ما هي حاسبة مقوّم القنطرة؟
يعتمد مقوّم القنطرة على أربعة دايودات لتحويل التيار المتردد (AC) إلى تيار مستمر نابض، حيث يوصّل التيار خلال نصفي موجة التيار المتردد معاً (تقويم كامل الموجة). تقدّر هذه الحاسبة متوسط جهد خرج التيار المستمر إضافةً إلى جهد التموّج المتوقّع بعد مكثف التنعيم، بالاعتماد على الجهد الأقصى للدخل، هبوط الجهد الأمامي على الدايود، تيار الحمل، تردد الشبكة، وقيمة مكثف الترشيح.
طريقة الاستخدام
أدخل قيمة الجهد الأقصى (الذروي وليس الفعّال RMS) لموجة التيار المتردد الواصلة إلى القنطرة. إذا كنت تعرف القيمة الفعّالة (RMS) فقط، اضربها في 1.414. ثم حدّد هبوط الجهد لكل دايود (عادةً 0.7 فولت للسيليكون، ونحو 0.3 فولت لدايود شوتكي)، وتيار الحمل المتوقّع بالأمبير، وتردد الشبكة الكهربائية لديك (50 أو 60 هرتز — وتعتمد معظم الدول العربية على 50 هرتز)، وقيمة مكثف الترشيح بالميكروفاراد. تعرض لك الأداة متوسط جهد خرج التيار المستمر، والجهد الذروي للتيار المستمر بعد طرح هبوط الجهد على الدايودين الموصّلين، إضافةً إلى التموّج من الذروة إلى الذروة.
شرح المعادلة
القيمة المتوسطة لموجة جيبية مقوّمة تقويماً كاملاً تساوي 2·Vالذروي/π ≈ 0.637·Vالذروي. وبما أن دايودين يوصّلان في كل لحظة داخل القنطرة، فإننا نطرح 2·Vالدايود. أما التموّج فيُحسب بالعلاقة Vالتموّج = Iالحمل / (2·f·C)؛ والعامل 2 يعكس أن المقوّم كامل الموجة يشحن المكثف مرتين في كل دورة.
مثال محلول
عند Vالذروي = 17 فولت و Vالدايود = 0.7 فولت: Vالمستمر = (2 × 17)/π − 1.4 = 10.823 − 1.4 ≈ 9.42 فولت. ولأجل Iالحمل = 1 أمبير، f = 50 هرتز، C = 1000 ميكروفاراد: Vالتموّج = 1 / (2 × 50 × 0.001) = 10 فولت من الذروة إلى الذروة — وهذه إشارة واضحة إلى أنك تحتاج مكثفاً أكبر بكثير.
الثوابت والقيم المرجعية
يستخدم مقوِّم الجسر ذو الموجة الكاملة أربعة ثنائيات بحيث تقود كلا نصفي موجة التيار المتردد الحالي عبر الحمل في نفس الاتجاه. يمر مسار التوصيل دائماً عبر ثنائيين على التوالي، لذا يتم طرح قطرات الجهد الأمامية للثنائيات من الذروة. القيم أدناه هي الثوابت والأرقام المرجعية المستخدمة في الحسابات.
| الكمية | الرمز / القيمة | الملاحظات |
|---|---|---|
| معامل المتوسط (موجة جيب ذو موجة كاملة) | 2/π ≈ 0.637 | القيمة المتوسطة لموجة جيب مقوّمة ذات موجة كاملة بالنسبة إلى ذروتها |
| معامل جذر متوسط المربعات إلى الذروة | √2 ≈ 1.414 | \(V_{peak} = \sqrt{2}\,V_{rms}\) |
| انخفاض جهد الثنائي السيليكوني | ~0.7 V | جهد أمامي نموذجي لثنائي مقوّم قياسي (مثل 1N400x) |
| انخفاض جهد ثنائي شوتكي | ~0.3 V | انخفاض أقل، حرارة أقل، جيد للإمدادات ذات الجهد المنخفض |
| انخفاض جهد الثنائي الجرمانيوم | ~0.3 V | تكنولوجيا قديمة، جهد أمامي منخفض |
| تردد التموج | 2 × تردد الخط | 100 هرتز لـ 50 هرتز، 120 هرتز لـ 60 هرتز |
وحدات المتغيرات
| الحقل | المتغير | الوحدة |
|---|---|---|
| vpeak | جهد الإدخال الذروة \(V_{peak}\) | فولت (V) |
| vdiode | انخفاض الجهد الأمامي للثنائي \(V_{diode}\) | فولت (V) |
| iload | تيار الحمل \(I_{load}\) | أمبير (A) |
| freq | تردد الخط \(f\) | هرتز (Hz) |
| cap | مكثف التصفية \(C\) | فاراد (F)؛ غالباً ما يتم إدخاله بالميكروفاراد (µF) |
متوسط الإخراج المباشر (بدون مكثف تصفية) هو \(V_{DC} = \frac{2 V_{peak}}{\pi} - 2 V_{diode}\). مع مكثف تصفية، يرتفع الإخراج نحو الذروة ناقص قطرات الجهد للثنائي، ويتم تقدير التموج من الذروة إلى الذروة بواسطة \(V_{r(pp)} = \frac{I_{load}}{2 f C}\)، حيث \(2f\) هو تردد التموج.
تفسير نتيجتك
متوسط المباشر مقابل الذروة المباشرة. بدون مكثف تصفية، الإخراج عبارة عن سلسلة من نتوءات موجة جيب نصفية قيمتها المتوسطة هي \(\frac{2 V_{peak}}{\pi} - 2 V_{diode} \approx 0.637\,V_{peak}\) ناقص قطرات الجهد للثنائيات. بمجرد إضافة مكثف تصفية، يحتفظ المكثف بالإخراج بالقرب من قيمة الذروة، \(V_{peak} - 2 V_{diode}\)، والرقم ذو المعنى يصبح مستوى الذروة مع تموج يركب فوقه.
ما معنى التموج من الذروة إلى الذروة. التموج من الذروة إلى الذروة هو المسافة التي ينخفض فيها الجهد بين نبضات الشحن قبل أن تعيده النبضة التالية. معبراً عنه كنسبة مئوية، نسبة التموج % = \(\frac{V_{r(pp)}}{V_{DC}} \times 100\). على سبيل المثال، 1.0 فولت من التموج على إخراج 15.6 فولت هو حوالي 6.4 %. يمكن لمنظمات الخط الخطية التي تتابع أن تتحمل تموجاً معتدلاً طالما أن القاع يبقى فوق جهد تسرب المنظم، لكن الدوائر التناظرية الحساسة تريد تموجاً أقل بكثير من 1 %.
تموج أقل يحتاج إلى مزيد من C أو المزيد من f. لأن \(V_{r(pp)} = \frac{I_{load}}{2 f C}\)، تقلل التموج بزيادة السعة التصفية أو بالعمل بتردد تموج أعلى (إمداد 60 هرتز يتموج عند 120 هرتز وبالتالي يتموج بحوالي 17 % أقل من إمداد 50 هرتز لنفس المكثف). لا يمكنك تقليل التموج بخفض تيار الحمل إلا إذا كان حملك فعلاً يسحب تياراً أقل.
علامة تحذير. إذا أبلغ الحاسبة عن تموج بقيمة عدة فولتات، فإن المكثف غير كافٍ للتيار المسحوب — قد ينخفض قاع الإخراج بشكل منخفض جداً لكي يحافظ المنظم على هدفه، مما يسبب نزيفاً أو عدم استقرار. زد C حتى يصبح التموج جزءاً صغيراً من الإخراج المباشر.
ملاحظة تقريب. تفترض هذه النتائج ثنائيات مثالية بانخفاض جهد أمامي ثابت، وحملاً خفيفاً إلى متوسطاً نسبة إلى قدرة المحول، ونموذج تموج تفريغ خطي بسيط. الإمدادات الحقيقية لها مقاومة ملف المحول، ومقاومة ديناميكية للثنائي، و ESR للمكثف التي تزيد جميعها من انخفاض الجهد وتغير شكل التموج، لذا تعامل مع الأرقام كتقديرات تصميمية بدلاً من القيم الدقيقة.
الأسئلة الشائعة
لماذا نستخدم 2f في حساب التموّج؟ ينتج مقوّم القنطرة نبضتين في كل دورة من التيار المتردد، لذا يُعاد شحن المكثف بضعف المعدل مقارنةً بدائرة نصف الموجة، مما يقلّل التموّج إلى النصف.
هل أستخدم الجهد الذروي أم الفعّال (RMS)؟ استخدم الجهد الذروي. فالقنطرة "ترى" الذروة اللحظية. وللموجة الجيبية: RMS × 1.414 = الجهد الذروي.
لماذا نطرح هبوط جهد دايودين؟ في قنطرة كاملة الموجة يمرّ التيار دائماً عبر دايودين متتاليين، لذا ينخفض الخرج بمقدار مجموع جهديهما الأماميين.
