یکسوساز پل چیست؟ (به همراه نمودار مدار و قوانین عملکرد آن)

یکسوساز پل چیست؟

یکسوساز پل مداری است که با استفاده از دیودهایی که با تنظیمات مدار پل تنظیم شده‌اند، جریان متناوب (AC) را به جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌نماید. یکسوساز پل اغلب از چهار یا تعداد بیشتری دیود تشکیل شده‌اند. موج خروجی را بدون توجه به قطبیت ورودی، با قطبیت مشابه تولید می‌نماید.

یکسوساز پل، یک قطعه‌ی الکترونیکی در سطح یکسوساز نیم موج و یکسوساز تمام موج است. تصویر ۱ یک یکسوساز پل را نشان می‌دهد که از چهار دیود D₁، D₂، D₃ و D₄ تشکیل شده است که ورودی از دو پایانه‌ی A و B (در تصویر مشاهده می‌کنید) تامین شده و از رزیستور بار R_L که بین پایانه‌های C و D  متصل است، جمع آوری می‌شود.

حالا شرایطی را تصور کنید که پالس مثبت در ورودی AC ظاهر می‌شود، یعنی پایانه‌ی A مثبت و پایانه‌ی B منفی باشد. این موضوع سبب می‌شود تا دیودهای D₁ و D₃ بایاس مستقیم دریافت کرده و در همین زمان، دیودهای D₂ و D₄ بایاس‌های معکوس خواهند بود.

در نتیجه، جریان در طول مسیر مدار کوتاهی که توسط دیودهای D₁ و D₃ (با فرض اینکه دیودها ایده‌آل باشند) ایجاد شده، همانند تصویر 2a جاری می‌گردد. بنابراین ولتاژی که در رزیستور بار R_L ایجاد شده، در انتهای متصل به پایانه‌ی D مثبت و در انتهای متصل به پایانه‌ی C منفی خواهد بود.

سپس در صورتی که پالس منفی در ورودی AC ظاهر شود، پایانه های A و B به ترتیب منفی و مثبت خواهند شد. این دیودهای D₂ و D₄ را بایاس مستقیم کرده و سبب بایاس معکوس D₁ و D₃ می‌گردد که سبب جاری شدن جریان در جهت مشخص شده در تصویر 2b خواهد شد.

در این لحظه، باید توجه داشت که قطبیت ولتاژ به وجود آمده در R_L دقیقا مشابه زمانی است که پالس AC ورودی ذاتا مثبت بود. این یعنی برای پالس‌های مثبت و منفی، قطبیت خروجی یکسوساز پل همانند شکل موج‌های تصویر ۳ دقیقا مشابه خواهد بود.

گرچه باید توجه داشت که DC یکسوساز پل ذاتا پالس‌زن است. به منظور دریافت یک شکل خالص از DC، باید از یک خازن در اتصال با مدار پل استفاده نمود (تصویر ۴).

در این طراحی، پالس مثبت در ورودی سبب شارژ شدن خازن از طریق دیودهای D₁ و D₃ می‌شود. گرچه به عنوان پالس منفی که به ورودی می‌رسد، عملکرد شارژ کردن خازن متوقف شده و تخلیه‌ی شارژ از طریق R_L را آغاز می‌کند.

این مورد سبب تولید خروجی DC موج دار می‌شود که در تصویر مشاهده می‌کنید. این عامل موج به عنوان نسبت اجزای AC به اجزای DC در ولتاژ خروجی شناخته می‌شود.

به علاوه، محاسبات ولتاژ موج از طریق معادله‌ی زیر انجام می‌شود:

که V_r نشان دهنده‌ی ولتاژ موج است

I_l نشان‌ دهنده‌ی جریان بار است

F نشان دهنده‌ی فرکانس موج است که دو برابر فرکانس ورودی می‌باشد

و C ظرفیت خازنی است.

علاوه بر این موارد، شاید جالب باشد که بدانید یکسوسازهای پل عمدتا دو نوع هستند: یکسوسازهای تک فاز و یکسوسازهای سه فاز. به علاوه، هر یک می‌توانند کنترل نشده، نیمه کنترل شده یا تماما کنترل شده باشند.

برای کاربردهای خاص، یکسوسازهای پل را با در نظر داشتن نیازهای جریان بار انتخاب می‌کنند. به دلیل اینکه می‌توان این یکسوسازهای پل را حتی بدون وجود یک ترانسفورماتور ایجاد کرد، دارای مزیت بسیاری هستند و برای کاربردهای با ولتاژ بالا نیز مناسب می‌باشند.

گرچه در اینجا دو دیود وظیفه‌ی برق رسانی تمام نیم چرخه‌ها را بر عهده دارند و بنابراین کاهش ولتاژ در سراسر دیودها افزایش خواهد یافت. در آخر می‌بایست توجه داشته باشید که به غیر از تبدیل AC به DC، از یکسوسازهای پل برای شناسایی نوسان سیگنال‌های رادیویی تنظیم شده و تامین ولتاژ قطبی شده برای کاربردهای جوشکاری استفاده می‌شود.

ترجمه: مینا مقدس نژاد (عضو تیم تحریریه وک شاپ)
منبع مطلب: electrical4u
منبع تصویر اصلی: rs-online