آموزش دیود و نحوه ساختن منبع تغذیه AC به DC

در این پست یکسو کننده ها و پل دیودهای سیلیکونی را توضیح میدهیم و اینکه چگونه AC را به DC تبدیل می کند نوار کوچک در انتهای دیود به شما می گوید که از کجا می توانید آن را در مدار خود قرار دهید

اما دیود چیست؟
دیود وسیله ای است که جریان را قادر می سازد از یک جهت جریان یابد یک روش مفید برای به یاد آوردن این مطلب مقایسه دیودها با دریچه های آب است که فقط اجازه می دهد آب از یک طرف جریان یابد بنابراین اگر شما یک ولتاژ AC یا جریان را از طریق یک دیود تغذیه می کنید ، ولتاژ منفی مسدود می شود و تنها بار مثبت باقی خواهد ماند.

نیمی از شکل موج این فرایند اصلاح نیمه موج نامیده می شود و لازم نیست فقط با موج های سینوسی باشد. این امر همچنین با امواج مثلث امواج موج مربع یا هر شکل موج دیگری که وارد منفی شود کار خواهد کرد.

تمام دیودها دارای افت ولتاژ رو به جلو یا "Vf" خواهند بود این بدان معنی است که هرگاه جریان از طریق یک دیود به جلو جریان یابد ، افت ولتاژ معمولاً در حدود ولتاژ خواهد بود.
تعداد دقیق با جریان دما و نوع دیود متفاوت خواهد بود ، اما حالا بگذارید فقط بگوییم که 0.7 ولت است بنابراین یک دیود سیلیکون حتی تا زمانی که 0.7 ولت در آن وجود نداشته باشد حتی روشن نمی شود و بعد از روشن شدن آن همیشه چنین خواهد بود افت 0.7 ولت در دیود

این مثال ها را ببینید تا منظورم را بهتر متوجه شوید: با ولتاژ منفی روی ورودی ، دیود نمی تواند روشن شود ، بنابراین شما هیچ چیزی روی خروجی نمی گیرید.

ولتاژ روی ورودی  کافی نیست که دیود را روشن کند تا مجدداً چیزی دریافت نمیکنید با ولت روی ورودی فقط کافی است که دیود را روشن کنید اما به دلیل افت ولتاژ فقط 0.2 ولت باقی مانده و با 10 ولت منفی گاهی اوقات ولتاژ رو به جلو یک مشکل است وگاهی اوقات این طور نیست

به عنوان مثال من در اینجا با 10 ولت  به ورودی خود را نشان می دادم اما اگر من در تلاش بودم 0.5V AC را اصلاح کنم مثل سیگنال از پخش کننده MP3 من خارج می شود که افت 0.7V را دارد. شما باید برای مقابله با آن از تکنیک های پیشرفته ای مانند فوق دیودها استفاده کنید  
چگونه می توانید پیش بینی کنید که دیود در حال خراب شدن است؟

 Vf هدر رفته در یک دیود توسط  جریان جاری از طریق دیود داده می شود 

بنابراین برای یک دیود معمولی سیلیکون با Vf = 0.7V ، با یک میلی آمپر جریان می یابد بنابراین مشکلی نخواهد بود اما در3 آمپر شما  حرارتی تولید می کنید که قابل توجه است بنابراین شما مجبور خواهید بود از دیود بزرگتر استفاده کنید یا از دیود با ولتاژ رو به جلو پایین تر مانند یک دیود schottky استفاده کنید می توانید برای جریان بیشتر دیودها را به طور موازی قرار دهید.

اتفاقی که رخ می دهد این است که یک دیود تمام کارها را تمام می کند و در آخر دیودهای دیگر را گرم می کنند.
آخرین غیر یکتایی که می خواهم در مورد آن صحبت کنم سرعت تغییر دیود است 1N4007 که در اینجا استفاده شده است برای الکترونیک هایی با فرکانس پایین مانند  50 - 60 هرتز AC  طراحی شده است حالا می بینید  که چه زمانی فرکانس ورودی را افزایش می دهد پس از حدود 15 کیلو هرتز ، این دیود بی فایده می شود زیرا شروع به عقب می کند.
این امر به این دلیل است که زمان مشخصی طول می کشد تا دیود بین اجازه حرکت جریان به جلو و مسدود کردن هر جریان در تلاش برای حرکت به عقب تغییر کند.
دیودهای مختلف سرعت سوئیچینگ متفاوتی خواهند داشت ، بنابراین اگر من 1N4007 را با دیود 1N4148 جایگزین کنم ، همه کارها تا 100 کیلوهرتز و فراتر از آن خوب کار می کنند.
برای برنامه های فرکانس رادیویی دیودهایی را می خواهید که سریعتر تغییر کنند بنابراین هر زمان که شما مداری طراحی می کنید ، باید در مورد حداکثر ولتاژ نامی دیود ولتاژ رو به جلو رتبه فعلی و سرعت سوئیچینگ خود فکر کنید.

همیشه داده های مربوط به دیودهایی را که با آن کار می کنید در Google سرچ کنید. البته این اکثر تئوری دیودهایی است که باید بدانید در ادامه به شما نشان میدهم که چگونه منبع تغذیه ساده و غیر قابل تنظیم DC را بسازید من با یک جریان بسیار ساده کم شروع می کنم و سپس به شما نشان می دهم که چگونه می توانید طراحی را بهبود بخشید تا منبع تغذیه بتواند بارهای سنگین تری را تحمل کند با پایین آمدن ولتاژهای شبکه به ولتاژ AC پایین تر و ایمن تر شروع می کنید.به شما نشان می دهم که چگونه می توانید با ترانسفورماتور این کار را انجام دهید. ترانسفورماتور با بار صفر موج سینوسی در حدود 39 ولت به اوج خود می رساند و در 60 هرتز به اوج خود می رسد. حال وقتی یک دیود 1N4007 را اضافه می کنیم و ولتاژ را قبل و بعد از دیود اندازه می گیریم ، می توانید ولتاژ منفی را قطع کنید. .از لحاظ فنی فقط با یک دیود AC را به DC تبدیل کرده ایم زیرا تمام ولتاژ منفی را از بین برده ایم .اما این ولتاژ DC مفید نیست زیرا ولتاژ در یک زمان عجیب و غریب به نظر می رسد و پس از چند لحظه ولتاژی ندارید. اگر قصد دارید به ولتاژ مفیدی برسید به ثبات بیشتری نیاز خواهید داشت.

بنابراین ما یک خازن اضافه می کنیم تا همه چیز را صاف کنیم. من با 1 میکرو فاراد را شروع می کنم اما ظرفیت بیشتر بهتر است ، زیرا شما دارای یک مخزن انرژی بزرگتر خواهید بود. برای ایجاد منبع DC ایده آل این چیزیست که شما میخواهید ودر اسیلوسکوپ یک ولتاژ پایداروثاب می بینید  تنها دلیل این که اکنون همه چیز عالی به نظر می رسد این است که هنوز هیچ فشاری ا بر روی منبع قرار نداده اید خازن از طریق دیود شارژ شد و در حال حاضر هیچ چیزی وجود ندارد که بتواند آن خازن را تخلیه کند بنابراین بیایید ببینیم چه اتفاقی می افتد وقتی یک مقاومت1کیلو اهم را به عنوان یک بار اضافه می کنیم  قانون اهم  پیش بینی می کند که این فقط باید یک بار 4 میلی آمپر باشد (که بسیار کم است) 

آنچه در اینجا اتفاق می افتد این است که وقتی ورودی Ac مثبت است ، دیود اجازه می دهد جریان از طریق آن جریان یابد ، بنابراین خازن شارژ می شود. اما به محض قطع ولتاژ ورودی ، دیود جریان عقب جریان را مسدود می کند و تنها منبع انرژی باقیمانده آن خازن1میکروفراد کوچک است. و حتی در زیر بارهای کم به سرعت تخلیه می شود. برای برطرف کردن این مشکل  باید اندازه خازن خود را افزایش دهیم به طوری که ما به اندازه کافی برای ماندگاری کافی داشته باشیم تا دفعه بعد دوباره شکل موج ورودی دوباره مثبت شود. باید خزن کوچک ریزگرد را با یک خازن بزرگتر 470 میکروفراد جایگزین کنیم اکنون یک منبع تغذیه DC داریم که می تواند چند میلی آمپر را کنترل کند که برای تأمین انرژی برخی از سنسورها و آمپرها کافی است.

همچنین میتوانیم آنرا به یک منبع سطح بالا تبدیل کنیم این مدار باید جریان بسیار بیشتری را ترسیم کند. خوب که می خورد ... اکنون ما به شرایطی بازگشتیم که ولتاژ در هر چرخه کم می شود. ولتاژ متوسط 8 ولت است ، بنابراین ما فقط در مورد آمپرها ترسیم می کنیم و بزرگی موج دار ولتاژ بسیار زیاد است. تصور کنید که سعی می کنید با این کار چیزی را برقرار کنید ...

ولتاژ به طور مداوم به حدی پایین می رود که حتی نمی تواند ادامه یابد! بنابراین حتی 470 ریزگرد به عنوان یک مخزن انرژی کافی نیست. یک کار که اکنون می توانیم انجام دهیم این است که رویکرد نیروی بیرحمانه را بکار گیریم و ظرفیت بیشتری را نیز اضافه کنیم. بیایید ببینیم عملکرد مدار با 3400 میکرفاراد چگونه است. خوب ... بهتر است ... اکنون ما یک ولتاژ متوسط در حدود ولتاژ می گیریم ، بنابراین به طور متوسط حدود آمپر را می کشیم ، اما هنوز 5 ولت موج دار شدن AC داریم که بسیار زیاد است. اکنون می توانیم ظرفیت نامتناهی را اضافه کنیم تا میزان افتادگی بین چرخه ها کاهش یابد. اما برای بارهای چند آمپر ، این امر فقط غیر عملی و گران است. بنابراین به این ترفند جالب توجه کنید. اگر چهار دیود را بگیرید و به این روش ترتیب دهید ، آنچه را "یکسو کننده پل" می نامید ، ایجاد می کنید.

اینگونه کار می کند: در نیمه اول موج سینوسی ، که سیم بالا از سیم پایین مثبت تر است ، این دو دیود روشن می شوند و اجازه می دهند جریان به جلو حرکت کند. دیودها خاموش هستند و هر جریان معکوس احتمالی جریان را مسدود می کنند. اکنون در نیمه دوم موج سینوسی ، که سیم بالا با توجه به سیم پایین منفی است ، دو دوئوی دیگر شروع به انجام می کنند و دو مورد دیگر خاموش می شوند. بنابراین به جای هدر رفتن قسمت پایینی شکل موج AC با قطع آن و هرگز استفاده نکردن از آن ، فقط آنرا مجدداً مورد استفاده قرار داده و آن را به اطراف می چرخانید. بنابراین در خروجی شما به جای 60 هرتز DC را در 120 هرتز دریافت می کنید. و درست مثل قبل که می توانید آن را با خازن ها فیلتر کنید تا ولتاژ صاف و خوبی بدست آورید. می توانید یکسو کننده های پیش ساخته پل خریداری کنید اما ساختن آنها نیز به راحتی امکان پذیر است. در اینجا یکسو کننده پل من به ترانسفورماتور من متصل است. من آن را از چهار دیود 1N4007 ساختم و هزینه آن حدود 4 سنت است. نگاهی بیندازید که چگونه ولتاژ قبلاً از مثبت به منفی در 60 هرتز عبور می کند ، و اکنون هرگز به زیر صفر ولت نمی افتد ، و در عوض ما این فشارهای ولتاژ ثابت مثبت را در 120 هرتز می گیریم.

به این دلیل که موج کامل AC را اصلاح می کنیم به تصحیح موج کامل گفته می شود. حال بیایید بهBeredBoard خود با ده بار اهم برگردیم و ببینیم عملکرد یکسو کننده پل با 470 میکروفراد خازن در مقایسه با محلول دیود منفردی که قبلاً ساختیم انجام می دهد. اکنون به جای 8 ولتی که زودتر با یک دیود واحد می گرفتیم به طور متوسط ولت می گیریم. می بینید که دلیل آن این است که یکسو کننده پل دو بار از خازن شارژ می کند ، زیرا ما از هر دو نیمه چرخه AC 60 هرتز استفاده می کنیم. حال به این فکر کنید که با توجه به اینکه این دیودهای اضافی چقدر تفاوت ایجاد کرده است.

درک یکسو کننده های پل شاید کمی سخت تر باشد ، اما از آنجا که آنها خیلی خوب کار می کنند ، همه از آنها استفاده می کنند. حال بیایید دیود منفرد را با 3400 میکروفرادی با یکسو کننده پل با 3400 میکروفرادی مقایسه کنیم. اکنون به جای ولت به طور متوسط ولت می گیریم و فقط حدود یک یا دو ولت موج دار داریم. به عبارت دیگر ، ترکیبی از یکسو کننده پل با مقادیر زیاد خازن ، می تواند تقریباً هر منبع تغذیه جریان برق بالا را به یک منبع تغذیه مفید جریان بالا تبدیل کند. فقط بخاطر داشته باشید که دیودها و خازنهای شما باید برای ولتاژهایی که با آنها کار می کنید ، امتیاز بگیرند. بنابراین آنچه در حال حاضر داریم اساساً همان چیزی است که در آن منبع تغذیه کمی تنظیم نشده AC به DC که برای تغذیه رادیوها ، ساعتها و سایر وسایل اطراف خانه استفاده می شود وجود دارد.

شما می توانید یک نسخه 9 ولت ایجاد کنید و می تواند یک نسخه قدیمی Sega Genesis یا Super Nintendo را پشتیبانی کند اینها همه منبع تغذیه DC کنترل نشده ای هستند. این بدان معنی است که حتی اگر ما با موفقیت مقدار زیادی از ولتاژ را از بین برده ایم ، هنوز مشکل تغییر ولتاژ متوسط در زیر بار را داریم. بدون بار آن ولت است. و برای بارهای 1 آمپر شما 13 ولت دریافت می کنید. اکنون برای برخی از مدارها مهم نیست که آیا آنها برای کار با دامنه ولتاژ گسترده طراحی شده اند. اما برای مواردی مانند میکروکنترلرها و سایر الکترونیک های دیجیتال آنها یک منبع ولتاژ را می خواهند که بسیار دقیق باشد ، و برای این کار شما باید چیزی را تهیه کنید که ولتاژ تنظیم شده نام دارد. اکنون می دانید که دیودها چه کاری انجام می دهند و چگونه AC را به DC تبدیل می کنند.