Köprü Doğrultucu Hesaplama Aracı Nedir?
Köprü doğrultucu, alternatif akımı (AC) titreşimli doğru akıma (DC) çevirmek için dört diyot kullanır ve AC dalga biçiminin her iki yarısında da iletim yapar (tam dalga doğrultma). Bu araç; tepe giriş gerilimini, diyotun ileri yön düşümünü, yük akımını, şebeke frekansını ve filtre kondansatörü değerini girdiğinizde, yumuşatma kondansatöründen sonra elde edeceğiniz ortalama DC çıkış gerilimini ve dalgalanma (ripple) gerilimini tahmin eder.
Nasıl Kullanılır?
Köprüye ulaşan AC dalga biçiminin tepe (RMS değil) gerilimini girin. Yalnızca RMS değerini biliyorsanız, bunu 1,414 ile çarpın. Diyot başına düşen gerilim düşümünü (silikon için tipik olarak 0,7 V, Schottky için ~0,3 V), beklenen yük akımını amper cinsinden, şebeke frekansınızı (50 veya 60 Hz) ve filtre kondansatörünü mikrofarad cinsinden ayarlayın. Araç; ortalama DC çıkışını, iki iletken diyot düşümünden sonraki tepe DC gerilimini ve tepeden tepeye dalgalanma değerini verir.
Formül Açıklaması
Tam dalga doğrultulmuş bir sinüsün ortalama değeri 2·Vtepe/π ≈ 0,637·Vtepe şeklindedir. Bir köprüde herhangi bir anda iki diyot iletim yaptığı için, sonuçtan 2·Vdiyot çıkarılır. Dalgalanma için Vdalgalanma = Iyük / (2·f·C) formülü kullanılır; buradaki 2 katsayısı, tam dalga doğrultucunun kondansatörü her çevrimde iki kez şarj etmesinden gelir.
Örnek Hesaplama
Vtepe = 17 V ve Vdiyot = 0,7 V için: Vdc = (2 × 17)/π − 1,4 = 10,823 − 1,4 ≈ 9,42 V. Iyük = 1 A, f = 50 Hz ve C = 1000 µF için: Vdalgalanma = 1 / (2 × 50 × 0,001) = tepeden tepeye 10 V — bu da çok daha büyük bir kondansatöre ihtiyacınız olduğunun açık bir göstergesidir.
Sabitler ve Referans Değerleri
Tam dalga köprü doğrultucusu dört diyotlar kullanır, böylece AC sinüs dalgasının her iki yarısı da yükten geçen akımı aynı yönde iter. İletim yolu her zaman seri olarak iki diyottan geçer, bu nedenle iki ileriye doğru gerilim düşümü tepeden çıkarılır. Aşağıdaki değerler hesaplamalarda kullanılan sabitler ve referans rakamlardır.
| Miktar | Sembol / Değer | Notlar |
|---|---|---|
| Ortalama faktörü (tam dalga sinüs) | 2/π ≈ 0,637 | Tam dalga doğrultulmuş sinüsün tepe değerine göre ortalama değeri |
| RMS-tepe faktörü | √2 ≈ 1,414 | \(V_{peak} = \sqrt{2}\,V_{rms}\) |
| Silikon diyot düşümü | ~0,7 V | Standart doğrultma diyodunun tipik ileriye doğru gerilimi (örn. 1N400x) |
| Schottky diyot düşümü | ~0,3 V | Daha düşük düşüm, daha az ısı, düşük gerilim kaynakları için iyidir |
| Germanyum diyot düşümü | ~0,3 V | Eski teknoloji, düşük ileriye doğru gerilim |
| Dalgalanma frekansı | 2 × şehir frekansı | 50 Hz şehirdeki için 100 Hz, 60 Hz şehirdeki için 120 Hz |
Değişken Birimler
| Alan | Değişken | Birim |
|---|---|---|
| vpeak | Tepe giriş gerilimi \(V_{peak}\) | voltlar (V) |
| vdiode | Diyot ileriye doğru düşümü \(V_{diode}\) | voltlar (V) |
| iload | Yük akımı \(I_{load}\) | amperler (A) |
| freq | Şehir frekansı \(f\) | hertz (Hz) |
| cap | Filtre kapasitörü \(C\) | farad (F); genellikle mikrofarad (µF) cinsinden girilir |
Ortalama DC çıkışı (filtre kapasitörü yok) şöyledir: \(V_{DC} = \frac{2 V_{peak}}{\pi} - 2 V_{diode}\). Filtre kapasitörü olan çıkış tepeye yakın iki diyot düşümüne doğru yükselir ve tepeden tepeye dalgalanma şu şekilde tahmin edilir: \(V_{r(pp)} = \frac{I_{load}}{2 f C}\), burada \(2f\) dalgalanma frekansıdır.
Sonucunuzu Yorumlama
Ortalama DC ve tepe DC. Filtre kapasitörü olmadan, çıkış, ortalama değeri \(\frac{2 V_{peak}}{\pi} - 2 V_{diode} \approx 0,637\,V_{peak}\) olan ve iki diyot düşümü olan yarı sinüs yumuluklarının bir serisiydir. Filtre kapasitörü eklendikten sonra, kapasitör çıkışı tepe değeri \(V_{peak} - 2 V_{diode}\) tutmaya devam eder ve anlamlı rakam, tepe seviyesi ve üzerine binen dalgalanmadır.
Tepeden tepeye dalgalanma ne anlama gelir. Tepeden tepeye dalgalanma, gerilimin sonraki nabızdan sonra geri yükselmeden önce şarj nabızları arasında ne kadar düştüğüdür. Yüzde olarak ifade edildiğinde, dalgalanma % = \(\frac{V_{r(pp)}}{V_{DC}} \times 100\). Örneğin, 15,6 V çıkışında 1,0 V dalgalanma yaklaşık 6,4 %'dir. Aşağı akış doğrusal düzenleyicileri, çukur düzenleyicinin çökme geriliminin üzerinde kaldığı sürece orta düzeyde dalgalanmaya tolerans gösterebilir, ancak hassas analog devreler dalgalanmanın 1 %'nin çok altında olmasını ister.
Daha düşük dalgalanma daha fazla C veya daha fazla f gerektirir. \(V_{r(pp)} = \frac{I_{load}}{2 f C}\) olduğu için, filtre kapasitansını artırarak veya daha yüksek dalgalanma frekansında çalışarak dalgalanmayı azaltırsınız (60 Hz kaynağı 120 Hz'de dalgalanır ve aynı kapasitör için 50 Hz kaynağından yaklaşık 17 % daha az dalgalanır). Yükünüz gerçekten daha az çizmedikçe yük akımını azaltarak dalgalanmayı azaltamazsınız.
Uyarı işareti. Hesaplayıcı birkaç voltluk dalgalanma bildirirse, kapasitör çekilen akım için yetersiz boyuttadır — çıkış çukuru, düzenleyicinin hedefini koruması için çok düşük düşebilir ve bu da vızıltı veya dengesizliğe neden olabilir. Dalgalanma DC çıkışının küçük bir kısmı olana kadar C'yi artırın.
Yaklaşım notu. Bu sonuçlar, sabit ileriye doğru düşüme sahip ideal diyotları, transformatörün kapasitesine göre hafif ila orta düzeyde bir yükü ve basit doğrusal deşarj dalgalanma modelini varsayar. Gerçek kaynaklar, transformatör sargısı direnci, diyot dinamik direnci ve kapasitör ESR'sine sahiptir ve bunların tümü gerilim düşümünü artırır ve dalgalanma şeklini değiştirir, bu nedenle rakamlara kesin değerler yerine tasarım tahminleri olarak davranın.
Sıkça Sorulan Sorular
Dalgalanma için neden 2f kullanılıyor? Köprü doğrultucu, her AC çevriminde iki darbe üretir; bu nedenle kondansatör, yarım dalga devreye göre iki kat sık şarj olur ve dalgalanma yarıya iner.
Tepe gerilimi mi yoksa RMS mi kullanmalıyım? Tepe gerilimini kullanın. Köprü, anlık tepe değerini görür. Sinüs dalga için RMS × 1,414 = tepe değeridir.
Neden iki diyot düşümü çıkarılıyor? Tam dalga köprüde akım her zaman seri bağlı iki diyot üzerinden akar; bu nedenle çıkış, her ikisinin ileri yön gerilimi kadar azalır.
