فصل یازدهم تجزیه و تحلیل مدارهای دیودی هدف کلی : تحلیل نظری و عملی یکسوسازها هدف های رفتاری: پس از پایان این فصل از فراگیرنده انتظار می رود که:

Transcript

1 تجزیه و تحلیل مدارهای دیودی هدف کلی : تحلیل نظری و عملی یکسوسازها هدف های رفتاری: پس از پایان این فصل از فراگیرنده انتظار می رود که: - مدار یکسوساز نیمموج را رسم کند و طرز کار مدار را شرح دهد. - مقدار متوسط ولتاژ خروجی یکسوکنندهی نیمموج را محاسبه کند. 3- مقدار یکسوساز تمام موج با استفاده از ترانسفورماتور سر وسط را رسم کند و طرز کار مدار را شرح دهد. 4- مدار یکسوساز تمام موج پل را رسم کند و طرز کار مدار را شرح دهد. 5- نقش صافیها در یکسوکنندهها را شرح دهد. 6- نحوهی استفاده از منبع تغذیهی متقارن را توضیح دهد. 7- نحوهی عملکرد مدارهای کلیپر )clipper( و کلمپر )clamper( را شرح دهد. 8- طرز کار مدارهای چند برابر کنندهی ولتاژ را شرح دهد. 9- طرز کار کلید / را توضیح دهد. - نحوهی عملکرد مدار آشکارساز پیک تو پیک را شرح دهد. - شکل موج ولتاژ خروجی یکسوکنندهی نیمموج را بدون صافی خازنی و با صافی خازنی مشاهده کند و مقدار آن را اندازه بگیرد. - شکل موج ولتاژ خروجی یکسوکنندهی تمام موج با ترانسفورماتور سر وسط را بدون صافی خازنی و با صافی خازنی مشاهده کند و مقدار آن را اندازه بگیرد. 3- شکل موج ولتاژ خروجی یکسو کنندهی تمام موج پل بدون صافی خازنی و با صافی خازنی را مشاهده کند و مقدار آن را اندازه بگیرد. 4- ولتاژ خروجی یک مدار دوبرابر کنندهی ولتاژ را اندازهگیری کند. 5- شکل موج ولتاژ خروجی مدارهای کلیپر و کلمپر را مشاهده کند و مقدار آن را اندازه بگیرد. 6- کلیه ی هدفهای رفتاری در حیطهی عاطفی که در فصل اول به آن اشاره شده است را در این فصل نیز اجرا کند. توانایی شماره ی جمع 6 ساعت آموزش عملی نظری

2 پيش آزمون فصل )( - مقدار متوسط یک موج سینوسی که یکسو شده نیمموج است کدام است m m ب( الف( m m ج( m د( - ولتاژ معکوس دو سر هر دیود در یکسوساز تمام موج برابر... است. 3- شرط هدایت یک دیود کدام است الف( ولتاژ آند به اندازه ی /6 ولت از کاتد بیشتر باشد. ب( جریان در مدار به اندازه ی کافی وجود داشته باشد. ج( فقط کافی است ولتاژ آند نسبت به کاتد به اندازه ی /6 مثبت تر باشد. د( موارد الف و ب 4- هر قدر ظرفیت خازن را زیادتر کنیم ولتاژ خروجی یکسو کننده ها ثابت تر می شود. غلط صحیح O چند ولت است 5- در شکل زیر 6- نحوه ی عملکرد یکسوساز تمام موج را شرح دهید. 7- نحوه ی عملکرد یکسوساز نیم موج را با رسم شکل شرح دهید. D s o = s الف( ب( 9/4 ج( 4/ د( 3/5 348

3 است. 8- در یکسوساز پل جریان هر دیود برابر است با... I L الف( I L ب( 9- انتخاب دقیق ظرفیت خازن در صافی ها بستگی به مقدار ولتاژ ضربان یا ضربان قابل قبول دارد. صحیح غلط - خرابی های ترانس تغذیه را شرح دهید. 3- در مدار شکل زیر خازن به اندازه ی... شارژ می شود. D c s C m s = msinω شکل ولتاژ دو سر خازن 4- مقدار ولتاژ خروجی مدار دوبرابر کننده ی ولتاژی که S میباشد چند ولت است = m ولتاژ ورودی آن Sinω 4 m د( m الف( ب( ج( m m - یکی از مزیتهای استفاده از ترانسفورماتور در مدار تغذیهی دستگاههای الکترونیکی ایزوله شدن مدار از برق شهر است. صحیح غلط - با کلید... میتوانیم دستگاههای الکترونیکی را در کشور ایران و سایر کشورها استفاده کنیم. 349

4 o - یکسوسازها یا رکتی فایرها )Recifiers( S -- یکسوساز نیم موج R L یک دیود هنگامی هدایت میکند که دو شرط زیر در آن برقرار باشد: الف: ولتاژ آند تقریبا /7 ولت مثبت تر از ولتاژ کاتد باشد. S = 7Sin ω ب: جریان عبوری از مدار به اندازهی کافی باشد. در شکل - در صورتی که جریان مورد نیاز دیودها تامین شود هر دو دیود هدایت میکنند. زیرا در هر دو دیود ولتاژ آند تقریبا /7 ولت مثبتتر از کاتد است. شکل -3 هدایت دیود در نیم سیکل مثبت در تحلیل مدارهای ساده ی دیودی مانند یکسوسازها اغلب از افت ولتاژ /7 ولت در دو سر دیود صرف نظر می کنند و هنگام هدایت دیود آن را اتصال کوتاه و مشابه یک کلید بسته در نظر می گیرند. شکل -4 شکل موج AK =.7 AK =.7 شکل - ولتاژ مورد نیاز برای هدایت دیود یک ترانسفورماتور قادر است ولتاژ موجود مثال ولتاژ برق شهر یعنی ولت را به ولتاژ مورد نیاز مثال ولت ولتاژ خروجی مدار یکسوساز را در شرایطی که دیود هادی می شود نشان می دهد. o تبدیل کند. اگر به مدار اولیه ی ترانسفورماتور یک شکل موج سینوسی بدهیم در مدار ثانویه ی آن نیز شکل موج سینوسی دریافت می کنیم شکل -. s شکل -4 شکل موج خروجی در نیم سیکل مثبت در نیم سیکل منفی دیود در بایاس معکوس قرار می گیرد = 35Sin ω S = 7Sin ω شکل - ترانسفورماتور در مدار شکل -3 در نیم سیکل مثبت برای دیود شرایط هدایت وجود دارد. لذا در نیم سیکل مثبت دیود هدایت میکند. در هنگام هدایت دیود افت ولتاژی معادل لذا هدایت نمیکند و جریان در مدار صفر است. بنابراین میشود. O در شکل -5 شکل موج =R.i =R = ولتاژ خروجی یکسوساز در نیمسیکل منفی )از تا ( نشان داده شده است. /7 ولت در دو سر آن به وجود می آید. 35

5 o به مدار شکل -7 یکسوکننده ی نیم موج می گویند. اگر یک ولتمتر DC را به خروجی مدار شکل -7 ببندیم ولتمتر DC مقدار متوسط ولتاژ را نشان میدهد شکل -8. در این اندازهگیری از افت ولتاژ دو سر دیود در جهت موافق صرفنظر شده است. شکل -5 شکل موج خروجی در نیمسیکل منفی o شکل موج ولتاژ خروجی این مدار مانند شکل -6 است. o s R L S Sin = ω شکل -8 اندازه گیری مقدار متوسط ولتاژ 3 شکل -6 شکل موج خروجی برای مدار شکل -3 ( F میتواند دو حداکثر ولتاژی که در بایاس مستقیم ( سر دیود افت کند حدود یک ولت است. در بایاس معکوس میزان افت ولتاژ دو سر دیود برابر با ماکزیمم ولتاژ ثانویهی ترانسفورماتور میشود. هنگام انتخاب دیود باید به این نکته یعنی حداکثر ولتاژ مخالف دیود توجه کنیم شکل -7. مقدار متوسط یک موج سینوسی که به صورت نیمموج است شکل m ave = DC یکسو شده است برابر = m.-9 o m m 3 مقدار متوسط _ sm o s R L شکل -9 تعیین مقدار متوسط از روی شکل موج -- یکسوساز تمام موج S = Sinω s m یکسوساز تمام موج با استفاده از ترانسفورماتور سر وسط اگر یک ترانسفورماتور دارای دو سیم پیچ ثانویه باشد در ماکزیمم ولتاژ ثانویه sm خروجی آن دو ولتاژ جدا از هم داریم. این دو ولتاژ میتوانند 35 شکل -7

6 با یکدیگر برابر یا نابرابر باشند که به تعداد دورهای سیمپیچ ثانویه بستگی دارد. فرض کنید یک ترانسفورماتور دو سیمپیچ ثانویه با تعداد دور مساوی و جدا از هم دارد در این صورت دو شکل موج سینوسی جدا از هم با دامنههای برابر در خروجیهای ترانسفورماتور به وجود میآید. در شکل - این شکل موجها نشان داده شدهاند. عالمتهای»«و»-» روی نماد فنی سیمپیچهای ثانویه مربوط به قطب ولتاژهای لحظهای در نیمسیکل مثبت است. توجه داشته باشید که در نیم سیکل منفی عالمتها عوض میشوند. اگر محل اتصال دو سیمپیچ را به عنوان سر مشترک بین دو سیمپیچ انتخاب کنیم شکل موج ولتاژ در نقاط B A و C به صورت شکل - در میآید. A S S B S S C AB BC CB S S S S شکل - ترانسفورماتور با دو سیم پیچ ثانویه ی جدا از هم شکل - نمایش ترانسفورماتور با ثانویه ی سه سر اگر مدار شکل -3 را ببندیم در نیمسیکل مثبت در بایاس معکوس قرار هادی میشود و دیود دیود میگیرد. بنابراین شکل موج ولتاژ دو سر مقاومت اهمی در نیم سیکل مثبت تقریبا مشابه شکل موج ولتاژ دو سر ثانویهی ترانسفورماتور است. AB اگر انتهای یک سیم پیچ ثانویه را به ابتدای سیم پیچ دیگر A وصل کنیم دو سیمپیچ با یکدیگر سری میشوند و ولتاژ خروجی دو برابر ولتاژ یکی از سیمپیچها خواهد شد شکل هادی S i.- B R L S S S RL S C قطع CB i = S 35 شکل - اتصال سری دو سیم پیچ ثانویه در ترانسفورماتور قطع است. هادی و دیود شکل -3 در نیم سیکل مثبت دیود

7 هادی است قطع و دیود در نیمسیکل منفی دیود لذا شکل موج ولتاژ دو سر مقاومت اهمی در نیمسیکل منفی تقریبا مشابه شکل موج ولتاژ دو سر ثانویهی ترانسفورماتور ( S ( میشود. در شکل -4 شکل موج ولتاژ دو سر O در فاصلهی تا )نیمسیکل منفی( نشان مقاومت یا داده شده است. اگر یک ولتمتر DC را به دو سر بار )مقاومت اهمی( وصل کنیم ولتمتر DC مقدار متوسط شکل موج سینوسی یکسو شده را نشان میدهد شکل -6. S R L AB S قطع A RL i = S = S = Sinω S شکل -6 اندازه گیری ولتاژ DC در یکسوساز تمام موج مقدار متوسط شکل موج سینوسی یکسو شده به صورت m تمام موج و برابر با است شکل -7. O m B S R L i m C CB هادی مقدار متوسط 3 هادی است. قطع و دیود شکل -4 در نیم سیکل منفی دیود شکل ولتاژ دو سر مقاومت اهمی در یک سیکل کامل به صورت شکل -5 در می آید. شکل -5 شکل موج دو سر مقاومت اهمی شکل -7 تعیین مقدار متوسط در یکسو ساز تمام موج به یکسوساز شکل -6 یکسوساز تمام موج میگویند. موارد زیر را به خاطر داشته باشید: الف: در یکسوساز تمام موج با ترانسفورماتور سر وسط جریان گذرنده از هر دو دیود برابر ID = IL است. ب: ولتاژ معکوس دو سر هر دیود در یکسوساز تمام m است. موج برابر m O D 3 353

8 i نیم سیکل منفی _ s i= msinω D 3 D 4 R L RL D, D 3 ω --3 یکسوساز پل گرتز یک فازه) پل دیود( یکسو کننده ی پل گرتز یک فازه مطابق شکل -8 از D D چهار دیود تشکیل می شود. شکل - هدایت دیودهای D و D در یکسوساز پل 3 در شکل - شکل موج ولتاژ خروجی یکسوکننده ی i S R L m O پل گرتز یک فازه نشان داده شده است. i= msinω D3 D4 شکل -8 یکسوساز تمام موج )پل گرتز یک فازه( D 4 هدایت می کنند و در نیم سیکل مثبت دیودهای D 3 در حالت قطع هستند. زیرا هر دو در و و دیودهای بایاس معکوس قرار می گیرند. شکل موج ولتاژ خروجی در i نیم سیکل مثبت در شکل -9 نشان داده شده است. s i= msinω نیم سیکل مثبت D D D 3 4 RL RL D, D 4 در یکسوساز پل و شکل -9 هدایت دیودهای D 3 هدایت می کنند و و در نیم سیکل منفی دیودهای D 4 در بایاس معکوس قرار می گیرند. شکل و دیودهای موج ولتاژ خروجی در نیم سیکل منفی را در شکل - D 4 ω مالحظه می کنید. شکل - شکل موج خروجی یکسوساز پل مقدار متوسط ولتاژ یکسو شده برابر با است. در شکل - اگر از m DC = ave = افت ولتاژ دو m سر دیودها صرف نظر کنیم ولتمتر مقدار m را ave متوسط ولتاژ یعنی = 6 / 37 = = نشان میدهد.... m s s D4 D 3 D4 = Sinω D3 D4 R L KΩ و و و و 3 D 3 ω شکل - اندازه گیری مقدار متوسط ولتاژ خروجی یکسوساز پل به وسیله ی ولت متر 354

9 --4 صافی ها مدارهای الکترونیکی معموال نیاز به ولتاژ نسبتا ثابتی مانند شکل موج -5 دارند. شکل -5 ولتاژ ثابت همانطور که مشاهده شد شکل موج ولتاژ خروجی یکسوسازهای نیمموج و تمام موج یکفازه دارای ضربانهایی است. مقدار ولتاژ آن در نقاطω= و ω= و... به صفر میرسد. شکل -6. نکات مهم در یکسوساز پل جریان هر دیود برابر با نصف جریان مصرف کننده )بار( یعنی ID = IL است. حداکثر ولتاژ معکوسی که در دو سر هر دیود در m است. یکسوساز پل افت میکند برابر با معموال چهار عدد دیودی را که به صورت پل بسته میشوند به صورت یک قطعهی یکپارچه میسازند. در شکل -33 یک نمونه از این نوع پل دیودها نشان داده شده است. 3 شکل -3 یک نمونه پل دیود این قطعه دارای چهار پایه است. دو پایهی آن را با عالمت»~«مشخص میکنند که ولتاژ متناوب به این دو پایه داده الف شکل ولتاژ خروجی یکسوکننده نیم موج ω میشود و دو پایه ی دیگر پل خروجی یکسو شده است که آن را با عالمت»«)قطب مثبت( و عالمت»-» )قطب منفی( 3 مشخص میکنند. از این دو پایهی ولتاژ خروجی یکسو شده دریافت میشود شکل -4. ب شکل ولتاژ خروجی یکسوکننده تمام موج ω شکل -6 شکل موج ولتاژ خروجی یکسوسازهای نیمموج و تمام موج برای تبدیل ولتاژ ضربان دار دریافتی از خروجی R O ω یک سوسازها به ولتاژ ثابت از یک خازن که با بار موازی ω می شود استفاده می کنند. این مدار برای توان های کم به کار شکل -4 چگونگی اتصال پل دیود می رود شکل

10 i C µ F RL Ω RL شکل ولتاژ خروجی 3 RL شکل ولتاژ خروجی ظر فیت خا ز ن کم تر هر قدر ظرفیت خازن بیشتر باشد شکل ولتاژ خروجی صافتر )ثابتتر( میشود. در شکلهای -8- الف و ب این خازن به وضوح برای یکسوساز تمام موج پل نشان داده شده است. ω i C µ F RL Ω 3 ظر فیت خا ز ن بیشتر ω شکل -7 ظرفیت خازن بیشتر شکل موج صاف تر i C µ F R L Ω RL شکل ولتاژ خروجی D 3 D 4 i = msinω ω 3 الف شکل ولتاژ خروجی یکسوکننده با خازن میکروفاراد i C µ F R L Ω RL شکل ولتاژ خروجی D 3 D 4 i = msinω ω 3 ب شکل ولتاژ خروجی یکسوکننده با خازن میکروفاراد شکل -8 هر قدر ظرفیت خازن بیشتر باشد شکل موج ولتاژ خروجی صاف تر می شود. RL ω انتخاب مقدار دقیق ظرفیت خازن بستگی به مقدار ولتاژ ضربان ( ریپل )ripple یا ضربان قابل قبول در مدارهای الکترونیکی دارد. الزم به یادآوری است که برای کم کردن دامنهی ولتاژ ریپل از مدارهای دیگر الکترونیکی به نام رگوالتورها استفاده میکنند. ولتاژ ریپل پیک توپیک شکل -9 مقدار پیک تو پیک ضربان یا ریپل )ripple( 356

11 6 6 6 نکتهی خيلی مهم: گرچه هر قدر ظرفیت خازن را زیاد کنیم ولتاژ خروجی یکسوسازها صافتر )ثابتتر( میشود ولی جریان لحظهای دیود نیز به شدت افزایش مییابد و گاهی ممکن است دیود را بسوزاند. - ترانسفورماتور تغذیه -- مشخصات ترانسفورماتور تغذیه همانطور که قبال گفته شد ترانسفورماتور تغذیه یا ترانسفورماتور قدرت به ترانسی گفته میشود که ولتاژ اولیهی آن ولتاژ برق شهر باشد. تقریبا همهی دستگاههای الکترونیکی احتیاج به ولتاژ DC دارند. مقدار ولتاژ DC با توجه به نوع کار و مدار دستگاه متفاوت است ولی اغلب آنها به ولتاژ کم نیاز دارند. ترانس تغذیه که عموما کاهنده است برق شهر را به ولتاژی کمتر تبدیل میکند. در ثانویهی این ترانسها برحسب نیاز ممکن است چند سر با ولتاژهای مختلف وجود داشته باشد. شکل -3 ساختمان یک نوع ترانسفورماتور تغذیه را نشان میدهد. شکل -3 نماد فنی دو نوع ترانسفورماتور یکی از مزیتهای استفاده از ترانسفورماتور در مدار تغذیهی دستگاههای الکترونیکی ایزوله شدن مدار از برق شهر است. میدانیم فاز برق شهر نسبت به زمین دارای اختالف پتانسیل الکتریکی است و در صورت تماس بدن با سیم فاز خطر برق گرفتگی وجود دارد. بنابراین استفاده از ترانس خطر برق گرفتگی را کاهش میدهد. چون سیمپیچ ثانویه با سیمپیچ اولیه در شرایط کار عادی هیچگونه تماس الکتریکی ندارد. -- خرابی های ترانس تغذیه ترانسفورماتور تغذیه مانند هر قطعهی دیگری معیوب میشود. خرابیهای ترانس تغذیه ممکن است یکی از موارد زیر باشد : الف- قطع شدن سیمپیچ اولیه یا ثانویه شکل -3 ساختمان یک نوع ترانسفورماتور در شکل -3 نماد فنی دو نوع ترانسفورماتور با ولتاژ ثانویه متفاوت را مشاهده می کنید. ب- نیم سوز شدن )اتصال کوتاه ناقص در سیم پیچ ها( ج- اتصال کوتاه کامل د- اتصال سیم پیچ به بدنه )هسته( 357

12 -3 آزمایش شمارهی )( زمان اجرا: 3 ساعت آموزشی -3- هدف آزمایش: مشاهده و اندازهگیری شکل موج ولتاژ خروجی یکسوساز نیمموج یک فازه بدون صافی خازنی و با صافی خازنی. -3- تجهیزات ابزار قطعات و مواد مورد نیاز : ردیف تعداد/ مقدار نام و مشخصات یک دستگاه اسیلوسکوپ یک یا دو کاناله یک دستگاه مولتیمتر یک عدد ترانسفورماتور /9 3 یک عدد مقاومت KΩ 4 یک عدد خازن 47µF/35 5 یک عدد دیود N4 6 شش رشته سیم رابط دو سرگیره سوسماری 7 شش رشته سیم رابط یک سرگیره سوسماری مراحل اجرای آزمایش: مدار شکل -3 را روی بردبرد ببندید. اسیلوسکوپ را روشن کنید و تنظیمهای زیر را روی آن انجام دهید. با ولومهای INTEN و FOCUS اشعه را نازک و با نور کافی تنظیم کنید. کلید سلکتور MODE را در حالت CH بگذارید. Line را در حالت SOURCE سلکتور کلید بگذارید. کلید سلکتور ols/div کانال CH را روی 5 ولت بگذارید. کلید سلکتورTime/Div را روی ms بگذارید. کلید AC- GND- DC را در حالت GND بگذارید. به کمک ولوم /Posiionخط اشعه را در وسط صفحه تنظیم کنید. ورودی ترانسفورماتور را با احتیاط کامل به برق ولت وصل کنید. DC اسیلوسکوپ را به حالت AC- GND- DC کلید تغییر دهید. شکل موج نشان داده شده روی صفحهی حساس را در نمودار شکل -33 با مقیاس مناسب رسم کنید. CH N4 9 R KΩ GND الف - شماتیک مدار 9 9 KΩ ب - مدار عملی شکل -33 KΩ شکل -3 مدار عملی یکسوساز نیمموج 358

13 دامنهی سیگنال نشان داده شده روی صفحهی حساس را اندازه بگیرید و یادداشت کنید.... = دامنه سیگنال = مقدار متوسط... m دامنه سیگنال = = =... 3 / 4 اولیهی ترانسفورماتور را از برق شهر جدا کنید. اسیلوسکوپ را از مدار جدا کنید )خاموش کنید(. تنظیمهای انجام شده روی اسیلوسکوپ را تغییر ندهید. یک ولتمتر DC به دو سر مقاومت ببندید و رنج ولتمتر را روی ولت بگذارید شکل N4 9 R KΩ الف- نقشه فنی مدار یادداشت کنید. ولتمتر DC مقدار متوسط ولتاژ را نشان میدهد.... =ولتاژی را که ولتمتر نشان میدهد. سؤال : آیا مقداری را که ولتمتر نشان میدهد با مقداری که از طریق محاسبه )مقدار متوسط( به دستآوردهاید برابر است توضیح دهید. در صورتی که نتوانستید به سوال فوق پاسخ دهید یا نسبت به پاسخ خود تردید داشتید به قسمتهای قبلی مراجعه کنید و به مرور دوبارهی مطالب بپردازید. مدار شکل -35 را ببندید. N4 9 R KΩ C = 47µ f CH N4 C = 47µ f CH 9 R KΩ الف - شماتیک مدار GND GND 9 KΩ 9 ب - مدار عملی شکل -34 اندازه گیری ولتاژ DC با ولت متر ورودی ترانسفورماتور را با احتیاط به برق شهر وصل کنید. ولتاژی را که ولتمتر DC نشان میدهد بخوانید و ب - مدار عملی شکل -35 یکسوساز نیمموج با صافی خازنی ورودی ترانسفورماتور را به ولتاژ برق شهر وصل کنید. 359

14 موج نشان داده شده روی صفحه ی حساس را در نمودار شکل -36 با مقیاس مناسب رسم کنید. -4 آزمایش شماره ی )( زمان اجرا: 3 ساعت آموزشی -4- هدف آزمایش : بررسی عملی یکسوساز تمام موج با ترانسفورماتور سر وسط -4- تجهیزات ابزار قطعات و مواد مورد نیاز : ردیف نام و مشخصات تعداد/ مقدار اسیلوسکوپ یک یا دو کاناله یک دستگاه مولتی متر دیجیتالی یک دستگاه ترانسفورماتور 9 / دیود N4 مقاومت KΩ شکل -36 سوال : خازن 47 میکروفاراد چه نقشی در شکل موج ولتاژ خروجی دارد با توجه به شکل -36 توضیح دهید. یک عدد دو عدد یک عدد سیم رابط به مقدار کافی مراحل اجرای آزمایش : مداری مطابق شکل -37 روی بردبرد ببندید. A B D RL = KΩ دهید نتایج آزمایش: آن چه را که در این آزمایش فراگرفته اید به اختصار شرح C شکل -37 مدار یکسوساز تمام موج با ترانس سروسط ورودی ترانسفورماتور را به برق شهر وصل کنید. اسیلوسکوپ را به نقاط AB وصل کنید. شکل موج خروجی را برای یک پریود روی نمودار شکل -38 با مقیاس مناسب رسم کنید. 36

15 مقدار ماکزیمم ولتاژ شکل موج دو سر بار را اندازه بگیرید و یادداشت کنید. mrl =... پریود موج دو سر بار را اندازه بگیرید سپس فرکانس آن را اندازه بگیرید. شکل -38 شکل موج خروجی دامنهی موج را اندازه بگیرید. mab =... اسیلوسکوپ را بین نقاط CB وصل کنید. شکل موج بین نقاط B وC را در نمودار شکل -38 با رنگ دیگری رسم کنید. دامنهی موج بین نقاط B وC را اندازه بگیرید و یادداشت کنید. mcb =... اسیلوسکوپ را به دو سر بار وصل کنید و شکل موج دو سر بار را برای یک سیکل کامل روی نمودار شکل 39- با مقیاس مناسب رسم کنید. T=... 3 / 4 f = =... T... به وسیلهی ولتمتر DC مقدار متوسط )میانگین( ولتاژ دو سر بار را اندازه بگیرید و یادداشت کنید. RL )DC(=... میانگین ولتاژ دو m R L با استفاده از فرمول = سر بار را محاسبه کنید. T... R L = =... 3 / 4 m سوال 3 : مقدار میانگین ولتاژ دو سر بار را که از فرمول محاسبه نمودهاید با مقدار اندازهگیری شده مقایسه کنید و در صورت اختالف در مورد آن توضیح دهید. 36 شکل -39 شکل موج دو سر بار

16 -4-4 نتایج آزمایش: -5- تجهیزات ابزار قطعات و مواد مورد نیاز : دهید. آن چه را که در این آزمایش فراگرفته اید به اختصار شرح ردیف نام و مشخصات اسیلوسکوپ یک یا دو کاناله تعداد/ مقدار یک دستگاه مولتی متر دیجیتالی یک دستگاه یک عدد 3 ترانسفورماتور /9 یک عدد 4 مقاومت KΩ یک عدد 5 خازن 47µF/35 چهار عدد 6 دیود N4 سیم رابط دو سرگیره سوسماری شش رشته 7 سیم رابط یک سرگیره سوسماری شش رشته مراحل اجرای آزمایش : مدار شکل -4 را روی برد برد ببندید. CH 9 D R KΩ O D D D D D D 3 4 D 4 = N4 D D4 = N4 CH R KΩ O شماتیک مدار GND الف - GND 9 9 ب - مدار عملی شکل -4 مدار عملی یکسوساز پل -5 آزمایش شماره )3( زمان اجرا: 3 ساعت آموزشی -5- هدف آزمایش: مشاهده و اندازهگیری شکل موج ولتاژ خروجی یکسوساز تمام موج بدون خازن صافی و با صافی خازنی 36

17 9 D D R KΩ O ورودی ترانسفورماتور را با احتیاط کامل به برق ولت وصل کنید. D D 3 4 اسیلوسکوپ را مانند آزمایش شماره تنظیم کنید. ترانسفورماتور / 9 A 9 D D4 = N4 شکل موج نشان داده شده روی صفحهی حساس اسیلوسکوپ را با مقیاس مناسب در نمودار شکل -4 رسم کنید. الف - شماتیک مدار ب - مدار عملی شکل -4 دامنهی سیگنال نشان داده شده روی صفحهی حساس را اندازه بگیرید و یادداشت کنید.... = دامنهی سیگنال دامنهی سیگنال مقدار متوسط m... = = = =... 3 / 4 = 55 اولیهی ترانسفورماتور را از برق شهر جدا کنید. اسیلوسکوپ را از مدار جدا کنید )خاموش نکنید(. تنظیمهای انجام شده روی اسیلوسکوپ را تغییر ندهید. یک ولتمتر DC به دو سر مقاومتKΩ ببندید و رنج آن را روی ولت DC قرار دهید شکل -4. شکل -4 اندازه گیری ولتاژ خروجی با ولت متر DC ورودی ترانسفورماتور را با احتیاط به برق شهر وصل کنید. ولتاژی را که ولتمتر نشان میدهد بخوانید و یادداشت کنید. =... سوال 4 : آیا مقداری که ولتمتر DC نشان میدهد با مقداری که از طریق محاسبه به دست آوردهاید برابر است توضیح دهید. 363

18 در صورتی که نتوانستید به سوال فوق پاسخ دهید یا نسبت به پاسخ خود تردید داشتید به قسمت های قبلی مراجعه کنید و به مرور دوباره ی مطالب بپردازید. سؤال 5 : چرا با موازی کردن خازن به دو سر بار شکل موج ولتاژ خروجی به صورت یک خط درآمده است توضیح دهید. 9 مدار شکل -43 را ببندید. در صورتی که نتوانستید به سؤال فوق پاسخ دهید یا نسبت به پاسخ خود تردید داشتید به قسمتهای قبلی مراجعه کنید و به مرور دوبارة مطالب بپردازید نتایج آزمایش: آن چه را که در این آزمایش فراگرفته ایدبه اختصار شرح دهید. D D D D R C KΩR 47µ F C 9 KΩ 47µ F D3 D4 D3 D4 D 4 = N4 D = N4 4 CH CH GND GND الف - شماتیک مدار 9 ب - مدار عملی شکل -43 مدار عملی یکسوساز تمام موج با صافی خازنی ورودی ترانسفورماتور را با احتیاط کامل به برق شهر وصل کنید. شکل موج نشان داده شده روی صفحهی حساس را با مقیاس مناسب در نمودار شکل -44 رسم کنید. -6 منبع تغذیهی متقارن گاهی در مدارهای الکترونیکی نیاز به ولتاژهای قرینه است. بلوک دیاگرام یک منبع تغذیهی متقارن را در شکل -45 نشان دادهایم. CC منبع تغذیه منبع تغذیه CC شکل -45 بلوک دیاگرام منبع تغذیه ی متقارن در شکل -46 مدار یک منبع تغذیه ی متقارن رسم شده شکل است.

19 F A N N برق شهر S S O B D D D 3 D4 O C N C O شکل -46 مدار منبع تغذیه ی متقارن حالت ولت S و S دو سیگنال سینوسی است که 8 درجه با هم اختالف فاز دارند و دامنهی آنها برابر است. در لحظاتی که A نسبت به O مثبت است B نسبت به O منفی است D 4 قطع و D 3 هادی و دیودهای و و دیودهای C تا دامنهی ماکزیمم ولتاژ ثانویهی C و هستند. خازنهای ترانسفورماتور شارژ می شوند. زمانی که A نسبت به O منفی D 4 هادی و است B نسبت به O مثبت است و دیودهای حالت ولت شکل -47 C برابر با ولتاژ دو D 3 قطع هستند. ولتاژ دو سر خازن و و C است. سر خازن -7 کلید / بعضی از دستگاههای الکترونیکی دارای کلید / هستند. با این کلید میتوانیم دستگاهها را در کشور ایران و سایر کشورهایی که ولتاژ برق آنها ولت است مورد استفاده قرار دهیم. -7- عملکرد کلید در منابع تغذیه با ترانسفورماتور اساس کار و عملکرد این کلید در دستگاههایی که دارای ترانسفورماتور هستند بسیار ساده است. با استفاده از یک کلید دو پل دو راهه )تبدیل دو پل( مانند شکل -47 میتوانیم دو نیمهی سیمپیچ را در حالت ولت با هم سری و در حالت ولت با هم موازی کنیم. همانطور که مالحظه میشود در حالت ولت دو سیمپیچ اولیه با هم سری میشوند و تمام تعداد دور اولیه N( در مدار قرار میگیرد. N ( در حالت ولت دو نیمهی سیمپیچ در اولیه با هم موازی میشوند و تعداد دور اولیه را به نصف حالت قبل میرساند. در این حالت ولتاژ خروجی ثابت میماند و دستگاه به طور طبیعی کار میکند. -7- کلید / در منابع تغذیه بدون ترانسفورماتور در منابع تغذیهی سوئیچینگ معموال از ترانسفورماتور استفاده نمیشود و برق شهر را مستقیما توسط یکسوساز پل یکسو میکنند. در این نوع منابع تغذیه برای داشتن امکان کار در دو حالت v و v مدار شکل -48 را به کار میبرند. 365

20 i m باقی می ماند. لذا ولتاژ دو سر آن برابر با D c m C s D D D D 3 4 C K C S = msinω شکل -48 C قرار دارد C و در خروجی مدار دو خازن سری و یک کلید ساده ی تک پل محل اتصال دو خازن را به یکی از سیم های برق ورودی قطع و وصل می کند. در حالت ورودی ولت کلید K باز است و دو خازن C و C به عنوان صافی با هم سری میشوند. در این حالت هر یک از خازن ها تقریبا به اندازه ی 55 ولت شارژ می شوند و ولتاژ می m رسد. 3v= خروجی به DC در حالت ولت کلید K وصل می شود و مدار را به یک دو برابر کننده ی ولتاژ تبدیل می کند. در این شرایط هر یک از خازنهای C و C به اندازهی = 55 شارژ میشوند ولتاژ خروجی به همان مقدار= 3 v می = رسانند. -8 چند برابر کننده های ولتاژ به کمک ترانسفورماتور دیودها و خازن ها می توان مقدار ولتاژ را دو یا چند برابر کرد. توجه داشته باشید که افزایش ولتاژ به کمک مدارهای چند برابر کننده فقط برای جریان های بسیار کم قابل استفاده است. در شکل -49 در نیم سیکل مثبت وقتی دیود ( S خازن شروع به شارژ شدن هادی شد) ولت /7 ( m شارژ می شود. هنگامی می کند و تقریبا تا پیک ولتاژ ( m کم تر می شود دیود در بایاس مخالف که ولتاژ ثانویه از m قرار می گیرد و قطع می شود زیرا ولتاژ کاتد دیود برابر با است. با توجه به شرایط موجود خازن نمی تواند تخلیه شود شکل ولتاژ دو سر خازن شکل -49 ولتاژ دو سر خازن به اندازهی تقریبا شارژ میشود m در شکل -5 یک مدار دو برابر کننده ی ولتاژ با استفاده از یک ترانسفورماتور دو عدد دیود و دو عدد خازن نشان داده شده است. i S S = msinω D C C m m m شکل -5 یک نمونه مدار دو برابر کننده ی ولتاژ طرز کار این مدار به این صورت است که در نیم سیکل در بایاس مخالف در بایاس موافق و دیود مثبت دیود C تا مقدار هادی شده و خازن قرار می گیرند. لذا دیود m شارژ می شود شکل -5. تقریبا i s S = msinω I C C I = قطع D در نیم سیکل مثبت خازن C به اندازه m شارژ می شود هادی C در نیم سیکل مثبت شکل -5 مسیر شارژ خازن در بایاس موافق و دیود در نیم سیکل منفی دیود هادی می شود و در بایاس مخالف قرار می گیرد. لذا دیود 366

21 m )ولتاژ پیک( شارژ می کند C را تقریبا تا مقدار خازن i S s = msinω I I = C I D C شکل -5. شکل -5 مسیر شارژ خازن در نیم سیکل منفی m برابر O با با توجه به شکل -53 ولتاژ خروجی i s S = msinω D C می شود. C یعنی = m C C m O در نیم سیکل منفی خازن C به اندازه m شارژ می شود قطع هادی شکل -53 شکل موج ولتاژ خروجی در یک دوبرابر کننده ی ولتاژ به کمک مدار شکل -54 نیز می توان ولتاژ را دو برابر کرد. به کمک مدار شکل -55 می توان مقدار ولتاژ را به سه چهار یا چند برابر ولتاژ ماکزیمم ثانویه ی ترانسفورماتور افزایش داد. هم چنین با اضافه کردن تعداد دیودها و خازن ها امکان ولتاژ به مقدار بیشتر نیز وجود دارد. ردیف i m C s S = msinω 3m D D D 3 D4 C m m C 3 4m C 4 m شکل -55 مدار چهار برابر کننده ی ولتاژ -9 آزمایش شماره ی )4( -9- هدف آزمایش : زمان اجرا: 4 ساعت آموزشی بررسی عملی یک نمونه مدار دو برابر کننده ولتاژ -9- تجهیزات ابزار قطعات و مواد مورد نیاز : نام و مشخصات مولتی متر دیجیتالی تعداد/ مقدار یک دستگاه یک عدد ترانسفورماتور /9 دو عدد دو عدد شش رشته شش رشته دیود N4 خازن 47µF/35 سیم رابط دو سرگیره سوسماری سیم رابط یک سرگیره سوسماری i S s D C = msinω C m شکل -54 یک مدار دو برابر کننده ی ولتاژ -9-3 مراحل اجرای آزمایش : 367 مدار شکل -56 را روی بردبرد ببندید.

22 ولتمتر را از نقاط A وB جدا کنید. روی AC کار ولتمتر را روی حالت حوزهی قرار دهید و ولتاژ ثانویهی ترانسفورماتور را اندازه بگیرید شکل -57 و یادداشت کنید. S ولتاژی را که ولت متر AC نشان می دهد. = m = eff = / 4... =... D A N4 9 C 47µ F 9 D N4 B الف - شماتیک مدار N4 C D C A 47µ F 47µ F DC 3 9 ب - مدار عملی شکل -56 یک نمونه مدار دو برابر کنندهی ولتاژ رنج ولتمتر DC را روی 3 ولت قرار دهید. با احتیاط کامل ورودی ترانسفورماتور را به برق ولت وصل کنید. C وصل کنید ولتاژی را ولت متر را به دو سر خازن که ولتمتر نشان میدهد بخوانید و یادداشت کنید. C =... ولتاژ دو سر خازن C m است سؤال 6 : آیا ولتاژ دو سر هر خازن به اندازه ی یا کم تر توضیح دهید. الف - شماتیک مدار ب - مدار عملی 9 C 47µ F D N4 DC 9 شکل -57 اندازه گیری ولتاژ AC در مدار دو برابر کننده ی ولتاژ 9 B AB دقیقا برابر با ( C ) C است سؤال 7 : آیا C جدا کنید و به دو سر ولتمتر را از دو سر خازن C وصل کنید و ولتاژی را که ولتمتر نشان میدهد خازن یادداشت کنید. C C ولتاژ دو سر خازن =... C جدا کنید و ولتاژ بین ولتمتر را از دو سر خازن نقاط A وB را اندازه بگیرید و یادداشت کنید. AB ولتاژ خروجی دو برابرکننده ولتاژ =... چرا توضیح دهید. 368

23 در صورتی که نتوانستید به سوالهای )( و )( پاسخ دهید یا نسبت به پاسخ خود تردید داشتید به قسمتهای قبلی مراجعه و مطالب را دوباره مرور کنید نتایج آزمایش: آن چه را که در این آزمایش فرا گرفته اید به اختصار شرح دهید. z میشود مجرد اینکه دامنهی ولتاژ ورودی کمی بیشتر از دیود زنر به منطقهی هدایت میرود و ولتاژ دو سر آن ثابت باقی میماند. در ادامهینیمسیکلبهمحض اینکه ولتاژ ورودیکمتر o میشود. در = z از شود دیود به ناحیهی قطع میرود و نیم سیکل منفی اگر دامنهی ولتاژ به /7 ولت برسد دیود هادی میشود و ولتاژ دو سر آن که در حقیقت همان ولتاژ خروجی در نیم سیکل منفی است روی /7 ولت ثابت باقی میماند. اگر بخواهیم دامنهی سیگنال ورودی را در هر دو نیم سیکل مثبت و منفی روی دامنهی دلخواه محدود کنیم میتوانیم مدار شکل -59 را به کار ببریم. R Dz - مدار کلیپر قیچی کننده )Clipper( Dz o با استفاده از دیود زنر می توان مداری را طراحی کرد که دامنه ی سیگنال های ورودی را محدود کند. شکل -58 شکل ولتاژ ورودی o Z.7 یک مدار محدودکننده ی ساده را نشان می دهد. (.7) Z R i D o o z.7 شکل ولتاژ ورودی شکل ولتاژ خروجی شکل -58 یک نمونه مدار محدود کنندهی دامنه و شکل موج خروجی آن با توجه به شکل -58 در نیمسیکل مثبت مادامی که دامنهی سیگنال ورودی به نرسیده است دیود زنر قطع است z ) o. به = و ولتاژهای ورودی و خروجی با یکدیگر برابرند ( شکل ولتاژ خروجی شکل -59 محدود کنندهی دامنه به کمک دو دیود زنر در مدار شکل -59 در نیم سیکل مثبت دامنهی ورودی -) z ( z و در نیم سیکل منفی در حد )/7 در حد )/7 محدود میشود. - مدار کلمپر یا مهار کننده )clamper( در مدار کلمپر یا مهار کننده به سیگنال ورودی مؤلفهی ولتاژ DC اضافه میشود. به عبارت دیگر به کمک مدار کلمپر میتوان سیگنال را در جهت عمودی جابهجا کرد. در شکل -6 عملکرد مدار کلمپر نشان داده شده است دیود زنر قطعه ای است که دربایاس مخالف کار می کندو دربایاس مستقیم مانند دیود معمولی عمل می کند.در فصل درباره این دیود توضیح داده شده است.

24 C A C R L شکل ولتاژ خروجی o مدار کلمپر یامهارکننده شکل ولتاژ ورودی شکل -6 عملکرد مدار کلمپر به کمک خازن و دیود میتوان یک مدار کلمپر ساخت. در شکلهای -6 و -6 دو نمونه مدار کلمپر ساده نشان داده شده است. شکل -63 آشکارساز پیک تو پیک C به عنوان مهارکنندهی مثبت عمل و خازن دیود میکنند. یعنی ولتاژ سینوسی را در جهت مثبت به اندازهی m جابهجا مینمایند. شکل موج ولتاژ نقطهی A در نهایت به صورت شکل -64 در میآید. C o A m R شکل ولتاژ خروجی شکل ولتاژ ورودی m شکل -6 یک نمونه مدار کلمپر که سیگنال را در جهت عمودی )مثبت( جابجا میکند. C o 37 R شکل -6 یک نمونه مدار کلمپر که سیگنال را در جهت عمودی )منفی( جابجا میکند. - آشکار ساز نوک به نوک peak o peak deecor چنان چه یک مدار مهارکننده ی DC و یک آشکار ساز پیک )یکسوساز پیک( را پشت سر هم ببندیم یک مدار آشکار ساز پيک تو پيک شکل می گیرد. به مدار آشکار ساز پیک تو پیک آشکارساز نوک به نوک نیز می گویند. مدار این آشکارساز در شکل -63 رسم شده است. شکل -64 شکل موج نقطه A در شکل -63 C به عنوان آشکار ساز پیک عمل و خازن دیود R L باید خیلی بزرگتر میکنند. به طور معمول ثابت زمانی C. از پریود سیگنال ورودی باشد تا مدار بتواند عمل کند. شکل موج دو سر بار را در شکل -65 نشان دادهایم. RL m شکل -65 شکل ولتاژ خروجی شکل ولتاژ ورودی به مداری که عمل فوق را انجام میدهد آشکار ساز پیک تو پیک میگویند.

25 -3 آزمایش شمارهی )5( زمان اجرا : 5 ساعت آموزشی -3- هدف آزمایش: اندازهگیری و مشاهدهی ولتاژ خروجی مدار کلیپر و مدار کلمپر -3- تجهیزات ابزار قطعات و مواد مورد نیاز : ردیف نام و مشخصات تعداد/ مقدار شکل -67 اسیلوسکوپ دو کاناله سیگنال ژنراتورصوتی منبع تغذیه DC بردبرد دیود زنر /7 یا نوع دیگر دیود N4 یا معادل آن یک دستگاه یک دستگاه یک دستگاه یک قطعه دو عدد یک عدد در شکل -67 جهت دیود را معکوس کنید. شکل موج ولتاژهای ورودی و خروجی را به وسیلهی اسیلوسکوپ مشاهده کنید و با مقیاس مناسب در نمودار شکل -68 رسم نمایید یک عدد یک عدد یک عدد و KΩ و KΩ 7 خازن 47µf 5 8 مقاومت W 9 مقاومت m W m -3-3 مراحل آزمایش : مدار شکل -66 را روی بردبرد ببندید. سیگنال ژنراتور صوتی را به ورودی آن متصل کنید. KΩ شکل -68 ولتاژ برش را اندازه بگیرید و یادداشت کنید. K Ω D N4 o C =... P= 6 f = KHz 4 مدار شکل -69 را روی بردبرد ببندید. شکل -66 به وسیله ی اسیلوسکوپ شکل موج ولتاژهای ورودی 37 و خروجی را در نمودار شکل -67 رسم کنید.

26 سیگنال ژنراتور صوتی را به ورودی مدار متصل کنید. به وسیلهی اسیلوسکوپ شکل موجهای ورودی و خروجی را مشاهده کنید و آن را با مقیاس مناسب در نمودار P= 6 f = KHz D N4 KΩ 4 o شکل -7 رسم نمایید. شکل -69 سیگنال ژنراتور صوتی را به ورودی مدار متصل کنید. شکل موج ولتاژهای ورودی و خروجی را به وسیلهی اسیلوسکوپ مشاهده کنید و آن را با مقیاس مناسب در نمودار شکل -7 رسم نمایید. شکل -7 o P-P را اندازه بگیرید ولتاژ پیک تو پیک خروجی و یادداشت کنید. o P-P =... شکل -7 ولتاژ برش را اندازه بگیرید و یادداشت کنید. مدار شکل -73 را روی بردبرد ببندید. KΩ C =... N4 N4 KΩ o مدار شکل -7 را روی بردبرد ببندید. P= 6 f = KHz.7.7 KΩ o شکل -73 P= 6 f = KHz شکل -7 37

27 سیگنال ژنراتور صوتی را به ورودی مدار متصل کنید. به وسیلهی اسیلوسکوپ شکل موجهای ورودی و خروجی را مشاهده کنید و آن را با مقیاس مناسب در نمودار شکل -74 رسم نمایید. کنید. شکل -76 ولتاژ DCی خروجی را اندازه بگیرید و یادداشت شکل -74 ولتاژ پیک تو پیک خروجی را اندازه بگیرید و یادداشت کنید. o P-P =... مدار شکل -75 را روی بردبرد ببندید نتایج آزمایش: odc =... آنچه را که در این آزمایش فرا گرفتهاید به اختصار شرح دهید. 47µF D KΩ o P= 6 f = KHz شکل -75 سیگنال ژنراتور صوتی را به ورودی مدار متصل کنید. به وسیله ی اسیلوسکوپ شکل موج ولتاژهای ورودی و خروجی را مشاهده کنید و آن را با مقیاس مناسب در نمودار 373 شکل -76 رسم کنید.

28 آزمون پایانی فصل )( - طرز کار مدار یکسوساز نیم موج را شرح دهید. - مقدار متوسط ولتاژ خروجی مدار یکسوساز نیمموج را محاسبه کنید. m m ب( الف( 4 m ج( m د( 4- نقش 4m خازن صافی در یکسو کننده کدام است الف( تبدیل ولتاژ ضرباندار خروجی به ولتاژ ثابت ب( تبدیل ولتاژ ضرباندار ورودی به ولتاژ ثابت ج( تبدیل جریان ضرباندار خروجی به جریان ثابت د( حذف فرکانسهای زیاد و کم 5- ترانسفورماتور تغذیه عموما... است. الف(کاهنده ب( افزاینده 6- یک مزیت استفاده از ترانسفورماتور در قسمتتغذیهی دستگاهها ایزوله کردن مدار از برق شهر است. غلط صحیح 7- خرابیهای ترانس تغذیه کدامند الف( اتصال کوتاه کامل ب( قطع شدن سیمپیچ اولیه یا ثانویه ج( نیم سوز شدن و اتصال سیم به بدنه و هسته د( همهی موارد 8- عملکرد کلید / را در منابع تغذیه با ترانسفورماتور شرح دهید. 3- مقدار متوسط یک موج سینوسی یکسوشده به صورت 374 تمام موج برابر با... است.

29 9- مدار یک آشکار ساز پیک تو پیک را رسم کنید و راجع به نحوه ی عملکرد آن توضیح دهید. - افزایش ولتاژ به کمک مدارهای چند برابر کننده ی ولتاژ فقط برای جریان های بسیار کم امکان پذیر است. صحیح غلط کنید. - شکل موج خروجی مدار شکل -77 را رسم C o D R ولتاژ خروجی ولتاژ ورودی شکل یک نمونه مدار کلیپر را رسم کنید و عملکرد آن را توضیح دهید. 375