Mạch chỉnh lưu – Wikipedia tiếng Việt

Mạch chỉnh lưu là một mạch điện điện tử chứa các linh kiện điện tử có tác dụng biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Mạch chỉnh lưu được dùng trong các bộ nguồn một chiều hoặc mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến trong các thiết bị vô tuyến. Trong mạch chỉnh lưu thường chứa các diode bán dẫn để điều khiển dòng điện và các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác.

Khi chỉ dùng một diode đơn lẻ để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều, bằng cách khóa không cho phần dương hoặc phần âm của dạng sóng đi qua mạch điện, thì mạch chỉnh lưu được gọi là chỉnh lưu nửa chu kỳ luân hồi hay chỉnh lưu nửa sóng. Trong những bộ nguồn một chiều người ta hay sử dụng những mạch chỉnh lưu nhiều diode ( 2 hoặc 4 diode ) với những cách sắp xếp khác nhau để hoàn toàn có thể đổi khác từ xoay chiều thành một chiều phẳng phiu hơn trường hợp sử dụng một diode riêng không liên quan gì đến nhau. Trước khi những diode bán dẫn tăng trưởng, người ta còn dùng những mạch chỉnh lưu sử dụng đèn điện từ chân không, đèn chỉnh lưu thủy ngân, những dãy bán dẫn đa tinh thể seleni .Các máy thu thanh vô tuyến tiên phong, người ta gọi là những máy tinh thể, dùng một sợi ” râu mèo ” hoặc một kim nhọn tiếp xúc nhẹ vào một điểm trên một khối tinh thể galena ( sunphát chì ) để tạo ra một diode tiếp điểm, hoặc một bộ tách sóng tinh thể. Trong mạng lưới hệ thống sấy đốt khí, những bộ phát hiện lửa hoàn toàn có thể dùng. Hai điện cực trong một vỏ bọc kín hoàn toàn có thể sản sinh ra dòng điện và hoàn toàn có thể chỉnh lưu được một dòng điện xoay chiều, nhưng chỉ khi chúng nhìn thấy ngọn lửa .

Mạch chỉnh lưu nửa sóng.

Một mạch chỉnh lưu nửa sóng chỉ một trong nửa chu kỳ dương hoặc âm có thể dễ dàng đi ngang qua diode, trong khi nửa kia sẽ bị khóa, tùy thuộc vào chiều lắp đặt của diode. Vì chỉ có một nửa chu kỳ được chỉnh lưu, nên mạch chỉnh lưu nửa sóng có hiệu suất truyền công suất rất thấp. Mạch chỉnh lưu nửa sóng có thể lắp bằng chỉ một diode bán dẫn trong các mạch nguồn một pha.

Chỉnh lưu toàn sóng.

Mạch chỉnh lưu toàn sóng biến hóa cả hai thành phần cực tính của dạng sóng nguồn vào thành một chiều. Do đó nó có hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên trong mạch điện không có điểm giữa của biến áp người ta sẽ cần đến 4 diode thay vì một như trong mạch chỉnh lưu nửa sóng. Điều này có nghĩa là đầu cực của điện áp ra sẽ cần đến 2 diode để chỉnh lưu, thí dụ như 1 cho trường hợp điểm X dương, và 1 cho trường hợp điểm X âm. Đầu ra còn lại cũng cần đúng chuẩn như thế, hiệu quả là phải cần đến 4 diode. Các diode dùng cho kiểu nối này gọi là cầu chỉnh lưu .

Bộ chỉnh lưu toàn sóng đổi khác cả hai nửa chu kỳ luân hồi thành một điện áp đầu ra có một chiều duy nhất : dương ( hoặc âm ) vì nó chuyển hướng đi của dòng điện của nửa chu kỳ luân hồi âm ( hoặc dương ) của dạng sóng xoay chiều. Nửa còn lại sẽ tích hợp với nửa kia thành một điện áp chỉnh lưu hoàn hảo .Đối với nguồn xoay chiều một pha, nếu dùng biến áp có điểm giữa, chỉ cần 2 diode nối đấu sống lưng với nhau ( nghĩa là anode-với-anode hoặc cathode-với-cathode ) hoàn toàn có thể thành một mạch chỉnh lưu toàn sóng .

Chỉnh lưu toàn sóng dùng đèn chân không 2 anode .Một mạch chỉnh lưu dùng đèn chân không thông dụng sử dụng một đèn có 1 cathode và 2 anode trong cùng một vỏ bọc ; Trong trường hợp này, 2 diode chỉ cần một bóng chân không. Các đèn 5U4 và 5Y3 là những thí dụ thông dụng nhất cho kiểu mạch này .

Chỉnh lưu ba pha cầu .Mạch điện ba pha cần đến 6 diode. Thông thường cần 3 cặp, nhưng không phải cùng loại với diode đôi sử dụng trong chỉnh lưu một pha toàn sóng. Thay vào đó người ta dùng cặp diode tiếp nối đuôi nhau với nhau ( cathode nối với anode ). Thường thì những diode đôi sẽ được sắp xếp ra 4 chân, để hoàn toàn có thể tùy ý đấu nối cho mạch chỉnh lưu toàn sóng một pha, hay mạch cầu một pha và ba pha .

Máy phát điện trên xe xe hơi sau khi tháo ra, cho thấy cầu chỉnh lưu toàn sóng ba pha .Hầu thết những thiết bị phát sinh ra dòng điện xoay chiều ( như máy phát điện xoay chiều ) đều phát ra điện ba pha. Máy phát điện trên xe xe hơi có 6 diode lắp kiểu chỉnh lưu cầu ba pha để chỉnh lưu thành dòng điện một chiều, nạp điện cho bình ắc quy .

Thất thoát đỉnh sóng ..

Khuyết điểm của những mạch chỉnh lưu là thất thoát từ đỉnh sóng nguồn vào đến đỉnh sóng đầu ra, gây ra bởi điện áp ngưỡng của diode. Điện áp này xê dịch 0,7 vôn so với diode thường, và 0,1 vôn so với diode Schottky. Các mạch chỉnh lưu nửa sóng, cả mạch chỉnh lưu toàn sóng có 2 cuộn dây, sẽ có thất thoát đỉnh sóng bằng điện áp rơi trên một diode. Các mạch chỉnh lưu cầu sẽ có điện áp thất thoát bằng điện áp rơi trên 2 diode. Điều này hoàn toàn có thể thấy thất thoát này sẽ đáng kể so với những mạch có điện áp phân phối rất bé. Hơn nữa, vì những diode không hề dẫn khi điện áp dưới điện áp này, mạch chỉ hoàn toàn có thể cho dòng điện đi qua trong một phần của nửa chu kỳ luân hồi. Vì thế sẽ có một phần nhỏ điện áp bằng 0 Open xen kẽ với những đoạn có điện áp .

San bằng điện áp ra của mạch chỉnh lưu.

Cả hai mạch chỉnh lưu nửa sóng và toàn sóng đều có nhược điểm là nó thay đổi theo dạng của sóng đầu vào, mà không cung cấp điện áp không đổi. Để tạo ra một dạng điện áp một chiều đều đặn từ ngõ ra của bộ chỉnh lưu, cần phải có một mạch “san bằng”, còn gọi là mạch lọc. Mạch lọc đơn giản nhất dùng một tụ tích điện, hay tụ lọc hoặc tụ san bằng đặt vào đầu ra của mạch chỉnh lưu. Mạch này vẫn còn lưu lại một ít thành phần điện áp xoay chiều (gợn sóng) vì điện áp không hoàn toàn bằng phẳng.

Kích thước của tụ điện biểu lộ tính kinh tế tài chính. Đối với một tải cho sẵn, tụ điện càng lớn càng làm giảm độ gợn sóng, nhưng lại làm tăng giá thành, và làm tăng dòng điện đỉnh trên thứ cấp của cuộn dây thứ cấp máy biến áp và mạch cấp nguồn cho nó. Trong những trường hợp đặc biệt quan trọng, nhiều bộ chỉnh lưu nối vào điểm phân phối nguồn, sẽ gây khó khăn vất vả cho sự bảo vệ dạng hình sin của điện áp .Với một thông số gợn sóng cho trước, độ lớn của tụ lọc sẽ tỷ suất với dòng điện tải, tỷ suất nghịch với tần số chỉnh lưu, và số lượng những đỉnh của dạng sóng trong mỗi chu kỳ luân hồi. Dòng điện tải và tần số nguồn cấp thường ngoài tầm trấn áp của người phong cách thiết kế mạch chỉnh lưu nhưng số lượng đỉnh trong mỗi chu kỳ luân hồi lại hoàn toàn có thể tinh chỉnh và điều khiển được bằng cách chọn sơ đồ chỉnh lưu thích hợp .Mạch chỉnh lưu bán sóng cho 1 điện áp đỉnh trên mỗi chu kỳ luân hồi, vì thế thường chỉ sử dụng cho những ứng dụng có dòng điện nhỏ. Mạch chỉnh lưu toàn sóng một pha cho 2 đỉnh trên mỗi chu kỳ luân hồi, và đây là cách tốt nhất cho mạch chỉnh lưu một pha. Đối với chỉnh lưu ba pha, có đến 6 đỉnh trên mỗi chu kỳ luân hồi và hoàn toàn có thể cao hơn nếu ta sử dụng những biến áp thích hợp trước bộ chỉnh lưu nhằm mục đích tăng số pha lên .
Mạch lọc nguồn dùng tụ hóa và cuộn cảmĐể làm giảm độ gợn sóng hơn thế nữa, người ta dùng một bộ lọc gồm tụ hóa có điện dung lớn và cuộn cảm có từ dung lớn, mắc kiểu chữ N .Tuy nhiên, để đơn thuần hoàn toàn có thể chỉ cần một tụ lọc .Nếu dòng điện tải phụ thuộc vào nhiều vào mức độ gợn sóng của nguồn, hoàn toàn có thể dùng một bộ ổn áp thay cho những tụ lọc cỡ lớn. Cả hai đều để giảm độ gợn sóng và để ngăn ngừa sự đổi khác của điện áp ra theo điện áp nguồn và theo dòng tải .

Bộ chỉnh lưu tăng đôi điện áp.

Một mạch chỉnh lưu nửa sóng đơn thuần hoàn toàn có thể lắp ráp theo 2 kiểu với cực tính của 2 diode đối kháng nhau một kiểu nói cho ra điện áp dương, và một kiểu nối cho ra điện áp âm. Nếu tích hợp cả hai kiểu này cùng với hai bộ lọc san bằng độc lập, hoàn toàn có thể đạt được điện áp ra giao động bằng 2 lần điện áp đỉnh của mạch xoay chiều. Điều này cũng hoàn toàn có thể có được bằng cách nối biến áp có điểm giữa được cho phép mỗi mạch điện là một mạch cấp nguồn riêng .Một biến thể khác của mạch này là dùng những tụ điện tiếp nối đuôi nhau nhau để làm mạch san bằng dòng ngõ ra của cầu chỉnh lưu. Sau đó đặt một khóa chuyển mạch từ điểm giữa của hai tụ điện đến một trong những đầu AC ngõ vào. Khi khóa này mở, mạch hoạt động giải trí như một mạch chỉnh lưu cầu thông thường. Nhưng khi đóng khóa, nó sẽ hoạt động giải trí như một mạch nhân đôi điện áp. Nói cách khác, hoàn toàn có thể tạo ra điện áp một chiều khoảng chừng 320V một cách thuận tiện từ bất kể nguồn nào để cấp cho những mạch ổn áp kiểu đóng cắt .
Một diode chỉnh lưu và những phụ kiện giải nhiệt .Ứng dụng cơ bản nhất của mạch chỉnh lưu là trích xuất thành phần điện một chiều hữu dụng từ nguồn xoay chiều. Thực ra hầu hết những ứng dụng điện tử sử dụng nguồn điện một chiều, nhưng nguồn cung ứng lại là dòng điện xoay chiều. Vì thế những mạch chỉnh lưu được sử dụng bên trong mạch cấp nguồn của hầu hết những thiết bị điện tử .Mạch biến đổi điện một chiều từ điện áp này sang điện áp khác sẽ phức tạp hơn. Một trong những chiêu thức đổi từ điện một chiều ở điện áp này sang điện một chiều ở điện áp khác là : tiên phong chuyển từ một chiều thành xoay chiều, ( dùng một mạch nghịch lưu ) sau đó đưa qua máy biến áp để đổi khác điện áp, và sau cuối là chỉnh lưu lại thành điện một chiều .Các mạch chỉnh lưu cũng được ứng dụng trong mạch tách sóng những tín hiệu vô tuyến điều biến biên độ. Tín hiệu hoàn toàn có thể cần hoặc không cần khuếch đại trước khi tách sóng. Nếu tín hiệu nhỏ quá, phải sử dụng những diode có điện áp rơi rất thấp. Trong trường hợp này những tụ và điện trở tải phải lựa chọn cẩn trọng cho tương thích. Trị số tụ điện thấp quá sẽ làm cho sóng cao tần lọt sang đầu ra. Chọn cao quá, nó hoàn toàn có thể nạp đầy và giữ nguyên điện áp đã được nạp .
Điện áp ra của một mạch chỉnh lưu toàn sóng với những thyristor được điều khiển và tinh chỉnh .Các mạch chỉnh lưu cũng được sử dụng để cấp điện có cực tính cho máy hàn điện. Các mạch như thế này nhiều lúc thay thế sửa chữa những diode trong cầu chỉnh lưu bằng những Thyristor. Các mạch này sẽ có điện áp ra nhờ vào vào góc kích mồi .

Chỉnh lưu hiệu suất cao.

Các đèn chân không, những dãy chỉnh lưu ô – xít sắt kẽm kim loại và những diode bán dẫn thích hợp cho dài ứng dụng từ cỡ miliampere đến hàng nghìn ampere trong mỗi linh phụ kiện đơn lẻ .

Một vài giải pháp cơ điện hấp dẫn đã được đề nghị và sử dụng trước khi phát minh ra các linh kiện điện tử này. Thí dụ như bộ biến đổi từ điện xoay chiều thành một chiều trong các tàu hỏa, người ta có thể dùng bộ chỉnh lưu đồng bộ. Nó gồm có một động cơ đồng bộ kéo một dãy các điện tải nặng. Động cơ này sẽ phải quay đồng thời gian với tần số điện xoay chiều, và làm chuyển mạch các tiếp điểm ngay khi dòng điện hình sin giảm xuống đến 0. Các tiếp điểm không phải chuyển mạch ở dòng cao, nhưng phải bảo đảm phải chịu đựng được dòng tải lớn khi đang đóng để cung cấp nguồn cho các động cơ kéo đầu máy. Ngày trước, những bộ rung sử dụng cho các mạch cấp nguồn một chiều điện áp cao từ bình ắc quy thường bao gồm một bộ tiếp điểm thứ hai để thực hiện chỉnh lưu đồng bộ ở phía điện áp cao.

Trong những năm gần đây, người ta thiết kế những bộ chỉnh lưu đồng bộ sử dụng các tranzito MOSFET, nó có thể chỉnh lưu với điện áp thuận rất thấp và có những ưu điểm khác để trở thành các bộ chuyển mạch với tốc độ rất cao. Các bộ chỉnh lưu đồng bộ bán dẫn hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các khối cấp nguồn sử dụng điện áp rất thấp, khi mà điện áp rơi trên linh kiện chỉnh lưu có thể có thể gây nên những nhiễu loạng không chấp nhận được trên điện áp ra.

Một số dạng chỉnh lưu khác được sử dụng trong truyền dẫn dòng điện một chiều điện áp cao, và các ứng dụng công nghiệp khác trong những năm 1909 đến 1975 sử dụng những bộ đèn chỉnh lưu thủy ngân còn gọi là các đèn van hồ quang thủy ngân. Linh kiện này có thể đặt trong một bóng thủy tinh hay ống kim loại.Một điện cực, cathode, được ngập trong bầu thủy ngân ở dưới đáy đèn. Có một hay nhiều thanh than chì độ tinh khiết cao gọi là anode được lắp phía trên bầu. Có thể có một số điện cực phụ để mồi và duy trì dòng hồ quang. Khi có hồ quang giữa bầu thủy ngân và điện cực than, sẽ có một dòng âm điện tử chảy Cathode đến anode do hơi thủy ngân bị ion hóa, nhưng không thể theo chiều ngược lại. Linh kiện này có thể dùng ở công suất đến hàng trăm kilo watt và có thể dùng để chỉnh lưu nguồn xoay chiều sáu pha.Các đèn chỉnh lưu thủy ngân sau này đã được thay thế bằng các diode bán dẫn kể từ những năm giữa của thập niên 70. Các đèn công suất lớn nổi tiếng được lắp đặt ở các dự án truyền dẫn điện áp cao một chiều Manitoba Hydro Nelson River Bipole với định mức đến hàng triệu kilowatt và 450.000 vôn.

Một dạng chỉnh lưu thứ ba, một bộ Động cơ – máy phát điện hoặc một bộ đổi khác quay, không phải là một bộ bộ chỉnh lưu theo đúng nghĩa. Ở đây một động cơ xoay chiều được kết nới cơ học với một máy phát điện một chiều. Máy phát điện một chiều sẽ tạo ra trong cuộn dây của nó dòng điện xoay chiều nhiều pha. Một bộ cổ góp chuyển mạch và biến hóa dòng điện xoay chiều này thành một chiều đầu ra, hoặc một máy phát đơn cực, cho ra trực tiếp dòng điện xoay chiều mà không cần đến cổ góp. Các bộ này hoàn toàn có thể cho ra đến hàng nghìn ampere với điện áp từ hàng chục đến hàng trăm volt .

Các bằng bản quyền sáng tạo.