ไดโอดได้ นักศึกษาสามารถเขียนวงจรเรียงกระแสจากกระแสสลับเป็นกระแสตรงได้

นักศึกษาสามารถเขียนวงจรเรียงกระแสแบบครึ่ง คลื่นโดยใช้ไดโอดได้ นักศึกษาสามารถเขียนวงจรเรียงกระแสแบบเต็ม ลูกคลื่นโดยใช้ไดโอดได้ นักศึกษาสามารถเขียนวงจรเรียงกระแสแบบ บริดจ์ได้

เรื่อง โครงสร้างและส่วนประกอบของไดโอด สาระการเรียนรู้ที่ 3 เรื่อง โครงสร้างและส่วนประกอบของไดโอด

ไดโอด (DIODE) คืออะไร? ไดโอด เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดสองขั้ว ไดโอดทำมาจากสารกึ่งตัวนำ (Semi-conductor diode) โดยนิยมใช้ในการควบคุมทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า กล่าวคือไดโอดจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ในทิศทางเดียว และกั้นการไหลในทิศทางตรงกันข้าม

การทำงานของไดโอด ไดโอดเป็นอุปกรณ์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำชนิดพีและชนิดเอ็น ( P-N )สามารถควบคุมให้กระแสไฟฟ้าจากภายนอกไหลผ่านตัวมันได้ทิศทางเดียวไดโอดประกอบด้วยขั้ว 2 ขั้ว คือ แอโนด (Anode; A) ซึ่งต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด P และ แคโธด (Cathode; K) ซึ่งต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด N

การทำงานของไดโอด

รูปที่ 2.1 สัญลักษณ์ของไดโอดและไดโอดแบบต่างๆ รูปที่ 2.1 สัญลักษณ์ของไดโอดและไดโอดแบบต่างๆ

รูปที่ 2.2 วงจรภายในของไดโอด รูปที่ 2.2 วงจรภายในของไดโอด

การวัดหาขั้วของไดโอด การวัดหาขั้วของไดโอดโดยทั่วไป ปกติไดโอดมี 2ขั้วคือ ขั้วอาโนด จะยอมให้มีไฟบวกไหลผ่าน และขั้วแคโทด จะยอมให้ไปลบไหลผ่านได้ ดังนั้นเราสามารถใช้เครื่องวัดมัลติมิเตอร์ วัดได้ ดังนี้

การตรวจหาขั้วของไดโอด

การตรวจเช็คไดโอด

การจ่ายไฟตรงให้กับไดโอด การต่อวงจรจ่ายไฟให้กับไดโอดแบบไบอัสตรง คือการจ่ายไฟฟ้าขั้วลบให้กับขาแคโทด และจากขาอาโนดต่อไปยังโหลด และต่อมายังแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงขั้วบวก โดยเมื่อขั้วแคโทดได้รับไฟฟ้าลบจะทำให้กระแสอิเล็กตรอนเกิดการเคลื่อนที่

รูปที่ 2.3 การนำกระแสของไดโอด

รูปที่ 2.4 การนำกระแสของไดโอดแบบซิลิกอนและ เยอรมันเนียมเมื่อไบอัสตรง รูปที่ 2.4 การนำกระแสของไดโอดแบบซิลิกอนและ เยอรมันเนียมเมื่อไบอัสตรง

การจ่ายไฟตรงให้กับไดโอด การต่อวงจรจ่ายไฟให้กับไดโอดแบบไบอัสตรง คือการจ่ายไฟฟ้าขั้วลบให้กับขาคาโทด และจากขาอาโนดต่อไปยังโหลด และต่อมายังแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงขั้วบวก โดยเมื่อขั้วคาโทดได้รับไฟฟ้าลบจะทำให้กระแสอิเล็กตรอนเกิดการเคลื่อนที่ ช่วงแรกไดโอดจะไม่นำกระแสไฟฟ้า เพราะกระแสไฟฟ้าไม่สามารถไหลผ่านรอยต่อพีเอ็นได้ จนเมื่อมี แรงดันที่ไดโอดเพิ่มขึ้นจนถึง 0.7 โวล์ท ไดโอดแบบซิลิกอนหรือ แรงดันเพิ่มเป็น 0.3 โวล์ท ไดโอดแบบเยอรมันเนียม รอยต่อพีเอ็นจึงยุบตัวลง ไดโอดจึงนำกระแสได้จุดนำกระแสนี้เราเรียกว่า “ จุดพังทลายของแรงดัน (Break down Voltage)”

การต่อวงจรไดโอด กดคลิก การจ่ายไฟแบบไบอัสตรง คือ การป้อนไฟบวกให้กับขั้วแอโนด และไฟลบให้ขาแคโทด จะทำให้ไดโอดนำกระแส จึงต่อวงจร เปรียบได้กับสวิทช์ต่อวงจร กดคลิก

การไบอัสกลับให้กับไดโอด การต่อวงจรจ่ายไฟให้กับไดโอดแบบไบอัสกลับ คือการจ่ายไฟฟ้าขั้วบวกให้กับขาคาโทด และจากขาอาโนด ไปยังแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงขั้วลบ ซึ่งไม่เป็นไปตามหลักของไดโอด กล่าวคืออาโนดต้องรับไฟบวก และคาโทดต้องรับไฟลบ เมื่อมีการต่อกลับขั้วไดโอดจึงไม่นำกระแสเปรียบได้กับสวิทช์เปิดวงจร

ไดโอดมีการต่อวงจรการใช้งาน การจ่ายไฟแบบไบอัสกลับ คือ การป้อนไฟลบให้กับขั้วแอโนด และไฟบวกให้ขาแคโทด จะทำให้ไดโอดไม่นำกระแส จึงไม่ต่อวงจร เปรียบได้กับสวิทช์เปิดวงจร การต่อไบอัสกลับ

ชนิดของไดโอด ไดโอดมีการพัฒนาให้มีรูปร่างลักษณะและประโยชน์การใช้งานให้มีความหลากหลาย โดยที่นี้จะกล่าวถึงไดโอดที่นิยมใช้งานในวงจรเบื้องต้น 5 ชนิด ประกอบด้วย

ชนิดของไดโอด ไดโอดกำลัง ไดโอดเปล่งแสง ไดโอดเรียงกระแส ซีเนอร์ไดโอด โฟโตไดโอด

ไดโอดเรียงกระแส(rectifier diode) วงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ จะต้องใช้แรงดันเลี้ยงวงจรเป็นแรงดันไฟตรง (DC) โดยทำการแปลงแรงดันไฟสลับ (AC) ให้เป็นแรงดันไฟตรง (DC) วงจรที่ทำหน้าที่ดังกล่าวนี้เรียกว่าวงจรเรียงกระแส(Rectifier Circuit) หรืออาจเรียกว่าวงจรเรียงกระแส อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่นี้คือไดโอด ไดโอดที่นิยมนำมาใช้งานใน วงจรเรียงกระแส เป็นไดโอด ชนิดซิลิกอน

หลักการทำงาน การทำงานของไดโอดเรียงกระแสใช้หลักการจ่ายไบอัสตรง และการจ่ายไบอัสกลับให้ตัวไดโอด เพื่อทำให้ไดโอดนำกระแสและหยุดนำกระแสตามสภาวะไบอัสที่จ่ายแรงดันที่ผ่านการ เรียงกระแสแล้ว ได้แรงดันออกมาเป็นไฟตรงซีกบวกหรือแรงดันไฟตรงซีกลบ แรงดันไฟตรงจะได้ออกมาซีกใดขึ้นอยู่กับการจัดวงจรไดโอดเรียงกระแส ถ้าไดโอดจัดให้ขาแคโถด (K) ออกเอาต์พุตได้แรงดันซีกบวกออกมา และถ้าไดโอดจัดให้ขาแอโนด (A) ออกเอาต์พุตได้แรงดันซีกลบออกมา ลักษณะการเรียงกระแสเบื้องต้น

รูปที่ 2.5 เรียงกระแสด้านบวก

รูปที่ 2.6 เรียงกระแสด้านลบ รูปที่ 2.6 เรียงกระแสด้านลบ

ไดโอดเปล่งแสง แอลอีดี(LIGHT EMITTING DIODS) LED เป็นไดโอดที่ใช้สารประเภทแกลเลี่ยมอาร์เซ็นไนต์ฟอสไฟต์ (Gallium Arsenide Phosphide ; GaAsP) หรือสารแกลเลี่ยมฟอสไฟต์ (Gallium Phosphide ; GaP) มาทำเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด P และ N แทนสาร Si และ Ge สารเหล่านี้มีคุณลักษณะพิเศษ คือ สามารถเรืองแสงได้เมื่อได้รับไบอัสตรง การเกิดแสงที่ตัว LED นี้เราเรียกว่า อิเล็กโทรลูมินิเซนต์ (Electroluminescence) ปัจจุบันนิยมใช้ LED แสดงผลในเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องคิดเลข, นาฬิกา เป็นต้น

รูปที่ 2.7 ไดโอดเปล่งแสง

รูปที่ 2.7 สัญลักษณ์ไดโอดเปล่งแสง รูปที่ 2.7 สัญลักษณ์ไดโอดเปล่งแสง

คุณสมบัติของไดโอด ไดโอดเปล่งแสงเป็นอุปกรณ์ที่สร้างแสงขึ้นแทนหลอดสัญญาณแต่ใช้แรงดันไฟฟ้าและกินกระแสต่ำ มีขนาดเล็ก ไดโอดตัวแรกเป็นอุปกรณ์หลอดสูญญากาศ โดยไดโอดแบบสารกึ่งตัวนำตัวแรกถูกค้นพบจากการทดสอบความสามารถในการเรียงกระแสของผลึกโดยคาร์ล เฟอร์ดินานด์ บรวน นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ในปี พ.ศ. 2417 เรียกว่า cat's whisker diodes และได้ถูกพัฒนาในปี พ.ศ. 2449 โดยทำไดโอดมาจากผลึกแร่กาลีนาแต่ทุกวันนี้ไดโอดที่ใช้ทั่วไปผลิตมาจากสารกึ่งตัวนำเช่นซิลิกอนหรือ เจอร์เมเนียม

การใช้งานไดโอดเปล่งแสง เรานิยมนำแอลอีดี หรือไดโอดเปล่งแสง ไปใช้เป็นหลอดสัญญาณ แสดงการทำงานของอุปกรณ์ หรือวงจรไฟฟ้าโดยสามารถทดลองต่อวงจร

การใช้งานไดโอดเปล่งแสง

โฟโตไดโอด (PHOTO DIODS) โฟโตไดโอด เป็นไดโอดที่อาศัยแสงจากภายนอกผ่านเลนซ์ ซึ่งฝังตัวอยู่ระหว่างรอยต่อ p-n เพื่อกระตุ้นให้ไดโอดทำงาน การต่อโฟโตไดโอดเพื่อใช้งานจะเป็นแบบไบอัสกลับ ทั้งนี้เพราะไม่ต้องการให้โฟโตไดโอดทำงานในทันทีทันใด แต่ต้องการให้ไดโอดทำงานเฉพาะเมื่อมีปริมาณแสงสว่างมากพอตามที่กำหนดเสียก่อน กล่าวคือ เมื่อเลนซ์ของโฟโตไดโอดได้รับแสงสว่างจะเกิดกระแสรั่วไหล ปริมาณกระแสรั่วไหลนี้เพิ่มขึ้นตามความเข้มของแสง

รูปที่ 2.8 โฟโตไดโอด

รูปที่ 2.9 สัญญลักษณ์ของไฟโตไดโอด

รูปที่ 2.10 แสดงลักษณะภายในของไฟโตไดโอด

การใช้งานโฟโตไดโอด โดยเราสามารถนำไปสร้างเป็นวงจรควบคุมได้ โดยประยุกต์เข้ากับรีเลย์แล้วนำมาต่อใช้งานได้เช่น วงจรควบคุมมอเตอร์ด้วยแสง สวิทช์เปิดปิดไฟฟ้าอัตโนมัติ เป็นต้น

รูปที่ 2.11 การต่อใช้งานโฟโตไดโอด ตัวอย่างการต่อใช้งาน เรานำโฟโต้ไดโอดไปต่อกับวงจรและนำไปขับรีเลย์โดยนำไปควบคุมการหมุนมอเตอร์โดยมอเตอร์จะหมุนเมื่อมีแสงไปกระทบกับแผ่นรับแสงของโฟโต้ไดโอด รูปที่ 2.11 การต่อใช้งานโฟโตไดโอด

ไดโอดกำลัง (Power Diode) ไดโอดกำลัง เป็นไดโอดที่ออกแบบให้บริเวณรอยต่อมีช่วงกว้างมากกว่าไดโอดทั่วไป เพื่อนำไปใช้กับงานที่มีกำลังไฟฟ้าสูง กระแสสูงและทนต่ออุณหภูมิสูงได้ เช่น ประกอบเป็นวงจรเรียงกระแส ในอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เป็นต้น จะเห็นได้ว่าเมื่อพิกัดกระแสไฟฟ้ามีค่าหลายร้อยแอมป์ ทำให้ไดโอดมีอุณหภูมิขณะทำงานสูง โดยทั่วไปจึงนิยมใช้ร่วมกับตัวระบายความร้อน (Heat Sinks)เพื่อเพิ่มพื้นที่ระบายความร้อนภายในตัวไดโอดกำลัง

รูปที่ 2.17 แบบต่างๆของไดโอดกำลัง

รูปที่ 2.12 วงจรการใช้งานไดโอดกำลัง (Power Diode)

ซีเนอร์ไดโอด ซีนเนอร์ไดโอด เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ ที่นำกระแสได้เมื่อได้รับไบอัสกลับ และระดับแรงดันไบอัสกลับที่นำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งานได้เรียกว่า ระดับแรงดันพังทลายซีเนอร์ (Zener Breakdown Voltage ; Vz ซีเนอร์ไดโอด จะมีแรงดันไบอัส กลับ Vr น้อยกว่า Vz เล็กน้อย ไดโอดประเภทนี้เหมาะที่จะนำไปใช้ควบคุมแรงดันที่โหลดที่ต้องการแรงดันที่คงที่ เช่น ประกอบอยู่ในแหล่งจ่ายไฟเลี้ยง

รูปที่ 2.13 สัญลักษณ์ซีเนอร์ไดโอด

ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสกับแรงดันไฟฟ้าซีเนอร์ไดโอด ซีนเนอร์ไดโอด ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสกับแรงดันไฟฟ้าซีเนอร์ไดโอด กระแสไฟฟ้า(mA) แรงดันไฟฟ้า(v) รูปที่ 2.20 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง I และ V

ภาพที่ 2.14 เปรียบเทียบขนาดกระแสและแรงดันไฟฟ้าซีเนอร์ไดโอดเบอร์ต่างๆ

ให้นักเรียนออกแบบวงจรควบคุมไฟฟ้าแสงสว่างด้วยไดโอด โดยมีเงื่อนไขดังนี้ การทดลองที่ 1 ให้นักเรียนออกแบบวงจรควบคุมไฟฟ้าแสงสว่างด้วยไดโอด โดยมีเงื่อนไขดังนี้ เมื่อกดสวิทช์ S1 จะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านไดโอด D1 หากเป็นการจ่ายไฟตรงกับไดโอด หลอดไฟฟ้า L1 จะสว่าง หากเป็นการจ่ายไฟกลับกับไดโอด หลอดไฟฟ้า L1 จะดับ

เฉลยการทดลองที่ 1

ลำดับการทดลองที่ 1 1.ประกอบวงจรการทดลอง

ลำดับการทดลองที่ 1 2. ทดลองการทำงานตามวงจร

รายงานผลการทดลองที่ 1 รายงานผลการทดลอง โดยนายชัยวัฒน์ หนูวิเศษ รายงานผลการทดลอง โดยนายชัยวัฒน์ หนูวิเศษ นักศีกษาชั้น ปวช.2/1 แผนกไฟฟ้ากำลัง วิทยาลัยเทคนิคทุ่งสง

การทดลองที่ 2 ให้นักเรียนออกแบบวงจรควบคุมมอเตอร์ด้วยไดโอด และไดโอดเปล่งแสง โดยมีเงื่อนไขดังนี้ เมื่อกดสวิทช์ S1 จะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านไดโอด D1 หากเป็นการจ่ายไฟตรงจะทำให้รีเลย์ RL1 ทำงาน มอเตอร์จะหมุน หากเป็น RL1 ทำงานหลอดไดโอดเปล่งแสง L1 จะสว่าง หากเป็น RL1 ไม่ทำงานหลอดไดโอดเปล่งแสง L2 จะสว่าง

เฉลยการทดลองที่ 2

รายงานผลการทดลองที่ 2 รายงานผลการทดลอง โดยนางสาวกมลวรรณ เกิดกุญชร รายงานผลการทดลอง โดยนางสาวกมลวรรณ เกิดกุญชร นักศีกษาชั้น ปวช.2/1 แผนกไฟฟ้ากำลัง

สาระการเรียนรู้ที่ 4 เรื่อง วงจรเรียงกระแส

ผลการเรียนรู้ที่คาดหวัง นักศึกษาสามารถบอกวิธีการต่อวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นได้ นักศึกษาสามารถบอกวิธีการต่อวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นได้ นักศึกษาสามารถบอกวิธีการต่อวงจรเรียงกระแสแบบบริดซ์ได้

จุดประสงค์การเรียนรู้ นักศึกษาสามารถเขียนวงจรเรียงกระแสจากกระแสสลับเป็นกระแสตรงได้ นักศึกษาสามารถต่อวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นได้ นักศึกษาสามารถต่อวงจรเรียงกระแสแบบเต็มลูกคลื่นได้ นักศึกษาสามารถต่อวงจรเรียงกระแสแบบบริดซ์ได้

นักศึกษาสามารถอธิบายการทำงานของวงจรเรียงกระแสแบบครึ่ง คลื่นโดยใช้ไดโอดได้ นักศึกษาสามารถอธิบายการทำงานของวงจรเรียงกระแสแบบเต็ม ลูกคลื่นโดยใช้ไดโอดได้ นักศึกษาสามารถอธิบายการทำงานของวงจรเรียงกระแสแบบ บริดจ์ได้

วงจรเรียงกระแสคืออะไร? คือวงจรที่ใช้คุณสมบัติของไดโอดเรื่องการจ่ายไฟ ตรงให้กับไดโอดเรียงกระแส เมื่อจ่ายไฟตรงไดโอดจะนำกระแสไฟฟ้า และเมื่อมีการจ่ายไฟกลับไดโอดจะไม่นำกระแสไฟฟ้า จากหลักการดังกล่าว เราจึงมาสร้างเป็นวงจรแปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง โดยเราสามารถสร้างวงจรที่ให้ลูกคลื่นออกมาทางด้านบวก หรือลบด้านไดด้านหนึ่งได้

วงจรเรียงกระแสแบบจ่ายไฟตรงด้านบวก คือการนำแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับมาต่ออนุกรมกับไดโอดเรียงกระแส คือ D1 และต่อเข้ากับตัวความต้านทานขนาด 100 โอห์มและกลับไปครบวงจรที่แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ จากวงจรดังกล่าวจะเห็นว่าไดโอดD1นั้นจะนำกระแสเฉพาะด้านที่แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับจ่ายไฟเป็นไฟบวกเท่านั้นและจะไม่นำกระแสช่วงที่แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับจ่ายไฟเป็นไฟลบ

รูปที่ 2.15 วงจรเรียงกระแสแบบจ่ายไฟตรงด้านบวก

วงจรเรียงกระแสแบบจ่ายไฟกลับ ด้านลบ คือการนำแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับมาต่ออนุกรมกับไดโอดเรียงกระแส คือ D1 แบบกลับด้าน และต่อเข้ากับตัวความต้านทานขนาด 100โอห์ม และกลับไปครบวงจรที่แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ จากวงจรดังกล่าวจะเห็นว่าไดโอด D1นั้นจะนำกระแสเฉพาะด้านที่แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับจ่ายไฟเป็นไฟลบเท่านั้น และจะไม่นำกระแสช่วงที่แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับจ่ายไฟเป็นไฟบวก

รูปที่ 2.16 วงจรเรียงกระแสแบบจ่ายไฟกลับด้านลบ

รูปแบบของวงจรเรียงกระแส วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นแบบใช้วงจรRC (Half Wave Rectifier) วงจรเรียงกระแสแบบเต็มลูกคลื่นใช้หม้อแปลงแทปกลาง (Full Wave Rectifier by Center-tapped Transformer) วงจรเรียงกระแสแบบเต็มลูกคลื่นแบบบริดจ์ ( Full Wave Bridge Rectifier)

วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นแบบใช้วงจร RC (Half Wave Rectifier)

รูปที่ 2.17 การต่อวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น

รูปที่ 2.18 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มลูกคลื่น รูปที่ 2.18 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มลูกคลื่น

วงจรเรียงกระแสแบบเต็มลูกคลื่นใช้หม้อแปลงแทบกลาง (Full Wave Rectifier by Center-tapped Transformer)

ประโยชน์ของวงจร วงจรเรียงกระแสแบบเต็มลูกคลื่นใช้หม้อแปลงแทป กลาง เป็นวงจรเรียงกระแสที่แปลงแรงดันไฟสลับเป็นแรงดันไฟตรงโดยการต่อไดโอด 2 ตัว ให้ทำงานทั้งสองทางคือด้านที่แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับจ่ายทั้งด้านบวก และด้านลบ โดยต่อร่วมกับคาปาซิเตอร์ขนานกับตัวความต้านทานเพื่อทำหน้าที่กรองสัญญาณไฟที่กระเพื่อมให้เรียบขึ้น

หลักการทำงานของวงจร การทำงานของวงจรตามรูปที่ 2.18 อธิบายได้ดังนี้ ที่จุด 1 เมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกบวกตำแหน่ง A ป้อนให้ไดโอด D1 ไดโอด D1 ได้รับไบอัสตรงนำกระแส มีกระแสไหลผ่าน D1 ผ่าน RL ครบวงจรที่ แทบ กลาง (CT) ได้แรงดันตกคร่อม RL ตามจุด 2 ที่ตำแหน่ง A ส่วนด้านล่างที่ไดโอด D2 มีแรงดันไฟสลับซีกลบจ่ายให้ไดโอด D1 ได้รับไบอัสกลับไม่นำกระแส

รูปที่ 2.19 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มลูกคลื่นใช้หม้อแปลงแทบกลาง รูปที่ 2.19 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มลูกคลื่นใช้หม้อแปลงแทบกลาง

เมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกลบตำแหน่ง B ของจุด 1 ป้อนให้ไดโอด D1 ไดโอด D1 ได้รับไบอัสกลับไม่นำกระแส ส่วนด้านล่างที่ไดโอด D2 มีแรงดันไฟสลับซีกบวกจ่ายให้ไดโอด D2 ได้รับไบอัสตรงนำกระแสมีกระแสไหลผ่าน D2 ผ่าน RL ครบวงจรที่แทบกลาง (CT) ได้แรงดันตกคร่อม RL ตามจุด 2 ที่ตำแหน่ง B เมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกบวกตำแหน่ง C ของจุด 1 ป้อนให้ไดโอด D1 อีกครั้งเป็นการทำงานซ้ำเหมือนกับที่ตำแหน่ง A ทุกประการ ได้แรงดันตกคร่อม RL ตามจุด 2 ที่ตำแหน่ง C และเมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกลบตำแหน่ง D ของจุด 1 ป้อนให้ไดโอด D1 อีกครั้งเป็นการทำงานซ้ำเหมือนกับที่ตำแหน่ง B ทุกประการได้แรงดันตกคร่อม RL ตามจุด 2 ที่ตำแหน่ง D

วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น ( Half Wave Bridge Rectifier)

วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์ ( Full Wave Bridge Rectifier)

วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์ ( Full Wave Bridge Rectifier)

จากรูปที่ 2.19 แสดงวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์รูปที่ 5 (ก) เป็นวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์ มีไดโอด D1-D4 เป็นวงจรเรียงกระแส หม้อแปลง T1 เป็นชนิดธรรมดาไม่มีแทบกลาง (CT) วัดสัญญาณที่จุด 1 และจุด 2 ออกมาได้เหมือนกับวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นใช้หม้อแปลงแทบกลางทุกประการ การทำงานของวงจรตามรูปที่ 2.19 อธิบายได้ดังนี้ ที่จุด 1 เมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกบวกตำแหน่ง A ป้อนเข้ามา ไดโอด D2, D4

หลักการทำงานของวงจร วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์ คือวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นนั่นเอง เพียงแต่การจัดวงจรเรียงกระแสมีความแตกต่างไปจากวงจรเรียงกระแสเต็ม คลื่นใช้หม้อแปลงมีแทบกลาง วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์ประกอบด้วยหม้อแปลงใช้ชนิดทางขดทุติย ภูมิมี 2 ขั้วต่อไม่ต้องมีแทบกลาง (CT) ใช้ไดโอดในการเรียงกระแส 4 ตัว การทำงานแต่ละครั้งไดโอดทำงานเป็นชุด 2 ตัว ลักษณะวงจรและแรงดันที่ได้แสดงดังรูปที่ 2.20

รูปที่ 2.20 วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ รูปที่ 2.20 วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์

ได้รับไบอัสตรงนำกระแส มีกระแสไหลผ่าน D2, RL และผ่าน D4 ครบวงจร ได้แรงดันตกคร่อม RL ตามจุด 2 ที่ตำแหน่ง A ส่วนไดโอด D1, D3 ได้รับไบอัสกลับไม่นำกระแส เมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกลบตำแหน่ง B ของจุด 1 ป้อนเข้ามาไดโอด D1, D3 ได้รับไบอัสตรงนำกระแสมีกระแสไหลผ่าน D3, RL และผ่าน D1 ครบวงจร ได้แรงดันตกคร่อม RL ตามจุด 2 ที่ตำแหน่ง B ส่วนไดโอด D2, D4 ได้รับไบอัสกลับไม่นำกระแส

เมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกบวกตำแหน่ง C ของจุด 1 ป้อนเข้ามาอีกครั้ง ไดโอด D2, D4 ได้รับไบอัสตรงนำกระแส เป็นการทำงานเหมือนกับที่ตำแหน่ง A ทุกประการ ได้แรงดันตกคร่อม RL ตามจุด 2 ที่ตำแหน่ง C และเมื่อมีแรงดันไฟสลับซีกลบตำแหน่ง D ของจุด 1 ป้อนเข้ามาอีกครั้ง ไดโอด D1, D3 ได้รับไบอัสตรงนำกระแส เป็นการทำงานซ้ำเหมือนกับที่ตำแหน่ง B ทุกประการ ได้แรงดันตกคร่อม RL ตามจุด 2 ที่ตำแหน่ง D

รูปที่ 2.21 วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ รูปที่ 2.21 วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์

จากวงจรนี้เราจะนำแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ มาต่อกับหม้อแปลงไฟฟ้าแบบ 2P2S(ขดลวดด้านปฐมภูมิ 1 ขดและทุติยภูมิ 1 ขด) และมาต่อกับบริดจ์เรียงกระแส โดยมีการต่อวงจรRC เพื่อให้กรองสัญญาณที่กระเพื่อมให้ราบเรียบขึ้น

เมื่อเรานำออสซิลโลสโคปไปวัดเปรียบเทียบระดับสัญญาณของภาครับจากแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับจะเห็นว่าเป็นคลื่นซายน์ (Sine Wave) คือแสดงเป็นสีเหลือง และผลที่ได้จากการแปลงด้วยวงจรเรียงกระแส จะพบว่าคลื่นจะเกือบเป็นเส้นตรง คือเป็นสัญญาณแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง ดังแสดงจากสีฟ้า

การทดลองที่ 3 ให้นักเรียนออกแบบวงจรเรียงกระแสด้วยไดโอดแบบฮาล์ฟเวฟ โดยมีเงื่อนไขของวงจรดังนี้ จ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ 220 โวล์ท ให้กับวงจรเรียงกระแส แปลงแรงดันไฟฟ้าด้วยหม้อแปลงเหลือ 12 โวล์ท ผ่านวงจรเรียงกระแสเป็นกระแสตรง ผ่านไอซีเร็กกูเรท #7805 เหลือแรงดันออกมาเป็นกระแสตรง 5 โวล์ท

เฉลยการทดลองที่ 3

รายงานผลการทดลองที่ 3 รายงานผลการทดลอง โดยนายสรพงษ์ สุดจะดี นักศีกษาชั้น ปวช.2/1 แผนกไฟฟ้ากำลัง

การทดลองที่ 4 ให้นักเรียนออกแบบวงจรเรียงกระแสด้วยไดโอดแบบฟุลเวฟ โดยมีเงื่อนไขของวงจรดังนี้ จ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ 220 โวล์ท ให้กับวงจรเรียงกระแส แปลงแรงดันไฟฟ้าด้วยหม้อแปลงเหลือ 12 โวล์ท ผ่านวงจรเรียงกระแสเป็นกระแสตรง ผ่านไอซีเร็กกูเรท #7805 เหลือแรงดันออกมาเป็นกระแสตรง 5 โวล์ท

เฉลยการทดลองที่ 4

รายงานผลการทดลองที่ 4 รายงานผลการทดลอง โดยนางสาวกมลวรรณ เกิดกุญชร รายงานผลการทดลอง โดยนางสาวกมลวรรณ เกิดกุญชร นักศีกษาชั้น ปวช.2/1 แผนกไฟฟ้ากำลัง

การทดลองที่ 5 ให้นักเรียนออกแบบวงจรเรียงกระแสด้วยไดโอดแบบบริดซ์โดยมีเงื่อนไขของวงจรดังนี้ จ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ 220 โวล์ท ให้กับวงจรเรียงกระแส แปลงแรงดันไฟฟ้าด้วยหม้อแปลงเหลือ 12 โวล์ท ผ่านวงจรเรียงกระแสเป็นกระแสตรง ผ่านไอซีเร็กกูเรท #7805 เหลือแรงดันออกมาเป็นกระแสตรง 5 โวล์ท

เฉลยการทดลองที่ 5

รายงานผลการทดลองที่ 5 รายงานผลการทดลอง โดยนายสรพงษ์ สุดจะดี นักศีกษาชั้น ปวช.2/1 แผนกไฟฟ้ากำลัง

สรุปผลการเรียนรู้ เรื่องไดโอดและวงจรเรียงกระแส

สวัสดีครับ !