في الإلكترونيات ، التصحيح هو عملية يقوم فيها الصمام الثنائي المعدل بتحويل إشارة إدخال التيار المتردد ذات الدورة الكاملة إلى إشارة خرج تيار مستمر نصف دورة.
ينتج الصمام الثنائي المفرد تصحيح نصف الموجة ، وتنتج شبكة من 4 صمامات ثنائية تصحيح موجة كاملة
في هذا المنشور ، سنقوم بتحليل كل من عمليات تصحيح الموجة النصفية والموجة الكاملة ، والخصائص الأخرى من خلال وظائف متغيرة بمرور الوقت مثل الموجة الجيبية والموجة المربعة. بمعنى ، من خلال الفولتية والتيارات التي تغير حجمها وقطبيتها فيما يتعلق بالوقت.
سوف نعتبر الصمام الثنائي بمثابة صمام ثنائي مثالي من خلال تجاهل ما إذا كان صمام ثنائي سيليكون أو جرمانيوم ، لتقليل المضاعفات في العمليات الحسابية. سوف نعتبر الصمام الثنائي هو الصمام الثنائي القياسي المعدل بقدرات التصحيح القياسية.
تصحيح نصف الموجة
يظهر الرسم التخطيطي الأبسط الذي يوضح إشارة متغيرة بمرور الوقت مطبقة على الصمام الثنائي في الرسم البياني التالي:
هنا يمكننا أن نرى شكل موجة AC ، حيث تشير الفترة T إلى دورة كاملة واحدة لشكل الموجة ، وهي القيمة المتوسطة أو المجموع الجبري للأجزاء أو الحدبات أعلى وأسفل المحور المركزي.
هذا النوع من الدارات التي يتم فيها تطبيق الصمام الثنائي المعدل الفردي مع إدخال إشارة التيار المتردد الجيبية المتغيرة بمرور الوقت لتوليد خرج تيار مستمر له نصف قيمة المدخلات يسمى مقوم نصف الموجة . يشار إلى الصمام الثنائي باسم المعدل في هذه الدائرة.
خلال الفترة بين t = 0 → T / 2 لشكل موجة التيار المتردد ، تخلق قطبية الجهد vi 'ضغطًا' في الاتجاه كما هو موضح في الرسم البياني أدناه. هذا يسمح للديود بالتبديل والتشغيل مع قطبية كما هو موضح أعلى رمز الصمام الثنائي.
نظرًا لأن الصمام الثنائي يعمل بشكل كامل ، فإن استبدال الصمام الثنائي بدائرة قصيرة ينتج عنه خرج كما هو موضح في الصورة الموجودة أعلاه على الجانب الأيمن.
لا شك أن الناتج المتولد يبدو وكأنه تكرار دقيق لإشارة الإدخال المطبقة فوق المحور المركزي لشكل الموجة.
خلال الفترة T / 2 → T ، تصبح قطبية إشارة الإدخال vi سالبة ، مما يؤدي إلى إيقاف تشغيل الصمام الثنائي ، مما يؤدي إلى مكافئ دائرة مفتوحة عبر أطراف الصمام الثنائي. ونتيجة لذلك ، لا تستطيع الشحنة التدفق عبر مسار الصمام الثنائي خلال الفترة T / 2 → T ، مما يتسبب في أن يكون vo:
vo = iR = 0R = 0 V (باستخدام قانون أوم). يمكن تصور الاستجابة في الرسم البياني التالي:
في هذا الرسم البياني ، يمكننا أن نرى إخراج التيار المستمر Vo من الصمام الثنائي ينتج صافي متوسط منطقة إيجابية أعلى المحور ، لدورة الإدخال الكاملة ، والتي يمكن تحديدها بواسطة الصيغة:
Vdc = 0.318 Vm (نصف موجة)
يتم عرض المدخلات vi والإخراج vo الفولتية أثناء عملية تصحيح نصف موجة الصمام الثنائي في الشكل التالي:
من الرسوم البيانية والشرح أعلاه ، يمكننا تعريف تصحيح نصف الموجة كعملية يتم فيها التخلص من نصف دورة الإدخال بواسطة الصمام الثنائي عند خرجه.
باستخدام صمام ثنائي السيليكون
عندما يتم استخدام الصمام الثنائي السليكوني كصمام ثنائي مقوم ، نظرًا لأنه يحتوي على خاصية انخفاض الجهد الأمامي VT = 0.7 فولت ، فإنه يولد منطقة انحياز أمامي كما هو موضح في الشكل التالي:
يعني VT = 0.7 V أنه يجب الآن أن تكون إشارة الإدخال 0.7 فولت على الأقل لضمان تشغيل الصمام الثنائي بنجاح. في حالة كان دخل VT أقل من 0.7 V ، سيفشل ببساطة في تشغيل الصمام الثنائي وسيظل الصمام الثنائي في وضع الدائرة المفتوحة ، مع Vo = 0 V.
أثناء إجراء الصمام الثنائي أثناء عملية التصحيح ، فإنه يولد ناتجًا للتيار المستمر يحمل مستوى جهد ثابتًا لفرق الجهد vo - vi ، يساوي الانخفاض الأمامي المذكور أعلاه البالغ 0.7 فولت. يمكننا التعبير عن هذا المستوى الثابت بالصيغة التالية:
فو = السادس - فاتو
ينتج عن هذا انخفاضًا في متوسط جهد الخرج فوق المحور ، مما يؤدي إلى انخفاض طفيف في الناتج المعدل من الصمام الثنائي.
بالإشارة إلى الشكل أعلاه ، إذا اعتبرنا أن Vm (مستوى إشارة الذروة) مرتفع بشكل كافٍ من VT ، مثل Vm >> VT ، يمكننا تقييم متوسط قيمة خرج التيار المستمر من الصمام الثنائي باستخدام الصيغة التالية ، بدقة تامة.
Vdc ≅ 0.318 (Vm - VT)
بتعبير أدق ، إذا كانت ذروة دخل التيار المتردد أعلى بدرجة كافية من VT (هبوط أمامي) للديود ، فيمكننا ببساطة استخدام الصيغة السابقة لتقدير خرج التيار المستمر المعدل من الصمام الثنائي:
فولت تيار مستمر = 0.318 فولت
مثال محلول لمعدل نصف جسر
مشكلة:
قم بتقييم الإخراج vo واكتشف حجم DC لإخراج تصميم الدائرة الموضح أدناه:
المحلول: بالنسبة لشبكة الدائرة أعلاه ، سيتم تشغيل الصمام الثنائي للجزء السلبي من إشارة الإدخال ، وستكون vo كما هو موضح في الرسم التخطيطي التالي.
خلال الفترة الكاملة لدورة التيار المتردد للإدخال ، سيكون خرج التيار المستمر:
Vdc = 0.318Vm = - 0.318 (20 V) = - 6.36 V
تشير العلامة السالبة إلى قطبية المخرج DC وهو عكس العلامة الموجودة في الرسم التخطيطي أسفل المشكلة.
المشكلة رقم 2: قم بحل المشكلة المذكورة أعلاه مع الأخذ في الاعتبار أن الصمام الثنائي هو صمام ثنائي من السيليكون.
في حالة الصمام الثنائي للسيليكون ، سيبدو شكل الموجة الناتج كما يلي:
ويمكن حساب الناتج DC كما هو موضح أدناه:
Vdc ≅ - 0.318 (Vm - 0.7 V) = - 0.318 (19.3 V) ≅ - 6.14 V
انخفاض جهد التيار المستمر الناتج عن عامل 0.7 فولت هو حوالي 0.22 فولت أو حوالي 3.5٪
تصحيح الموجة الكاملة
عندما يتم استخدام إشارة جيبية AC كمدخل للتصحيح ، يمكن تحسين خرج التيار المستمر إلى مستوى 100٪ باستخدام عملية تصحيح الموجة الكاملة.
العملية الأكثر شهرة وسهولة لتحقيق ذلك هي باستخدام 4-diode جسر المعدل الشبكة كما هو موضح أدناه.
عندما تتقدم دورة الإدخال الإيجابية خلال الفترة t = 0 إلى T / 2 ، فإن قطبية إشارة الإدخال AC عبر الصمام الثنائي والإخراج من الصمام الثنائي تكون كما هو موضح أدناه:
هنا ، يمكننا أن نرى أنه نظرًا للترتيب الخاص لشبكة الصمام الثنائي في الجسر ، عند إجراء D2 و D3 ، تظل الثنائيات العكسية D1 و D4 متحيزة معكوسة وفي حالة إيقاف التشغيل.
يمكن رؤية صافي الناتج DC الناتج من عملية التصحيح هذه من خلال D2 ، D3 في الرسم البياني أعلاه. نظرًا لأننا تخيلنا أن الثنائيات ستكون مثالية ، فإن الناتج هو vo = vin.
الآن ، وبالمثل ، بالنسبة للدورة النصفية السلبية لثنائيات إشارة الإدخال D1 ، D4 ، والصمامات الثنائية D2 ، D3 تدخل في حالة إيقاف التشغيل ، كما هو موضح أدناه:
يمكننا أن نرى بوضوح أن الناتج من مقوم الجسر قد حول كلاً من دورات النصف الموجبة والسالبة لمدخل التيار المتردد إلى دورتين نصف دائرتين فوق المحور المركزي.
نظرًا لأن هذه المنطقة فوق المحور أصبحت الآن أكثر بمرتين من المنطقة التي تم الحصول عليها لتصحيح نصف الموجة ، فإن الناتج DC سيصبح أيضًا ضعف الحجم ، كما تم حسابه باستخدام الصيغة التالية:
Vdc = 2 (0.318Vm)
أو
Vdc = 0.636Vm (موجة كاملة)
كما هو موضح في الشكل أعلاه ، إذا تم استخدام الصمام الثنائي السيليكوني بدلاً من الصمام الثنائي المثالي ، فإن تطبيق قانون كيرشوف للجهد على خط التوصيل سيعطينا النتيجة التالية:
vi - VT - vo - VT = 0 ، و vo = vi - 2VT ،
لذلك ، ستكون ذروة جهد الخرج vo:
فوماكس = Vm - 2VT
في حالة حيث V >> 2VT ، يمكننا استخدام معادلتنا السابقة للحصول على متوسط القيمة بدرجة عالية معقولة من الدقة:
Vdc ≅ - 0.636 (Vm - 2VT) ،
مرة أخرى ، إذا كان لدينا Vm أعلى بكثير من 2VT ، فيمكن ببساطة تجاهل 2VT ، ويمكن حل المعادلة على النحو التالي:
Vdc ≅ - 0.636 (فم)
PIV (ذروة الجهد العكسي)
يصبح الجهد العكسي الذروة أو تصنيف (PIV) والذي يُطلق عليه أحيانًا أيضًا تصنيف ذروة الجهد العكسي (PRV) للديود معلمة مهمة أثناء تصميم دوائر المعدل.
إنه في الأساس نطاق جهد انحياز عكسي للديود لا يجب تجاوزه ، وإلا فقد ينهار الصمام الثنائي بالانتقال إلى منطقة تسمى منطقة zener avalanche.
إذا طبقنا قانون الجهد الخاص بـ Kirchhoff على دائرة مقوم نصف الموجة كما هو موضح أدناه ، فهذا يوضح ببساطة أن تصنيف PIV للديود يجب أن يكون أعلى من قيمة الذروة لمدخلات العرض المستخدمة لإدخال المعدل.
بالنسبة لمعدل الجسر الكامل أيضًا ، فإن حساب تصنيف PIV هو نفس مقوم نصف الموجة ، أي:
PIV ≥ Vm ، نظرًا لأن Vm هو الجهد الكلي المطبق على الحمل المتصل كما هو موضح في الشكل التالي.
أمثلة محلولة لشبكة مقوم الجسر الكامل
حدد شكل الموجة الناتج لشبكة الصمام الثنائي التالية ، وقم أيضًا بحساب مستوى الإخراج DC و PIV الآمن لكل صمام ثنائي في الشبكة.
الحل: بالنسبة لدورة النصف الموجبة ، ستتصرف الدائرة كما هو موضح في الرسم البياني التالي:
يمكننا إعادة رسم هذا بالطريقة التالية لفهم أفضل:
هنا ، vo = 1 / 2vi = 1 / 2Vi (max) = 1/2 (10 V) = 5 V
بالنسبة لدورة النصف السالبة ، يمكن تبديل دور التوصيل للديودات ، مما ينتج عنه إخراج vo كما هو موضح أدناه:
يؤدي عدم وجود اثنين من الثنائيات في الجسر إلى انخفاض في إخراج التيار المستمر بحجم:
Vdc = 0.636 (5 فولت) = 3.18 فولت
هذا هو نفسه تمامًا الذي كنا سنحصل عليه من مقوم نصف جسر بنفس المدخلات.
سيكون PIV مساويًا للجهد الأقصى المتولد عبر R ، وهو 5 فولت ، أو نصف ذلك المطلوب لنصف موجة مصححة بنفس الإدخال.
السابق: التبديل ثنائي الاتجاه التالي: ثنائيات شوتكي - العمل ، الخصائص ، التطبيق
