Cầu đi-ốt là gì- Hiểu rõ cầu diode trong 5 phút

Cầu-đi-ốt-là-gì-Hiểu-rõ-cầu-diode-trong-5-phút

Cầu diode hay còn được gọi là bộ chỉnh lưu toàn sóng, là một linh kiện quan trọng trong điện tử. Nó được tạo ra bằng cách kết hợp nhiều diode với nhau để chuyển đổi điện áp xoay chiều AC thành điện áp một chiều DC.

Hình ảnh thực tế của cầu Diode
Hình 1: Hình ảnh thực tế của cầu Diode

Nửa chu kỳ dương

Trong nửa chu kỳ dương của nguồn cung cấp, điốt D1 và D2 ​​được kết nối nối tiếp, trong khi điốt D3 và D4 được phân cực ngược. Điện dòng chạy qua tải như hình sau.

Nửa chu kỳ dương

Nửa chu kỳ âm

Trong nửa chu kỳ âm của nguồn cung cấp, điốt D3 và D4 được kết nối nối tiếp, trong khi điốt D1 và D2 ​​được chuyển sang trạng thái “TẮT” vì chúng được phân cực ngược. Dòng điện chạy qua tải vẫn có chiều như cũ.

Nửa chu kỳ âm

Do dòng điện chạy qua tải là một chiều, điện áp trên tải cũng là một chiều. Điện áp trung bình trên tải là tối đa 0,637V.

Tuy nhiên, trong thực tế, trong mỗi nửa chu kỳ, điện dòng chạy qua hai điốt thay vì chỉ một điốt, vì vậy biên độ của điện áp đầu ra là hai lần sụt áp trên diode (2 * 0,7 = 1,4V), nhỏ hơn biên độ VMAX đầu vào. Tần số gợn sóng là gấp đôi tần số nguồn cung cấp (ví dụ: 100Hz cho nguồn cung cấp 50Hz hoặc 120Hz cho nguồn cung cấp 60Hz.)

Tụ điện lọc nhiễu (san phẳng nhiễu)

Chúng ta đã thấy trong phần trước rằng bộ chỉnh lưu nửa sóng một pha tạo ra một sóng đầu ra sau mỗi nửa chu kỳ và việc sử dụng loại mạch này để tạo ra nguồn DC ổn định là không thực tế. Tuy nhiên, bộ chỉnh lưu cầu toàn sóng đem lại giá trị DC trung bình lớn hơn (0,637 Vmax) với ít gợn sóng hơn, trong khi dạng sóng đầu ra tăng lên gấp đôi tần số nguồn cung cấp đầu vào.

Chúng ta có thể cải thiện giá trị DC trung bình của bộ chỉnh lưu và đồng thời giảm sự biến động AC của đầu ra bằng cách sử dụng tụ điện lọc nhiễu. Tụ điện được kết nối song song với tải đầu ra giúp làm phẳng dạng sóng đầu ra DC, giúp tín hiệu ít bị nhiễu và chính xác hơn.

Bộ chỉnh lưu toàn sóng với Tụ lọc nhiễu

Bộ chỉnh lưu với tụ làm mịn

Bộ chỉnh lưu với tụ làm mịn

Tụ điện lọc nhiễu chuyển đổi sóng sin đầu ra của bộ chỉnh lưu thành điện áp đầu ra 1 chiều DC trơn tru hơn. Nếu chúng ta chạy mô phỏng với các giá trị khác nhau của tụ điện lọc nhiễu, chúng ta có thể thấy ảnh hưởng của nó đối với dạng sóng đầu ra được chỉnh lưu như trên hình vẽ.

Tụ lọc nhiễu 5uF

Mô phỏng cầu diode với tụ 5u

Mô phỏng cầu diode với tụ 5uF

Biểu đồ màu xanh lam trên dạng sóng cho thấy kết quả của việc sử dụng tụ điện lọc nhiễu 5,0uF trên đầu ra của bộ chỉnh lưu. Trước đây, điện áp tải theo dạng sóng đầu ra được chỉnh lưu xuống 0 volt. Nhưng khi tụ điện 5uF được sạc đạt điện áp đỉnh của xung DC đầu ra, khi nó giảm từ điện áp đỉnh xuống 0 volt, tụ điện không thể phóng điện nhanh chóng do hằng số thời gian RC của mạch.

Điều này dẫn đến việc tụ điện phóng điện xuống khoảng 3,6 Volt, trong ví dụ này, duy trì điện áp trên tải cho đến khi tụ điện sạc lại một lần nữa trên độ dốc dương tiếp theo của xung DC. Nói cách khác, tụ điện chỉ có thời gian phóng điện trong thời gian ngắn trước khi xung DC tiếp theo sạc trở lại đỉnh.

Do đó, điện áp đặt vào tải chỉ giảm một lượng nhỏ. Nhưng chúng ta vẫn có thể cải thiện điều này bằng cách tăng giá trị của tụ lọc nhiễu như hình sau.

Tụ lọc nhiễu 50uF

Tụ lọc nhiễu 50uF

Tụ lọc nhiễu 50uF

Ở đây, chúng ta đã tăng giá trị của tụ điện lọc nhiễu lên mười lần từ 5uF lên 50uF, điều này đã làm giảm độ gợn sóng và tăng điện áp phóng điện tối thiểu từ 3,6 volt lên 7,9 volt. Tuy nhiên, khi trở kháng tải giảm, dòng tải tăng lên và gây phóng điện tụ nhanh hơn giữa các xung sạc.

Ảnh hưởng của việc cung cấp một tải nặng bằng một tụ điện làm phẳng hoặc tụ tích điện có thể được giảm bớt bằng cách sử dụng một tụ điện lớn hơn, tích trữ nhiều năng lượng hơn và phóng điện ít hơn giữa các xung sạc. Đối với các mạch cung cấp điện một chiều, tụ điện lọc nhiễu là loại điện phân nhôm có giá trị điện dung từ 100uF trở lên với các xung điện áp một chiều lặp lại từ bộ chỉnh lưu nạp vào tụ điện đến điện áp đỉnh.

Tuy nhiên, có hai thông số quan trọng cần xem xét khi chọn một tụ điện làm mịn phù hợp. Đó là “điện áp làm việc” của nó, phải cao hơn giá trị đầu ra không tải của bộ chỉnh lưu và “giá trị điện dung” của nó. Giá trị điện dung xác định mức độ gợn sóng sẽ xuất hiện trên điện áp một chiều.

Vừa rồi chúng ta đã tìm hiểu nguyên tắc hoạt động cũng như cách kết nối cầu diode trong mạch điện. Tiếp theo, hãy đi tìm hiểu cầu diode được sử dụng trong những ứng dụng thực tế.

Ứng dụng cầu diode trong thực tế

  • Nguồn xung: Nguồn tivi, máy giặt, tủ lạnh, laptop,…
  • Các bộ chỉnh lưu điện, bộ nắn điện
  • Sạc điện thoại, sạc xe đạp điện,…
  • Các thiết bị âm thanh, đầu thu kỹ thuật số

Tóm lại, cầu đi-ốt (Diode bridge) có rất nhiều ứng dụng trong thực tế. Chỉ những ai đam mê điện tử mới có thể hiểu được tận hưởng của nó.