הפכה וחישוק
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| diodes/ˈdaɪəʊdz/ | דיודים |
| capacitor/kəˈpæsɪtə/ | קבל |
| rectification/ˌrektɪfɪˈkeɪʃn/ | יישור |
| smoothing/ˈsmuːðɪŋ/ | חלקה |
| ripple/ˈrɪpl/ | גלי גל |
| forward-biased/ˈfɔːwəd ˈbaɪəst/ | דחוף קדימה |
| reverse-biased/rɪˈvɜːs ˈbaɪəst/ | דחוף אחורה |
| bridge rectifier/brɪdʒ ˈrektɪfaɪə/ | מתקן יישור גשרי |
בתוך מטען טלפון
- מטען טלפון לוקח מתח תנודתי רשת שמחליף כיוון חמישים פעם בשנייה, ומספק לטלפון זרם ישר מתמיד $5\ \text{V}$.
- בין שני הדברים הללו יושבים בדיוק רכיבי השיעור הזה: דיודים כדי לעצור את החילוף, וקבל כדי לחלק את שנותר.
- יישור הוא המרת זרם תנודתי לזרם ישר (חד-כיווני). זוהי ההגדרה המובחרת.
- חיתוך (חלקה) הוא אז שימוש בקבל על פני המטען להפחתת הגלים של יציאת מיושר.
מה דיודה עושה
- דיודה מוליכה רק כאשר היא מותאמת קדימה: האנודה שלה, הקצה השטוח של המשולש בסמל, חיובית יותר מהקתודה שלה, הקו.
- אחרת היא מותאמת אחורה ומתנהגת כמו מתג פתוח.
- התעלם מזה כי אידיאלית: אפס התנגדות בכיוון אחד, אינסופית בכיוון השני.
- הזרם המקובל זורם תמיד דרך דיודה בכיוון שהמשולש מצביע. כל שאלת "השלם את המעגל" היא הכלל הזה, מיושם לכל דיודה בנפרד.
דיודה מוליכה זרם:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
ההתנהגות חד-כיוונית הזו היא מה שמאפשר לדיודות לבצע הפכת AC ל-DC.
התאם כל מונח להגדרה שמסמן בוחן התשובה הנכונה.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
זרם מוחזק עדיין משתנה; מה שהופך אותו ל-Direct הוא שהוא לעולם אינו הופך לכיוון ההפוך.
יישור מחציתי
- דיודה בודדת בסדרה עם המטען מאפשרת רק את המחצית החיובית של כל מחזור. במחצית השלילית היא מותאמת אחורה ואין זרימת זרם כלל.
- היציאה היא גלי מחצית חיוביים המופרדים ברווחים שטוחים באפס בעלות אותה אורך. יציאה ממוצעת $= V_0/\pi \approx 0.32\,V_0$.
- מחצית מהכניסה מושלכת, והיציאה מאוד לא אחידה.
גבוקים, ואז אין דבר, ואז גבוקים
הפכה בחצי-מחזור משתמשת ב____ דיודה.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
דיודה יחידה מעבירה את מחצית המחזור החיובית וחוסמת את השליליות (ונותרות פערים).
ציור מעגל יישור מחציתי
- מקור, דיודה בודדת בסדרה, מטען, ו$V_{\text{OUT}}$ לקוח על פני המטען. המשולש מצביע את הכיוון שבו זרם היציאה חייב לזרום.
- אם נדרש קבל חלקה, הוא מחובר במקביל למעמס, לעולם בסדר. קבל בסדר יחסום את הזרם המשתנה (d.c.) לחלוטין, מה שהופך את עניינו הפוך למה שרצינו להשיג.
דיודה אחת במעגל, קבל אחד על פני המעמס
איפה ממוקם קבל חלקה?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
עליה לפרק דרך המטען בין שיא בשיא, מה שדורש חיבור במקביל. בחיבור בסדרה היא תחסום את זרם DC לחלוטין, מה שהופך את ההתנהגות הזו להפוכה מהמטרה.
רקטיפיציה בגל מלא
- רکتפייר גשר משתמש ב-ארבע דיודות כך שזרם המעמס זורם באותו כיוון בשתי המקרים, לא משנה איזה קלט חיובי.
- היציאה היא רצף רציף של גבולות חיוביים ללא פערים, בתדר כפול לתדר הקלט. מתח ממוצע ביציאה $= 2V_0/\pi \approx 0.64\,V_0$, כפול מערך החצי-גל.
- כל הקלט מועיל, והשאר נשאר קל הרבה יותר לחלקה.
ללא פערים, וכפול בתדירות
ממיר וחישוק
צפה בזרם מתחלף הופך ליציאת DC חלקה יותר.
כמה דיודות יש בגשר (ממיר גל מלא)?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
ארבע דיודות, מסודרות כך שזרם המטען זורם תמיד באותו כיוון, לא משנה איזה מושב כניסה הוא חיובי.
תפוקת ממיר גל מלא חוזרת על עצמה בתדירות כפולה מזו של הכניסה AC.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
שתי מחציות המחזור הופכות לגבולות חיוביים, ולכן התפוקה רועשת בתדירות כפולה מזו של הכניסה.
דוגמה פתורה: הסבר על הגשר
- הסבר כיצד ארבע הדיודות יוצרות רקטיפיציה בגל מלא. זוהי שאלה סטנדרטית בעלת ארבע נקודות, והיא דורשת ציון שמות הדיודות.
- כאשר הקוטב P חיובי: הזרם יוצא מ-P, עובר דרך הדיודה המכוונת רחוק מ-P אל החלק העליון של המעמס, זורם למטה דרך המעמס, וחוזר ל-Q דרך הדיודה המכוונת כלפי Q. שתי הדיודות האחרות מופנות בהפך ואינן מעבירות זרם.
- כאשר Q חיובי: הזוג האחר מוליך, אך הם מסודרים כך שהזרם עדיין נכנס למעמס מהחלק העליון.
- ולכן הזרם במעמס זורם באותו כיוון בשתי מחציות הגל. ציינו איזה זוג מוליך בכל מחצית גל ואיזה קצה של המעמס חיובי.
שתי דיודות בו-זמנית, זרם בכיוון אחד דרך המעמס
סדר את הסבר של מחצית מחזור אחת בממיר גשר.
Difficulty 3/5 · 200 coins + a small bonus on first completion today
בתשובה בשערות ארבע נקודות, הנקודות מוענקות על ציון זוג המוליך בכל מחצית מחזור, ולא על אמירת כך שהזרם "זורם באותו כיוון".
השלמת גשר
- עבור גשר שאיבד דיודות, השתמשו בכלל אחד: שתי הדיודות המחוברות לקוטב היציאה החיובי מכוונות כלפיו, ושתי הדיודות המחוברות לקוטב היציאה השלילי מכוונות רחוק ממנו.
- דיודה בודדת בכיוון שגוי או מקצרת את המקור במחצית גל אחת או אינה מעבירה כלל זרם.
- בדקו את התשובה שלכם על ידי מעקב אחר מחצית גל אחת במלואה סביב הלולאה לפני שתמשיכו.
בממיר גשר, שתי הדיודות המחוברות למושב התפוקה החיובי מצבינות אליו.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
ושתי הדיודות המחוברות למושב השלילי מצבינות הרחק ממנו. דיודה אחת הפוכה או תגרום לקצר-מסלול במקור במחצית מחזור או לא תעביר זרם כלל.
החלקה באמצעות קבל
- יש לחבר קבל $C$ במקביל למעסה $R$. בחלק העולה של כל פולס הוא נטען כמעט עד לשיא.
- בחלק היורד ובמהלך כל חלון זמן, הדיודות מוטה הפוך ולכן הקבל פונה דרך המעסה ומשמר את זרימת הזרם. התפרקות זו מתרחשת עם קבוע זמן $RC$.
- בשיא הבא הוא נטען שוב. מתח הפלט נשאר כעת קרוב לשיא עם ירידות קלות, וגודל הירידות נקרא גלי גל. (Ripple)
לעולם לא מגיע לאפס, לעולם לא עובר את הפסגה
כדי לחלק את תפוקת היישור, מחברים קבל:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
באופן מקביל; הוא נטען לקצה ולוחץ לאחר מכן דרך העומס בין הקצוות, ושומר על מתח גבוה.
דוגמה פתורה: כמה גדול הגלי גל?
- יישור חצי-גל המוזין ממקור מתח $50\ \text{Hz}$ כולל קבל $470\ \mu\text{F}$ המקביל למעסה $1.2\ \text{k}\Omega$. הערכו את הירידה השברית בין שיאים וציינו מה תשתנה במערכת גשר.
- יישור חצי-גל מספק שיא אחד לכל מחזור, ולכן המרווח בין שיאים הוא $T = 1/50 = 20\ \text{ms}$.
- קבוע הזמן: $RC = (1.2\times10^3)(470\times10^{-6}) = 0.56\ \text{s}$.
- פריקה: $V = V_0 e^{-t/RC} = V_0 e^{-0.020/0.56} = 0.965\,V_0$, כלומר ירידה של כ-$3.5\%$.
- במערכת גשר המרווח בין שיאים הוא רק $10\ \text{ms}$, ולכן הירידה צומחת לשנייה ועומדת על כ-$1.8\%$. מכיוון ש-$t \ll RC$, הגלי גל הוא בקירוב $V_0 t/(RC)$: פרופורציונלי לזמן בין שיאים, והופך ליחסית הפוך גם ל-$R$ וגם ל-$C$.
מיישר גל מלא ממקור בתדר 50 Hz מזין עומס של 1.2 קילו-אום עם קבל של 470 מיקרו-פארד. כמה מילישניות עוברות בין שיאי הפלט?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
פלט גל מלא פועל בשני פעמיים התדר של הכניסה, כלומר 100 שיאים לשנייה ו-10 מילישניות ביניהם. מיישר גל חצי נתן 20 מילישניות וכמעט פי שניים גלימות.
הממוצע של תפוקת יישור גל אחד הוא $V_0$ שחולק ב-____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
יישור גל אחד נותן ⟨0.32⟩ V0; גשר משתמש בשני החצאים ומכפיל אותו ל-⟨2V0/π⟩ = ⟨0.64⟩ V0. הגשר גם מכפיל את תדר הגלימה, ולכן אותו קבל מחלק טוב יותר.
מה מקטן את הגלי גל וכיצד לשרטט אותו
- קבל גדול יותר ($C$): מטען מאוסף יותר, ולכן ירידה קטנה יותר בין שיאים.
- עומס גדול יותר ($R$): זרם מעסה קטן יותר, ולכן פריקה איטית יותר. שימו לב שזהו העומס ההתנגדותי, ולכן עומס כבד יותר (התנגדות ⟨$R$⟩ קטנה) גורם לגלי גל גרוע יותר.
- יישור מלא במקום חצי-גל: פחות זמן לפריקה בין שיאים.
- כדי לשרטט: שרטטו את הגלים בעדינות, ולאחר מכן קו שמגע בכל שיא, שוקע מעט ומסתובב ח sharply כלפי מעלה כאשר הגל הבא פוגע בו. המתח לעולם לא מגיע לאפס ולעולם לא עולה מעל השיא.
$RC$ גדול יותר צמוד יותר לקו הפסגה
בחרו את כול השינויים שמפחיתים את הגלימה.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
ערך גדול יותר של $RC$ (או זמן קצר יותר בין קצוות) גורם לקבל לרדוף פחות בין קצוות – גלימה קטנה יותר. קבל קטן יותר עושה את ההפך.
סימונים נופלים מהיד
- קבל ההחלקה מחובר במקביל למעסה. בחיבור סדרתי הוא חוסם את זרם הישר (d.c.) לחלוטין.
- בהסבר לגשר, צין את זוג הדיודים המוליך בכל מחצית של מחזור. "הזרם זורם באותו כיוון" לבדו הוא נקודה אחת מארבע.
- יציאת גל מלא היא בכפול תדר הכניסה, ולא באותו תדר.
- התנגדות עומסקטנה יותר גורמת לגל ריפל גדול יותר, מכיוון שהקבל מתפרק מהר יותר.
- למחצית-גל יש רווחי אפס שטוחים**;** לגל מלא אין כלל. צייר את הרווחים באותה רוחב כמו הגלים.
הבנתך מושלמת
- המרה ממירה זרץ חילופין לזרץ בכיוון אחד; דיודה מוליכה רק כאשר היאמוטה קדימה, בכיוון שמצביע משולשה שלה
- מחצית-גל משתמש בדיודה אחת ועובר מחצית מכל מחזור, ממוצע $V_0/\pi$; גשר של ארבע דיודות עובר את שתי המחציות, ממוצע $2V_0/\pi$, בכפול התדר
- קבלבמקביל לעומס מחליק על ידי פריקה דרך העומס בין שיאים, עם קבוע זמן $RC$
- הריפל מצטמצם עם קבוע זמן גדול יותר $C$, התנגדות עומס גדולה יותר, והמרת גל מלא במקום המרת מחצית-גל