หน่วยที่ 3 การออกแบบวงจรแหล่งจ่ายก...

หนวยท 3 การออกแบบวงจรแหลงจายก าลงไฟฟา

(Power Supply Circuit Design)

โดย

นายเอกนรน พลาชวะ

แผนกวชาชางอเลกทรอนกส วทยาลยเทคนคฉะเชงเทรา ส านกงานคณะกรรมการการอาชวศกษา

กระทรวงศกษาธการ

Power Supply Circuit Design 100

เอกสารประกอบการเรยน วชา การวเคราะหวงจรอเลกทรอนกส (รหสวชา 3105-1003)

นายเอกนรน พลาชวะ | วทยาลยเทคนคฉะเชงเทรา

สาระส าคญ แหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงแบบเชงเสนเปนแหลงจายทมการใชงานมาตงแตยคเรมตนของ

การใชงานวงจรอเลกทรอนกสและไดรบความนยมมาจนถงปจจบน เพราะมขอดคอ มราคาถก ทนทานในการใชงาน งายในการออกแบบและสราง แตถาตองการใชงานใหจายกระแสไดสง ๆ กจะมขนาดและน าหนกทมากขนตามไปดวย

จดประสงคการเรยนร จดประสงคทวไป เพอใหมความร ความเขาใจเกยวกบ การออกแบบแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรง วงจรเรยง

กระแส วงจรกรองแรงดนดวยตวเกบประจ การรกษาระดบแรงดน วงจรปองกนกระแสไหลเกนพกด

แหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงแบบแรงดนคงทและแบบปรบคาได จดประสงคเชงพฤตกรรม 3.1 อธบายบลอกไดอะแกรมของวงจรแหลง จายก าลงไฟฟากระแสตรงไดอยางถกตอง

3.2 ค านวณหาคาแรงดนรปเปล (Vr(p-p)) ของวงจรกรองแรงดนดวยตวเกบประจไดอยางถกตอง

3.3 ค านวณหาคา Line regulation ไดอยางถกตอง

3.4 ค านวณหาคา Load regulation ไดอยางถกตอง

3.5 อธบายหลกการของวงจรรกษาระดบแรงดนไดอยางถกตอง

3.6 อธบายหลกการของวงจรปองกนการลดวงจรหรอวงจรปองกนกระแสไหลเกนพกดไดอยางถกตอง

3.7 ออกแบบแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงแบบแรงดนคงทไดอยางถกตอง

3.8 ออกแบบแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงแบบปรบคาแรงดนไดอยางถกตอง

หวขอเนอหา 3.1 แหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงเชงเสน (Linear DC Power Supply) 3.2 วงจรเรยงกระแส (Rectifier Circuit) 3.3 วงจรกรองแรงดนดวยตวเกบประจ (Capacitor Filter circuit) 3.4 การรกษาระดบแรงดน (Voltage Regulation)


Power Supply Circuit Design




3.5 วงจรปองกนการลดวงจร หรอวงจรปองกนกระแสไหลเกนพกด (Short-Circuit Protection or Overload Protection) 3.6 แหลงจายไฟตรงแบบแรงดนคงท (Regulated Power Supply) 3.7 แหลงจายไฟตรงแบบปรบคาแรงดนได (Variable Regulated Power Supply)




แบบทดสอบกอนเรยน หนวยท 3 การออกแบบวงจรแหลงจายก าลงไฟฟา

(Power Supply Circuit Design) ค าชแจง

1. จงท าเครองหมายกากบาท (X) เลอกค าตอบทถกตองทสดเพยงขอเดยว 2. แบบทดสอบมจ านวน 10 ขอ ใชเวลาท าแบบทดสอบ 10 นาท

------------------------------------------------------------------------ 1. วงจรใดของแหลงจายก าลงงานไฟฟากระแสตรงทท าหนาทรกษาระดบแรงดนทจายออกมา

เพอน าไปใชงาน ก. วงจร Rectifier Voltage ข. วงจร Filter Voltage ค. วงจร Voltage Regulator ง. วงจร Voltage Fixed จ. วงจร Voltage Protection

2. วงจรกรองแรงดนดวยตวเกบประจ ใชตวเกบประจทมคา 1,000 F ตอกบวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน ขณะตอโหลดมกระแสไหล 200 mA จงค านวณหาคาแรงดนรปเปล(Vr(p-p)) ก. 2 VP-P ข. 20 VP-P ค. 2 mVP-P ง. 20 mVP-P จ. 2 VP-P

3. จงค านวณหาคา Line Regulation ของแหลงจายก าลงงานไฟฟากระแสตรงทมแรงดนเอาตพตเปลยนแปลงจากค าต าสด 12.1 V ถงหาคาสงสด 13.8V เมอแรงดนไฟฟากระแสสลบทอนพตเปลยนแปลงอยบนชวง 215-225 V ก. 0.14% ข. 2.4% ค. 14% ง. 24% จ. 0.24%




R2

R3

R1

D1

VREF +

-

Q1VOUTVIN

R4

Q2

4. ในการออกแบบแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรง แบบปรบคาไดปจจบนมไอซเบอรใดทนยมน ามาใช ก. 78XX ข. 79XX ค. LM555 ง. LM741 จ. LM317

5. วงจรรกษาระดบแรงดนแบบขนานใชหลกการใดในการรกษาระดบแรงดนใหคงท ก. ใชหลกการท างานของซเนอรไดโอดทท างานในชาวงเบรคดาวน ข. ใชหลกการแบงแรงดนในวงจรของตวตานทาน ค. ใชหลกการแบงกระแสในวงจรของซเนอรไดโอด ง. ใชหลกการปอนกลบจากเอาตพตมายงอนพต จ. ใชหลกการน ากระแสไปควบคมแรงดน

6. วงจรรกษาระดบแรงดนแบบอนกรมใชหลกการใดในการรกษาระดบแรงดนใหคงท ก. ใชหลกการน ากระแสไปควบคมแรงดน ข. ใชหลกการปอนกลบแบบลบเพอรกษาระดบแรงดดน ค. ใชหลกการแบงกระแสในวงจรดวยไอซ ง. ใชหลกการควบคมแรงดนดวยไอซ จ. ใชหลกการควบคมแรงดนดวยซเนอรไดโอด

7. จากวงจรในรปท 1 อปกรณตวใดทท าหนาทจ ากดกระแสไมใหไหลเกนกวาทก าหนด

รปท 1 ก. R1 และ D1 ข. R2 และ R3 ค. Q1 และ R4 ง. Q2 และ R4 จ. Q1 และ Q2




8. ในการออกแบบวงจรรกษาระดบแรงดนแบบขนานโดยใชซเนอรไดโอด ถาก าหนดใหแรงดนอนพตมคา 13-15V กระแสไหลผานโหลดมคา 50-100 mA แรงดนซเนอรไดโอดมคา 12 V จะตองใชคา RS ในวงจรคาเทาใด ก. 14 ข. 140 ค. 1.4 ง. 1.4k จ. 14k

9. จงค านวณหาคา Load Regulation ของวงจรแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรง เมอขณะไมตอโหลดมแรงดนเอาตพตเทากบ 15.2 V และเมอตอโหลดมแรงดนเอาตพตเทากบ 14.8V ก. 0.27% ข. 2.7% ค. 27% ง. 0.17% จ. 1.7%

10. ถาตองการออกแบบวงจรแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรง ใหสามารถจายกระแสไดสง ๆ ควรเลอกใชวงจรแบบใด ก. แบบใชไอซควบคมแรงดนทจายกระแสไดสง ๆ ข. แบบใชซเนอรไดโอดตอขนานกนหลาย ๆ ตว ค. แบบใชทรานซสเตอรรวมกบไอซหรอซเนอรไดโอดเพอเพมกระแส ง. แบบใชมอสเฟตรวมกบไอซ หรอซเนอรไดโอดเพอเพมกระแส จ. แบบใดกไดเพราะจายกระแสไดเหมอนกน




เนอหาสาระ ในการท างานของอปกรณอเลกทรอนกสทประกอบรวมกนขนเปนวงจรจะสามารถท างานไดกตอเมอมการจายก าลงงานไฟฟาเขาไปในวงจรซงวงจรอเลกทรอนกสสวนใหญจะใชก าลงงานไฟฟาแบบแรงดนไฟฟากระแสตรง เราจงตองมการออกแบบวงจรแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงเพอน าไปใชงานกบวงจรอเลกทรอนกส ปจจบนแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงทมการใชงานสามารถแบงออกเปน 2 แบบ คอ แบบเชงเสน และแบบสวตชง โดยในหนวยการเรยนนจะขอกลาวถงเฉพาะแบบเปนเชงเสนเทานน

3.1 แหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงแบบเชงเสน แหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงแบบเชงเสนเปนแหลงจายทมการใชงานมาตงแตยคเรมตนของการใชงานวงจรอเลกทรอนกสและไดรบความนยมมาจนถงปจจบน เพราะมขอดคอ มราคาถก ทนทานในการใชงานงายในการออกแบบและสราง แตถาตองการใชงานใหจายกระแสไดสง ๆ กจะมขนาดและน าหนกทมากขนตามไปดวยตามในรปท 3.1

220V (rms)50Hz

VS

AC line

PowerTransformer

+

-

Rectifier FilterVoltage

Regulator LoadVO

+

-

IL

V

t

V

t

V

t

V

t

V

t

รปท 3.1 แสดงบลอกไดอะแกรมของแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงแบบเชงเสน

3.2 วงจรเรยงกระแส (Rectifier Circuit) จากหนวยการเรยนรทผานมา เราไดศกษาการท างานและการใชงานไดโอดมาแลว โดยในสวนของวงจรเรยงกระแสทใชในแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงแบบเชงเสน จะใชวงจรเรยงกระแสแบบบรดจ ดงแสดงในรปท 3.2 ประกอบไปดวยไดโอด 4 ตว แตในปจจบนไดมการผลตออกมาอยในตวถงเดยวกน เรยกวา บรดจไดโอด ซงใหความสะดวกในการน ามาใชงานตามรปท 3.3


Power Supply Circuit Design




220VAC

VO

AT1

RL0V

D1 D3

D2 D4

B

12VACD1D4 D1D4D3D2 D3D2

รปท 3.2 แสดงวงจรเรยงกระแสแบบบรดจ

รปท 3.3 แสดงลกษณะตวถงของบรดจไดโอด

ถาก าหนดใหไดโอดทง 4 ตว เปนแบบอดมคต แลวปอนสญญาณอนพตทมแอมปลจดเทากบ Vm เขามาในวงจรการท างานจะแบงเปน 2 ชวง คอ

- ชวงสญญาณครงไซเคลบวก 0 ถง T

2 ไดโอด D2 และ D3 ท างานเพราะไดรบการไบอสตรง

(Forward bias) ไดโอด D1 และ D4 ไมท างานเพราะไดรบการไบอสกลบ (Reverse bias) กระแสจะไหลผานไดโอด D2, RL และ D3 ท าใหเกดแรงดนตกครอม RL

- ชวงสญญาณครงไซเคลลบ T

2 ถง T ไดโอด D1 และ D4 ท างานเพราะไดรบการไบอสตรง

(Forward bias) ไดโอด D2 และ D3 ไมท างานเพราะไดรบการไบอสกลบ (Reverse bias) กระแสจะไหลผานไดโอด D4, RL และ D1 ท าใหเกดแรงดนตกครอม RL

ในการใชงานไดโอดส าหรบท าเปนวงจรเรยงกระแสจะตองพจารณา 2 อยางคอ คาอตราทนกระแสและแรงดนสงสด โดยการเลอกใชงานไดโอดเบอรใดกตามควรใหมคาอตราทนกระแสและแรงดนเปน 2 เทาของขนาดกระแสและแรงดนสงสดทหมอแปลงจายออกมา

3.3 วงจรกรองแรงดนดวยตวเกบประจ (Capacitor filter circuit) วงจรกรองคอ วงจรกรองแรงดนทเชอมตอจากเอาตพตของวงจรวงจรเรยงกระแส ซงมแรงดน

เอาตพตเปนรปพลสดซทไมเรยบท าใหเรยบยงขนและท าใหแรงดนกระเพอม (Ripple Voltage) ลดนอยลง ตวเกบประจตองท าหนาทกรองแรงดน ใหเรยบมากทสด ตวเกบประจจงมความส าคญกบวงจรแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงเปนอยางมาก




วงจรกรองแรงดนดวยตวเกบประจ เปนวงจรกรองแรงดนทนยมใชกนมากทางดานวงจรอเลกทรอนกสเพราะเปนการตอวงจรทงาย และประหยดงบประมาณ ซงลกษณะการตอวงจร ตวเกบประจ คอ ตอตวตวเกบประจ ชนดแบบมขวครอมทเอาตพตของวงจรวงจรเรยงกระแสและตอแรงดนเอาตพตครอมทตวตวเกบประจ

220V (rms)50Hz

VS

AC line +

-

RectifierFilter

VoltageRegulator

PowerTransformer

VDC

+

-C1

Output Voltage Rectifier Capacitor Filter

รปท 3.4 การตอตวเกบประจเพอท าเปนวงจรกรองแรงดน

การท างานของวงจร วธการตอวงจรกรองแรงดนดวยตวเกบประจจะตอตวเกบประจชนดมขวครอมทเอาตพตของ

วงจรเรยงกระแส ซงตวเกบประจ C1 ทตอเขาไปจะท างานดงน ในชวงลกคลนครงไซเกลบวกในชวงแรกเขามาจะท าใหตวเกบประจ C1 เรมเกบประจตงแตสญญาณรปคลนมแรงดนศนยโวลตถงคาสงสดของแรงดนสงสด (Vm) และจากชวงทแรงดนสงสด (Vm) ลดลงต าสดถงศนยโวลต ตวเกบประจจะคายประจซงท าใหแรงดนทตกครอมตวเกบประจลดต าลงและในชวงครงคลนตอมาปอนเขามาตวเกบประจกจะเกบประจอกจนถงคาแรงดนสงสด (Vm) พอแรงดนลดลง ตวเกบประจกคายประจอกครงและท าซ ากนไปเรอย ๆ จะไดรปคลนในรปท 3.5

รปท 3.5 สญญาณรปคลนเอาตพตของวงจรขณะทตอตวเกบประจ ทมา : สคนธ พมศร. วเคราะหวงจรอเลกทรอนกส. สมาคมสงเสรมเทคโนโลย(ไทย-ญปน), 2544. หนา 57

เมอน ารปคลนเอาตพตเวฟฟอรมของตวเกบประจในรปท 3.5 มาวเคราะหเพอหาคาแรงดน (Vr(rms)) และแรงดนดซ (Vdc) สามารถวเคราะหไดดงรปท 3.6

VC

Vm

t 0

ชวงทตวเกบประจคายประจ




รปท 3.6 แสดงคาแรงดนเฉลยของแรงดนเอาตพตของวงจรกรองแบบตวเกบประจฟลเตอร ทมา : สคนธ พมศร. วเคราะหวงจรอเลกทรอนกส. สมาคมสงเสรมเทคโนโลย(ไทย-ญปน), 2544. หนา 58

3.3.1 การหาคาแรงดนรปเปล (Vr(p-p)) คาแรงดนรปเปล (Vr(p-p)) หรอแรงดนกระเพอมเปนคาแรงดนทเกดจากการคายประจของตวเกบประจซงคาแรงดนรปเปล ของวงจรกรองจะขนอยกบคากระแสทโหลดและคาตวเกบประจทจะใชในวงจรกรอง ถากระแสโหลดถกใชมากจะท าใหคาแรงดนรปเปลมคามากขนดวยส าหรบการหาคาแรงดนรปเปลทความถใด ๆ จะหาไดดงน

Vr(p-p) = [Idc

F∙C] …3.1

เมอ F คอ ความถของแหลงจายไฟสลบ มหนวยเปนเฮรตซ (Hz) Idc คอ กระแสไฟตรงเฉลยเมอตอโหลด มหนวยเปนมลลแอมป (mA)

C คอ คาตวเกบประจทท าหนาทกรองแรงดน มหนวยเปนฟารด (F) จากการหาคากระแส

Idc = Vdc

RL

แทนคา Idc ลงในสมการ Vr(p-p) จะได

Vr(p-p) = [Vdc

RL∙F∙C] …3.2

ดงนน ถาเราทราบคา Vr(p-p) เราสามารถหาคาของตวเกบประจไดดงสมการ

C = [Vdc

Vr(p-p)∙ RL∙ F] ….3.3

T

2 T

t

Vm

0

Vdc

VC

Vr(p-p)




หรอ C = [Idc

Vr(p-p)∙F] …3.4

เมอ Idc คอ กระแสไฟตรงเฉลยเมอตอโหลด มหนวยเปนมลลแอมป (mA) C คอ คาตวเกบประจทท าหนาทฟลเตอร มหนวยเปนไมโครฟารด (µF)

กรณทวงจรเรยงกระแสแบบครงคลน F คอความถมคาเทากบ 50 เฮรตซ (Hz) กรณทวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน F คอความถมคาเทากบ 100 เฮรตซ (Hz)

3.3.2 การหาคาแรงดนไฟฟากระแสตรง Vdc ทเอาตพตของวงจร การค านวณหาคาแรงดนไฟฟากระแสตรงในวงจรตวเกบประจฟลเตอรทความถใด ๆ ใชสมการ

ดงน

Vdc = Vm

1+Idc

4∙F∙C∙Vm

…3.5

ส าหรบวงจร half wave Vdc = Vm – Idc [1

2∙F∙C] …3.6

ส าหรบวงจร full wave Vdc = Vm – Idc [1

4∙F∙C] …3.7

เมอ Vm คอ คาแรงดนสงสดในชวงครงไซเกล มหนวยเปนโวลท (V) Idc คอ กระแสทไหลผานโหลด มหนวยเปนมลลแอมป (mA)

F คอ ความถของแหลงจายไฟ มหนวยเปนเฮรตท (Hz) C คอ คาตวเกบประจฟลเตอร มหนวยเปนไมโครฟารด (µF)

3.3.3 การหาคารปเปลแฟกเตอรในวงจรกรองแรงดนดวยตวเกบประจ คารปเปลหรอคาแรงดนไฟกระเพอม คอ คาแรงดนทเปลยนแปลงระหวางตวเกบประจ

ทท าหนาทเกบและคายประจเพอรกษาคาพค (Peak) ของแรงดนใหคงทมากทสด คารปเปลนอยแสดงวาระบบด ในกรณทเปนวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนความถทออกมาจะเปน 2 เทา เมอน าเอาวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนมากรองแรงดนจะไดคารปเปลนอยกวาแบบวงจรเรยงกระแสแบบครงคลน ในกรณทใชคาโหลดรซสเตอรเทากน คาตวเกบประจเทากน คารปเปลหาไดจากสมการดงน

ส าหรบวงจร half wave Ripple Factor (r) = 1

2√3∙F∙C∙RL …3.8

ส าหรบวงจร full wave Ripple Factor (r) = 1

4√3∙F∙C∙RL …3.9




การเลอกคาแรงดนของตวเกบประจ นนจะใชประมาณ 2 เทาของขนาดแรงดนสงสดทหมอแปลงจายออกมา

ตวอยาง 3.1 จงค านวณหาคาแรงดนรปเปลของวงจรเรกตไฟเออรแบบเตมคลน เมอตวเกบประจมคา 470 µF และกระแสโหลด 50 mA วธท า จากสมการท 3.1

Vr(p-p) = [Idc

F∙C]

Vr(p-p) = [50mA

100∙470µF]

Vr(p-p) = 1.06 V ตอบ ตวอยาง 3.2 จงค านวณหาคาแรงดนไฟฟากระแสตรงทไดจากวงจรกรองแรงดน ถาคาแรงดนสงสดของรปคลนทไดจากวงจรเรยงกระแสในตวอยางท 3.1 มคาเทากบ 100 V วธท า จากสมการท 3.7

Vdc = Vm – Idc [1

4∙F∙C]

Vdc = 100V – 50mA [1

4∙50Hz∙470µF]

Vdc = 100V – 1

0.094

Vdc = 100V – 10.63 Vdc = 89.37 V ตอบ

ตวอยาง 3.3 วงจรกรองแรงดนชนดใชตวเกบประจทมคาความจเทากบ 47µF ก าหนดใหกระแสโหลดเทากบ 30 mA ถาคาแรงดนสงสดของวงจรเรยงกระแสแบบครงคลนมคาเทากบ 150 V จงค านวณหา

ก) Vr(p-p) ข) Vdc ค) %r เมอ RL = 5 k

วธท า ก) หาคา Vr(p-p) จากสมการท 3.1

Vr(p-p) = [Idc

F∙C]

Vr(p-p) = [30mA

50Hz∙47µF]

Vr(p-p) = 12.76 V ตอบ




ข) หาคา Vdc จากสมการท 3.6

Vdc = Vm – Idc [1

2∙F∙C]

Vdc = 150 – 30mA [1

2∙50Hz∙47µF]

Vdc = 150 – 6.38 Vdc = 143.62 ตอบ

ค) หาคา %r จากสมการท 3.8

Ripple Factor (r) = 1

2√3∙F∙C∙RL

Ripple Factor (r) = 1

2√3∙50Hz∙47µF∙5 k

%r =1

40.70×100

%r = 2.45 ตอบ

3.4 การรกษาระดบแรงดน (Voltage regulation) วงจรรกษาระดบแรงดนหมายถง วงจรทมแรงดนเอาตพตคงทตลอดเวลาไมขนอยกบการ

เปลยนแปลง แรงดนอนพต โหลดทตออยกบวงจรหรออณหภมการท างาน แตในความเปนจรงแลว เมอคาตาง ๆ เหลานมการเปลยนแปลงจะสงผลใหแรงดนเอาตพตเปลยนแปลงตามไปดวย แตจะเกดการเปลยนแปลงนอยมากในสวนของอณหภมทมผลตอแรงดนเอาตพตในวงจรทมการรกษาระดบแรงดน ดงนนวงจรรกษาระดบแรงดนจงมการท างาน 2 ลกษณะดงน

3.4.1 การรกษาระดบแรงดนขณะทแรงดนอนพตเปลยนแปลง (Line voltage regulation) 3.4.2 การรกษาระดบแรงดนขณะทโหลดเปลยนแปลง (Load voltage regulation)

3.4.1 การรกษาระดบแรงดนขณะทแรงดนอนพตเปลยนแปลง (Line regulation) การรกษาระดบแรงดนขณะทแรงดนอนพตเปลยนแปลง (Line voltage regulation) หมายถง

ขณะทแรงดนอนพตเปลยนแปลง ซงเกดจากการเปลยนแปลงของแรงดนไฟฟากระแสสลบ กอนเขา หมอแปลง ถาวงจรมการรกษาระดบแรงดนเอาตพตใหคงท กจะท าใหแรงดนทจายออกมาทเอาตพตคงทหรอมการเปลยนแปลงไดไมมากตามรปท 3.7

การรกษาระดบแรงดนขณะทแรงดนอนพตเปลยนแปลงจะแสดงเปนอตราสวนหรอเปนเปอรเซนต โดยหาคาไดจากคาผลตางของแรงดนเอาตพตเมอแรงดนอนพตสงสดและต าสด เทยบกบแรงดนเอาตพตในขณะทแรงดนอนพตต าสดดงแสดงในสมการ




Line Voltage regulation = VO(Vinสงสด) - VO(Vinต าสด)

VO(Vinต าสด) …3.10

โดยทวไปนยมแสดงคา Line voltage regulation เปนคาเปอรเซนตซงเราสามารถหาไดจากการน าคาทไดจากสมการท 3.10 ไปคณดวย 100 นนเอง

+ -VOUT

+ -VIN

VoltageRegulator

VOUTVIN

ConstantDecreases

ORIncreases

รปท 3.7 บลอกไดอะแกรมวงจรรกษาระดบแรงดน

ตวอยางท 3.4 จงค านวณหาคา Line voltage regulation ของวงจรทมแรงดนเอาตพตเปลยนแปลงจากคาต าสด 11.8 V ถงคาสงสด 13.5 V เมอแรงดนไฟฟากระแสสลบทอนพตเปลยนแปลงอยในชวง 210 – 222 V วธท า จากสมการ 3.10

Line Voltage regulation = VO(Vinสงสด)-VO(Vinต าสด)

VO(Vinต าสด)

= 13.5 V - 11.8V

11.8 V x100

= 14.40 % ตอบ

3.4.2 การรกษาระดบแรงดนขณะทโหลดเปลยนแปลง (Load voltage regulation) การรกษาระดบแรงดนขณะทโหลดมการเปลยนแปลง หมายถง เมอโหลดมการเปลยนคาความ

ตานทานวงจรสามารถรกษาระดบแรงดนดวยวธการจายกระแสเพอใหแรงดนเอาตพตคงท รปท 3.8 (ก) แสดงวงจรรกษาระดบแรงดนขณะตอตวตานทานเอาตพตซงมกระแสไหลคาหนงและเกดแรงดนเอาตพต รปท 3.8 (ข) แสดงวงจรรกษาระดบแรงดนขณะเปลยนแปลงคาความตานทานเพมขนหรอลดลง วงจร จะมกระแสไหลไปยงโหลดเพมขนหรอลดลงเพอใหแรงดนเอาตพตมคาคงท




+ -VOUT

+ -ILVoltageRegulator

RL

VIN

(ก) โหลดไมเปลยนแปลงคา

+ -IL + -VOUT

VoltageRegulator

RL

VIN

(ข) โหลดเปลยนแปลงคา

รปท 3.8 วงจรรกษาระดบแรงดน

การหาคา Load Voltage regulation สามารถหาไดจากผลตางของแรงดนเอาตพตขณะไมไดตอโหลด (VNL) และในขณะโหลดมกระแสไหลสงสด (VFL) เทยบกบแรงดนเอาตพตขณะทโหลดมกระแสไหลสงสด (VFL) โดยสามารถแสดงไดดวยคาทเปนรปแบบเปอรเซนต ดงสมการท 3.11

Load Voltage regulation = (VNL) - (VFL)

(VFL) x 100% …3.11

ตวอยางท 3.5 ถาตองการรกษาระดบแรงดนทโหลดเทากบ 15 V ขณะทไมมโหลด (IL =0) เมอตอ โหลดจะมกระแสไหล 20 mA แรงดนเอาตพตเทากบ 14.8 V จงหาคาการรกษาระดบแรงดนทบอกเปนเปอรเซนตจากขณะไมตอโหลดไปยงโหลดมกระแสไหลผานสงสดและเปอรเซนตของการเปลยนแปลงของกระแสเอาตพตขณะไมมโหลด วธท า ขณะทวงจรไมตอโหลด แรงดนเอาตพตเทากบ VNL = 15 V

ขณะทวงจรตอโหลด แรงดนเอาตพตเทากบ VFL = 14.8 V

คาการรกษาระดบแรงดนทโหลดจากไมตอโหลดไปถงมโหลดเตมทเทากบ

Load Voltage regulation = (VNL)- (VFL)

(VFL) x 100%




VOUTVIN

RS

VZ

IZIS IL

RL

= 15 V - 14.8 V

14.8 V x 100%

= 1.35 % ตอบ 3.4.3 ชนดของวงจรรกษาระดบแรงดน วงจรรกษาระดบแรงดน สามารถแบงออกไดเปนตามลกษณะของการควบคมแรงดนเอาตพตได

2 ชนด คอ วงจรรกษาระดบแรงดนแบบขนาน (Shunt Regulator) และวงจรรกษาระดบแรงดนแบบอนกรม (Series Regulator)

3.4.3.1 วงจรรกษาระดบแรงดนแบบขนาน (Shunt Regulator) วงจรแบบนอปกรณรกษาระดบแรงดนจะตอขนานอยกบโหลด อปกรณทน ามาใชในวงจรน

ไดแก ซเนอรไดโอด (Zener diode) เนองจากคณสมบตของซเนอรไดโอดเมอใหแรงดนไบอสกลบจนถงคาเบรคดาวนแลวแรงดนตกครอมตวมนจะคอนขางคงท ลกษณะการตอวงจรใชงานซเนอรไดโอด ดงแสดงในรปท 3.9

รปท 3.9 แสดงวงจรรกษาระดบแรงดนแบบขนาน

จากรปเปนการใชซเนอรไดโอดท าเปนวงจรรกษาระดบแรงดน (Voltage regulator) อยางงาย โดยใชคา VZ ของซเนอรไดโอด ซงมคาคงทเปนตวก าหนดแรงดน Vo สวนคา RS ควรเลอกใหเปนคาทท าใหเกดแรงดนตกครอมตวเองอยระหวางคา VIN และ VZ เมอคา IS = IZ + IL ดงนนเมอ IL มคาเพมขนจะท าให IZ ลดลง หรอเมอ IL มคาลดลง IZ จะมคาเพมขน ซงในชวงเบรกดาวนของซเนอรไดโอดจะใหคาแรงดน VZ คงทตลอดเวลาไมขนอยกบ VIN และ IL เราจงใชซเนอรไดโอด เปนวงจร Voltage Regulator ได

3.4.3.2 วงจรรกษาระดบแรงดนแบบอนกรม (Series Regulator) รปท 3.10 แสดงวงจรรกษาระดบแรงดนแบบอนกรม ซงวงจรประกอบดวย ตวตานทาน R1

และซเนอรไดโอด D1 ตอเปนวงจรรกษาระดบแรงดนอางองทปอนแรงดนเขาทขาบวกของออปแอมป ซงออปแอมปท าหนาทตรวจจบคาความผดพลาดของแรงดนเอาตพต ตวตานทาน R3 และ R4 ตอเปนวงจรแบงแรงดนซงท าหนาทตรวจจบแรงดนเอาตพตเพอปอนเขาขาลบของออปแอมปและทรานซสเตอร Q1 ทตออนกรมระหวางอนพตและเอาตพตซงท าหนาทจายกระแสใหกบโหลดวงจรรกษาระดบแรงดนแบบอนกรมจะอาศยหลกการท างานลกษณะการปอนกลบแบบลบเพอรกษาระดบ แรงดนเอาตพตใหคงตามทออกแบบไว




R2

R3

R1

D1

VREF

Error Dectector+

-

Q1

Control Element VOUTVIN

SimpleCircuit

รปท 3.10 แสดงวงจรรกษาระดบแรงดนแบบอนกรม

R2

R3

R1

D1

VREF

Error Dectector+

-

Q1


SimpleCircuit

VFB

RL

Decreases

Decreases

(ก)

R2

R3

R1

D1

VREF

Error Dectector+

-

Q1


SimpleCircuit

VFB

RL

Increases

Increases

(ข)

รปท 3.11 แสดงวงจรรกษาระดบแรงดนแบบอนกรม (ก) ขณะทแรงดนอนพตหรอเอาตพตลดลง (ข) ขณะทแรงดนอนพตหรอเอาตพตเพมขน




รปท 3.11 (ก) แสดงวงจรรกษาระดบแรงดนแบบอนกรมขณะทแรงดนอนพตหรอเอาตพตลดลงซงหลกการท างานของวงจรสามารถอธบายไดดงน เมอแรงดนเอาตพตลดลงเนองมาจากแรงดนอนพต ลดลงหรอเกดจากการตอโหลดแลวท าใหแรงดนเอาตพตลดลง แรงดนเอาตพตจะถกแบงแรงดนซงเปน แรงดนปอนกลบมคาเทากบ VFB และถกปอนกลบเขาทขาลบของออปแอมปมคานอยกวาแรงดนซเนอร ซงเปนแรงดนอางอง VREF ทขาบวกของออปแอมป แรงดนผลตางระหวางแรงดน VREF กบแรงดน VFB จะถกขยายโดยออปแอมป แรงดนเอาตพตของออปแอมป VB มคาเพมขน สงผลใหแรงดนทขาอมเตอร ของทรานซสเตอร มคาเพมขนจนกระทงแรงดนทถกปอนกลบ VFB มคาเทากบแรงดน VREF ซงวงจรจะท างานในลกษณะปอนกลบแบบลบ ทรานซสเตอร Q1 ของวงจรรกษาระดบแรงดนแบบอนกรมจะม ความรอนสงมาก ดงนน ทรานซสเตอร Q1 จ าเปนตองตดฮตซงก เพอระบายความรอน

รปท 3.11 (ข) แสดงวงจรรกษาระดบแรงดนแบบอนกรมขณะทแรงดนอนพตหรอเอาตพตเพมขน หลกการท างานของวงจรสามารถอธบายไดดงน เมอแรงดนเอาตพตเพมขนเนองมาจากแรงดนอนพต เพมขนหรอเกดจากการตอโหลดแลวท าใหแรงดนเอาตพตเพมขน แรงดนเอาตพตจะถกปอนกลบเปน แรงดน VFB มคามากกวาแรงดนอางอง VREF แรงดนเอาตพตของออปแอมป จะมคาลดลง สงผลใหแรงดน ทขาอมเตอร ลดลงจนกระทงแรงดน VFB มคาเทากบแรงดน VREF ดวยลกษณะการปอนกลบแบบลบจะ ท าใหแรงดนเอาตพตมคาคงท ซงอตราขยายลปปดของวงจรมคาเทากบ

Acl = 1+R2

R3 …3.12

ดงนน แรงดนเอาตพตจากวงจรรกษาระดบแรงดนแบบอนกรม ซงไมพจารณาแรงดน VBE ของ Q1 แรงดนเอาตพตมคาเทากบ

VOUT ≅ (1+R2R3

) ∙VREF …3.13

เราสงเกตเหนไดวาแรงดนเอาตพตจะขนอยกบแรงดนซเนอรไดโอดและตวตานทาน R1 และ R2 ซงแรงดนเอาตพตไมไดขนอยกบแรงดนอนพต




ตวอยางท 3.6 จงหาคาแรงดนเอาตพตของวงจรรกษาระดบแรงดนในรปท 3.12

R2

R3

R1

D1

VREF

Error Dectector+

-

Q1

VOUTVIN

1 K

10 K

10 K5.1V

BD139

รปท 3.12 วงจรรกษาระดบแรงดนแบบอนกรม

วธท า แรงดนซเนอรไดโอด ซงเปนแรงดนอางอง VREF = 5.1 V แรงดนเอาตพตเทากบเทาไร จากสมการท 3.12

VOUT ≅ (1+R2R3

) ∙VREF

VOUT ≅ (1+10k10k) ∙5.1V

VOUT = 10.2 V ตอบ

3.5 วงจรปองกนการลดวงจรหรอวงจรปองกนกระแสไหลเกนพกด (Short - Circuit protection or Overload Protection)

การน าวงจรแหลงจายก าลงงานหรอวงจรรกษาระดบแรงดนไปใชงาน หากวงจรถกตอกบโหลดทมคาความตานทานต าหรอโหลดตองการกระแสสงมากกวาทออกแบบไว วงจรอาจจะเกดการพงเสยหายได ดงนนวงจรแหลงจายก าลงงานจ าเปนตองถกออกแบบใหปองกนการจายกระแสเกนกวาทออกแบบไวหรอปองกนการลดวงจรตามรปท 3.13 แสดงวงจรแหลงจายก าลงงานหรอวงจรรกษาระดบแรงดนทมการตอวงจรปองกนการลดวงจร หรอวงจรก าหนดกระแส (Constant-current limiting) เพมเขาไประหวางขาอมเตอรและเอาตพต วงจรประกอบดวยทรานซสเตอร Q2 และตวตานทาน R4




R2

R3

R1

D1

VREF +

-

Q1VOUTVIN

R4

Q2

Current Limiter

รปท 3.13 วงจรรกษาระดบแรงดนแบบอนกรมทเพมวงจรปองกนกระแสเกน

หลกการท างานของวงจรสามารถอธบายไดดงน เมอกระแสไหลผาน R4 จะเกดแรงดนทตกครอม R4 หรอแรงดน VBE2 ททรานซสเตอร Q2 เมอกระแสไหลมากขนจนถงคาทออกแบบไวสงสด แรงดนทตกครอม R4 ทมากพอท าใหเกดการฟอรเวรดไบอสใหกบรอยตอขาเบสกบอมเตอรของ Q2 ทรานซสเตอร Q2 เรมน ากระแส ออปแอมปจะจายกระแสไหลผานทรานซสเตอร Q2 ขณะเดยวกน กระแส IB ทไหล เขาขาเบสของทรานซสเตอร Q1 จะลดลง สงผลใหกระแสเอาตพตทไหลผาน Q1 เพอจายใหโหลดลดลง เนองจากแรงดน VBE ททรานซสเตอร Q2 ไมเทากบ 0.7 V กระแสทไหลผานโหลดมากขนจะท าใหเกดแรงดนตกครอม R4 เพมขน กระแสทไหลผานโหลดสงสดเทากบ

IL(max) = 0.7 V

R4 …3.14

ตวอยางท 3.7 จากรปท 3.14 แสดงวงจรรกษาระดบแรงดนทมวงจรปองกนการลดลงกราวด ใหหาคากระแสเอาตพตทไหลสงสดทสามารถจายใหโหลดได

R2

R3

R1

D1

VREF +

-

Q1VOUTVIN

R4

Q2BD139

BD139

1 K

10 K

10 K

0.1

RL

5.1V

รปท 3.14 วงจรรกษาระดบแรงดนแบบอนกรมทเพมวงจรปองกนกระแสเกน




วธท า จากสมการ 3.14 กระแสทไหลผาน R4 มคาเทากบ

IL(max) = 0.7 V

R4

= 0.7 V

1

= 0.7 A ตอบ

3.6 แหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงแบบแรงดนคงท 3.6.1 แหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงแบบแรงดนคงทซงใชวงจรรกษาระดบแรงดนแบบขนาน

โดยใชซเนอรไดโอด การออกแบบวงจรแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงแบบแรงดนคงทแบบงายทสดคอการใชวงจร

รกษาระดบแรงดนแบบขนานโดยใชซเนอรไดโอดแตในการใชงานและออกแบบวงจรตองค านงถงเงอนไข 3 ขอ ทจะท าใหซเนอรไดโอดท างานรกษาระดบแรงดนไดในสภาวะปกต คอ

1. ตองมกระแสไหลผานซเนอรไดโอดอยางนอยเทากบกระแสซเนอรไดโอดต าสด (IZ(min)) เพอใหซเนอรไดโอดยงคงท างานไดในชวงเบรกดาวนซงจะมคาประมาณ 1-10 mA

2. กระแสทไหลผานซเนอรไดโอดจะตองไมมากกวาคากระแสซเนอร ไดโอดสงสด (IZ(max)) โดยเฉพาะเมอไมไดตอโหลดเพราะจะท าใหซเนอรไดโอดเสยหาย

3. แรงดนอนพต (Vin) จะตองมคามากกวาแรงดน VZ ของซเนอรไดโอด

VOUTVIN

RS

VZ

IZIS IL

RL

รปท 3.15 วงจรซเนอรไดโอดท าเปนวงจรรกษาระดบแรงดนแบบขนาน

จากวงจรเราจะไดสมการดงน

RS = Vin(min)-VZ

IZ(min)+IL(max) …3.15

IZ = VS - VZ

RS - IL …3.16

IS = IL + IZ …3.17




ในการออกแบบสงทจะตองทราบคอกระแสทไหลผานโหลดสงสด (IL(max)) มคาเทาไร และชวงการเปลยนแปลงของแรงดนอนพต (Vin) จากสมการท 3.17 ถาโหลดมกระแสไหลผานสงสด (IL(max)) จะท าใหคากระแส IZ มคาลดลง แตจะตองไมเทากบศนยเพราะจะท าใหซเนอรไดโอดมคา VZ ไมคงท ดงนนในการออกแบบเราจงก าหนดใหคา

IZ(min) = 10% ของ IZ(max) …3.18

เพอน ามาหาคา RS ทใชในวงจรเพอใหซเนอรไดโอดท างานรกษาระดบแรงดนไดจากสมการ

RS = VRS

IRS

RS = Vin(min)-VZ

IL(max)+IZ(min)

ตวอยางท 3.8 จงออกแบบวงจรรกษาระดบแรงดนแบบขนานโดยใชซเนอรไดโอด ก าหนดใหแรงดนอนพตมคา 14-20 V กระแสทไหลผานโหลดมคา 100-200 mA แรงดนซเนอรไดโอดมคา 10 V

วธท า จากสมการ 3.18 หาคา IZ(min) = 200 mA×10

100

= 20 mA

จากสตร RS RS = Vin(min) - VZ

IZ(min) + IL(max)

= 14V - 10V

20 mA + 200 mA

= 0.018 k = 0.018 k x 1,000 = 18.18 ในการใชงานจรงควรใชคา 18 ตอบ

ขอเสยของวงจรรกษาระดบแรงดนแบบขนานโดยใชซเนอรไดโอด คอวงจรจะสนเปลองพลงงาน กลาวคอ แมวาไมมการตอโหลดแตซเนอรไดโอดซงท าหนาทรกษาระดบแรงดนกยงมการสญเสยพลงงานภายในตวเอง จากกระแสทไหลผาน และการจายกระแสใหกบโหลดจะมคาสงสดไดไมเกนคากระแสสงสดซเนอรไดโอด (IZ(max))




3.6.2 แหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงแบบแรงดนคงทซงใชวงจรรกษาระดบแรงดนโดยใชไอซ

รปท 3.16 ไอซรกษาระดบแรงดนไฟบวกคงทแบบ 3 ขา เบอร 78xx (ก) แสดงวงจรรกษาระดบแรงดน

เชงเสนไฟบวก (ข) แสดงไอซเบอรตาง ๆ และคาแรงดนเอาตพต (ค) แสดงลกษณะของไอซ

ทมา : Thomas L. Floyd. Electronic Devices, Eighth Edition: New York. Pearson Education.

ไอซตระกล 78xx คอไอซทท าหนาทรกษาระดบแรงดนไฟบวกใหคงท (Positive Voltage Power Supply) ซงไอซตระกล 78xx จะม 3 ขา ประกอบดวย ขาอนพต ขากราวด และขาเอาตพต รปท 3.16 (ก) แสดงวงจรรกษาระดบแรงดนเชงเสนไฟบวกทใชไอซ 78xx โดยท 2 ตวเลขทายของไอซ 78xx จะบอกคาแรงดนเอาตพต ตวอยางเชน 7805 แรงดนเอาตพตมคาเทากบ +5 V แรงดนเอาตพตของไอซรกษาระดบแรงดนมความผดพลาด ± 4% ของแรงดนเอาตพตปกต เชน ไอซ 7805 จะมแรงดน เอาตพตตงแต 4.8 V ถง 5.2 V แตยงคงรกษาระดบแรงดนใหอยในยานนนได ตารางในรปท 3.16 (ข) แสดงไอซเบอรตาง ๆ และคาแรงดนเอาตพตของไอซ รปท 3.16 (ค) แสดงลกษณะของไอซ ซงขาท 1 คอขาอนพตขาท 2 คอขากราวด และขาท 3 คอขาเอาตพต วงจรรกษาระดบแรงดนประกอบดวยไอซ รกษาระดบแรงดนไฟบวกคงทแบบ 3 ขา เบอร 78xx และตวเกบประจ ซงตวเกบประจภาคอนพตและ เอาตพตมความจ าเปนอยางมาก เนองจากตวเกบประจท าหนาทกรองสญญาณเอซแบบเตมคลนหรอครง คลนใหเปนแรงดนดซและกรองสญญาณรบกวนทไมตองการ ไอซตระกล 78xx สามารถจายกระแสได 1 A ซงการใชงานไอซตองตดตงแผนระบายความรอนเพอใหวงจรสามารถรกษาระดบแรงดนได แรงดนอนพตจะตองมากกวาแรงดนเอาตพตประมาณ 2.5 V วงจรภายในไอซจะตองมการปองกนเมออณหภมสงเกนและจ ากดกระแสลดวงจร การทอณหภมจะสงมากขนไดนน เกดจากก าลงสญเสยภายในมมากขนเกนกวาทออกแบบและอณหภมของอปกรณเกนกวาคาทออกแบบไวเชนกน การประยกตใชงานไอซรกษาระดบแรงดนสวนมากจะตองตดแผนระบายความรอนเพอปองกนไมใหอณหภมเกน

https://www.google.co.th/search?hl=th&tbo=p&tbm=bks&q=inauthor:%22Thomas+L.+Floyd%22&source=gbs_metadata_r&cad=3




ไอซตระกล 79xx คอไอซรกษาระดบแรงดนแบบ 3 ขา ซงท าหนาทรกษาระดบแรงดนเอาตพต ไฟลบคงท (Negative Voltage Power Supply) ไอซตระกลนจะกลบดานกบไอซตระกล 78xx และ ลกษณะการวางขาของอปกรณจะแตกตางจากไอซรกษาระดบแรงดนไฟบวก รปท 3.17 แสดง คณลกษณะมาตรฐานและหมายเลขอปกรณทสมพนธกบแรงดนเอาตพตแตละคา

รปท 3.17 ไอซรกษาระดบแรงดนไฟลบคงทแบบ 3 ขา เบอร 79xx (ก) แสดงวงจรรกษาระดบแรงดนเชงเสนไฟบวก (ข) แสดงไอซเบอรตาง ๆ และคาแรงดนเอาตพต

ทมา : Thomas L. Floyd. Electronic Devices, Eighth Edition: New York. Pearson Education.

3.7 แหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงแบบปรบคาแรงดนได 3.7.1 แหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงแบบปรบคาแรงดนไฟบวก ไอซเบอร LM317 คอไอซรกษาระดบแรงดนไฟบวก ทสามารถปรบแรงดนเอาตพตได

(Variable Positive Supply Voltage) ไดรบความนยมในการน ามาใชงานเนองจากวงจรใชอปกรณไมมากจงงายในการออกแบบและการสราง ไอซ LM317 ม 3 ขา ประกอบดวย ขาอนพต ขาเอาตพต และขาปรบแรงดน รปท 3.18 แสดงวงจรรกษาระดบแรงดนไฟบวกทสามารถปรบแรงดนเอาต พตได ประกอบดวย ไอซ LM317 ตวเกบประจ อนพต เอาตพต และตอระหวางขาปรบแรงดนกบกราวด และตวตานทานมคาคงทตออนกรมกบตวตานทานแบบปรบคาไดซงท าหนาทปรบแรงดนเอาตพตของวงจร ซงไอซ LM317 จะมขาปรบแรงดนซงไมไดตอลงกราวด ขาปรบแรงดนจะถกตอกบตวตานทานแบบปรบ คาได R2 เอาตพตของวงจรสามารถถกปรบใหมคาแรงดน 1.2 V ถง 37 V ซงขนอยกบตวตานทานปรบคาได ไอซ LM317 สามารถจายกระแสใหกบโหลดไดสงสดเทากบ 1.5 A

LM317+VIN VOUTOUTIN

31

2

R1

R2C2C1

IREF

IADJ

IR2

VREF1.25 V

+

-C3

ADJ

รปท 3.18 วงจรแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงทสามารถปรบแรงดนไฟบวกไดดวยไอซเบอร LM317

https://www.google.co.th/search?hl=th&tbo=p&tbm=bks&q=inauthor:%22Thomas+L.+Floyd%22&source=gbs_metadata_r&cad=3




การท างานของวงจรแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงทสามารถปรบแรงดนไดดวยไอซเบอร LM317 อธบายไดดงน แรงดนทตกครอม R1 คอแรงดนอางอง VREF มคาเทากบ 1.25 V ซงเปนแรงดนผลตางคงทระหวาง แรงดนเอาตพตกบแรงดนทขาปรบคากระแส IREF ไหลผาน R1 และ R2 ซงมคาเทากบ

IREF = VREF

R1 ...3.19

IREF = 1.25 V

R1

กระแส IADJ ทไหลในขา 1 ของไอซ LM317 มคาประมาณ 50 µA ซงไหลผาน R2 สมการความสมพนธ ระหวางแรงดนเอาตพตกบคาความตานทาน R1 และ R2 สามารถเขยนไดดงน

VOUT = VR1 + VR2

= IREFR1 + IREFR2 + IADJR2

= IREF x (R1 + R2) + IADJR2 ...3.20

สมการ 3.18 แทนลงในสมการ VOUT = VREF

R1 x (R1 + R2) + IADJR2

VOUT = VREF x (1+ R2R1

) + IADJR2 ...3.21

เนองจากแรงดนเอาตพตเปนฟงกชนกบ R1 และ R2 ดงนนเราสามารถก าหนดคา R1 ใหคงท และปรบคา R2

ตวอยางท 3.9 จงค านวณหาคาแรงดนเอาตพตสงสด และต าสดของวงจรในรปท 3.19 เมอก าหนดให IADJ = 50 µA

LM317+VIN=35V VOUTOUTIN

31

2

R1 220

R2 50kC2C1

IREF

IADJ

IR2

VREF1.25 V

+

-C3

ADJ

รปท 3.19 วงจรแหลงจายไฟทสามารถปรบแรงดนไฟบวกไดดวยไอซเบอร LM317




วธท า แรงดนอางอง VREF เทากบ VR1 = VREF = 1.25 V

จากสมการ 3.21 VOUT(min) = VREF x (1+ R2R1

) + IADJR2

= 1.25 V x (1+ 0220)

= 1.25 V ตอบ

เมอ R2 = 5 k VOUT(max) = VREF x (1+ R2R1

) + IADJR2

= 1.25 V x (1+ 5 k220

)

= 29.9 V ตอบ

3.7.2 แหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงแบบปรบคาแรงดนไฟลบ ไอซเบอร LM337 คอไอซรกษาระดบแรงดนไฟลบทสามารถปรบแรงดนเอาตพตได (Variable

Negative Supply Voltage) ซงสามารถน าไปใชรวมกบไอซ LM317 และหลกการท างานของวงจร เหมอนกบไอซ LM317 รปท 3.20 แสดงวงจรรกษาระดบแรงดนไฟลบทสามารถปรบแรงดนเอาตพตไดประกอบดวยไอซ LM337 ตวเกบประจอนพต เอาตพตและตอระหวางขาปรบแรงดนกบกราวดและ ตวตานทานมคาคงทตออนกรมกบตวตานทานแบบปรบคาไดซงท าหนาทปรบแรงดนเอาตพตของวงจร ซงไอซ LM337จะมขาปรบแรงดนซงไมไดตอลงกราวด ขาปรบแรงดนจะถกตอกบตวตานทานแบบปรบ คาได R2 แรงดนเอาตพตของวงจรสามารถถกปรบใหมคาแรงดน -1.2 V ถง -37 V ซงขนอยกบตวตานทานปรบคาได ตวเกบประจทตอเพมเขาไปจะไมมผลตอการท างานของไอซ

LM337-VIN VOUTOUTIN

31

2

R1

R2C2C1

IREF

IADJ

IR2

C3

ADJ

รปท 3.20 วงจรแหลงจายไฟทสามารถปรบแรงดนไฟลบไดดวยไอซเบอร LM337




สรป

วงจรแหลงจายก าลงไฟฟาแบบเชงเสนทประกอบดวย หมอแปลงไฟฟาท าหนาทลด แรงดนไฟฟากระแสสลบ ไดโอดบรดจ ท าหนาทแปลงแรงดนไฟฟากระแสสลบใหมลกษณะเตมคลน ตวเกบประจท าหนาทกรองแรงดนใหคงท ทรานซสเตอร ท าหนาทจายแรงดน และกระแสไฟฟา และออปแอมปท าหนาทควบคมทรานซสเตอร ใหจายแรงดน เอาตพตตามทออกแบบไว คณลกษณะของวงจร วงจรแหลงจายก าลงไฟฟาแบบเชงเสนทส าคญคอ Line regulation และ Load regulation การปองกนการลดวงจร สามารถท าไดดวยการตอทรานซสเตอร เพอท าหนาทตรวจจบ และปองกนการลดวงจร การออกแบบใหวงจรแหลงจายไฟเลยงสามารถจายกระแสไดมากกวาความสามารถ ของไอซกระท าไดโดยตอทรานซสเตอรเพมเขาไปในวงจรเพอท าหนาทจายกระแสจ านวนมากแทนไอซ




แบบฝกหด แบบฝกหดหนวยท 3 การออกแบบวงจรแหลงจายก าลงไฟฟา

(Power Supply Circuit Design)

ค าสง จงตอบค าถามใหสมบรณและถกตอง ใชเวลาท าแบบฝกหด 20 นาท (คะแนนเตม 10 คะแนน)

1. วงจรฟลเตอรชนดคาปาซเตอรฟลเตอรมตวคาปาซเตอรฟลเตอรเทากบ 47 F ก าหนดใหกระแสโหลดเทากบ 80 mA ถาคาแรงดนสงสดของวงจรเรกตไฟเออรมคาเทากบ 110 V จงค านวณหาดงตอไปน

ก) Vr(rms) ข) Vdc ค) %r

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 2. ก าหนดใหออสซสโลสโคปวดแรงดนตกครอมตวตานทาน RL ของวงจรไดแรงดน VDC(min) = 5 V และ Vrp-p = 15 VP-P จงหา Vr(rms) และ %ripple …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….




3. ก าหนดใหแรงดนเอาตพตของวงจรตองมคาเทากบ 20 V ขณะทแรงดนอนพตเพมขนเทากบ 3.5 V และแรงดนเอาตพตมคาเพมขนเทากบ 4.2 V ใหหาเปอรเซนตของการรกษาระดบแรงดน …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 4. วงจรรกษาระดบแรงดนขณะไมมโหลด แรงดนเอาตพตเทากบ 18 V และขณะมโหลดเตมท แรงดน เอาตพตเทากบ 17.8 V และกระแสเอาตพตทจายใหโหลดเทากบ 50 mA ใหหาการรกษาระดบ แรงดนทบอกเปนรอยละจากไมมโหลดไปยงมโหลดเตมท และรอยละของการเปลยนแปลงของกระแสเอาตพต …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….




แบบทดสอบหลงเรยน หนวยท 3 การออกแบบวงจรแหลงจายก าลงไฟฟา

(Power Supply Circuit Design) ค าชแจง

1. จงท าเครองหมายกากบาท (X) เลอกค าตอบทถกตองทสดเพยงขอเดยว 2. แบบทดสอบมจ านวน 10 ขอ ใชเวลาท าแบบทดสอบ 10 นาท

********************************************** 1. วงจรใดของแหลงจายก าลงงานไฟฟากระแสตรงทท าหนาทรกษาระดบแรงดนทจายออกมา

เพอน าไปใชงาน ก. วงจร Voltage Fixed ข. วงจร Filter Voltage ค. วงจร Rectifier Voltage ง. วงจร Voltage Regulator จ. วงจร Voltage Protection

2. วงจรกรองแรงดนดวยตวเกบประจ ใชตวเกบประจทมคา 1,000 F ตอกบวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน ขณะตอโหลดมกระแสไหล 200 mA จงค านวณหาคาแรงดนรปเปล(Vr(p-p)) ก. 2 VP-P ข. 2 mVP-P ค. 20 mVP-P ง. 2 VP-P จ. 20 VP-P

3. วงจรรกษาระดบแรงดนแบบขนานใชหลกการใดในการรกษาระดบแรงดนใหคงท ก. ใชหลกการน ากระแสไปควบคมแรงดน ข. ใชหลกการปอนกลบจากเอาตพตมายงอนพต ค. ใชหลกการแบงแรงดนในวงจรของตวตานทาน ง. ใชหลกการแบงกระแสในวงจรของซเนอรไดโอด จ. ใชหลกการท างานของซเนอรไดโอดทท างานในชาวงเบรคดาวน

4. ในการออกแบบวงจรรกษาระดบแรงดนแบบขนานโดยใชซเนอรไดโอด ถาก าหนดใหแรงดนอนพตมคา 13-15V กระแสไหลผานโหลดมคา 50-100 mA แรงดนซเนอรไดโอดมคา 12 V จะตองใชคา RS ในวงจรคาเทาใด ก. 1.4 ข. 14 ค. 140




ง. 1.4k จ. 14k

5. ในการออกแบบแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรง แบบปรบคาไดปจจบนมไอซเบอรใดทนยมน ามาใช ก. LM317 ข. LM741 ค. LM555 ง. 78XX จ. 79XX

6. ถาตองการออกแบบวงจรแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรง ใหสามารถจายกระแสไดสง ๆ ควรเลอกใชวงจรแบบใด ก. แบบใดกไดเพราะจายกระแสไดเหมอนกน ข. แบบใชซเนอรไดโอดตอขนานกนหลาย ๆ ตว ค. แบบใชไอซควบคมแรงดนทจายกระแสไดสง ๆ ง. แบบใชมอสเฟตรวมกบไอซ หรอซเนอรไดโอดเพอเพมกระแส จ. แบบใชทรานซสเตอรรวมกบไอซหรอซเนอรไดโอดเพอเพมกระแส

7. จงค านวณหาคา Load Regulation ของวงจรแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรง เมอขณะไมตอโหลดมแรงดนเอาตพตเทากบ 15.2 V และเมอตอโหลดมแรงดนเอาตพตเทากบ 14.8V ก. 0.17% ข. 0.27% ค. 1.7% ง. 2.7% จ. 27%

8. จงค านวณหาคา Line Regulation ของแหลงจายก าลงงานไฟฟากระแสตรงทมแรงดนเอาตพตเปลยนแปลงจากค าต าสด 12.1 V ถงหาคาสงสด 13.8V เมอแรงดนไฟฟากระแสสลบทอนพตเปลยนแปลงอยบนชวง 215-225 V ก. 0.14% ข. 0.24% ค. 2.4% ง. 14% จ. 24%




9. จากวงจรในรปท 1 อปกรณตวใดทท าหนาทจ ากดกระแสไมใหไหลเกนกวาทก าหนด

R2

R3

R1

D1

VREF +

-

Q1VOUTVIN

R4

Q2

รปท 1

ก. Q1 และ Q2 ข. Q2 และ R4 ค. Q1 และ R4 ง. R1 และ D1 จ. R2 และ R3

10. วงจรรกษาระดบแรงดนแบบอนกรมใชหลกการใดในการรกษาระดบแรงดนใหคงท ก. ใชหลกการควบคมแรงดนดวยไอซ ข. ใชหลกการแบงกระแสในวงจรดวยไอซ ค. ใชหลกการน ากระแสไปควบคมแรงดน ง. ใชหลกการปอนกลบแบบลบเพอรกษาระดบแรงดดน จ. ใชหลกการควบคมแรงดนดวยซเนอรไดโอด




บรรณานกรม

เจน สงสมพนธ. เทคโนโลยอเลกทรอนกส 3 วงจรอเลกทรอนกส. ปทมธาน : สถาบน อเลกทรอนกส กรงเทพรงสต. 2552.

นภทร วจนเทพพนทร. อปกรณอเลกทรอนกส. สกายบกส. 2538. ทรงพล กาญจนชชย. อปกรณสารกงตวน า. กรงเทพฯ : จฬาลงกรณมหาวทยาลย. 2556. ธนนต ศรสกล. พนฐานการออกแบบวงจรอเลกทรอนกส. กรงเทพฯ: วตต กรป. 2552. สคนธ พมศร. การวเคราะหวงจรอเลกทรอนกส. พมพครงท 1. นนทบร: ศนยสงเสรมอาชวะ,

2558. สายณต ชนอารมณ. วเคราะหวงจรอเลกทรอนกส. กรงเทพฯ:ศนยสงเสรมวชาการ. 2552. อ านวย เถาตระกล, คมอการเขยนแผนการสอน การจดการเรยนรมงเนนสมถรรนะอาชพ,

กรงเทพฯ : ส านกงานคณะกรรมการการอาชวศกษา, 2551.

เพอชาต สขเรอน, การวเคราะหวงจรทรานซสเตอร, กรงเทพฯ : โอเดยนสโตร, 2556.

Robert L.Boylestad, Louis Nashelsky. Electronic Devices and Circuit Theory :

United States., 2009.




ใบงานท 3.1 หนวยท 3

รหสวชา 3105-1003 วชา การวเคราะหวงจรอเลกทรอนกส สอนครงท 1

ชอหนวย การออกแบบวงจรแหลงจายก าลงไฟฟา คาบรวม 5

ชอเรอง วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ และวงจรกรองแรงดน จ านวนคาบ 3

จดประสงคเชงพฤตกรรม 1. ตอวงจรเรยงกระแสแบบบรดจและวงจรกรองแรงดนไดอยางถกตอง

2. วาดรปสญญาณทผานการเรยงกระแส และผานการฟลเตอรออกเอาทพตไดอยางถกตอง 3. วด และอานคาแรงดนไฟตรง (DC) และแรงดนไฟกระเพอม (RIPPLE) ไดอยางถกตอง

จดประสงคเชงพฤตกรรม (จตพสย) ทมการบรณาการตามปรชญาของเศรษฐกจพอเพยง 1. ความรบผดชอบ 2. ความมวนย 3. การตรงตอเวลา 4. ความมมนษยสมพนธ 5. ความรและทกษะวชาชพ 6. ความสนใจใฝหาความร 7. การพงตวเอง 8. มความเพยร 9. รรกสามคค

10. การแกไขปญหาเฉพาะหนา

เครองมอและอปกรณ 1. ดจตอลมลตมเตอรหรอแอนะลอกมลตมเตอร 1 เครอง 2. ออสซลโลสโคปแบบ 2 เสนภาพ พรอมสายโพรบ 1 เครอง 3. ไดโอด IN 4002 (หรอเบอรแทน) 4 ตว 4. ตวตานทานคงท 2.7 k 0.5 W, 5.6 0.5 W, 100 1 W, 250 5 W และ 500 5 W อยางละ 1 ตว 5. ตวเกบประจแบบอเลกโตรไลท 100 µF 50 V 2 ตว 6. หมอแปลงแรงดนออก 6-0-6 V 1 ตว 7. สวตชตดตอ 5 ตว 8. สวตช 3 ทาง 1 ตว 9. ฟวส 0.5 A พรอมขวตอ 1 ชด 10. แผงประกอบวงจรและสายตอวงจร 1 ชด




ล าดบขนตอนในการปฏบตใบงาน 1. ตอวงจรตามรปท 3.1.1 สวตช S1 - S5 ยงไมตอวงจรสวตช S6 โยกไวทต าแหนง X

S5

VO

6VT1

RL

D1 D1

D3 D2

6V

V1

S6

X

Y

S1S4

S3 S2

5.6k0.5W

CT

F1

0.5 A

220 VAC

50Hz

C

D

F

G

รปท 3.1.1 วงจรทดลองการท างานของไดโอดแบบบรดจเรยงกระแส

2. ปรบแตงออสซลโลสโคปใหพรอมใชงานปรบสวตช AC-GND-DC ไปทต าแหนง AC 3. น าสายโพรบของออสซลโลสโคปไปวดทจด C และจด D โดยใชปลายโปรบวดทจด C สวน

กราวดของโพรบวดทจด D 4. ON สวตช S5 เขาวงจร สงเกตภาพทเกดบนจอออสซลโลสโคป 5. ปรบแตงปม VOLTS/DIV ปม SOURCE และปม TRIGGER LEVEL จนท าใหขนาดความ

กวาง ความสง ของภาพพอเหมาะ และภาพหยดนงอานคาไดจนไดภาพแรงดนไฟสลบทจด C, D (VCD) ตามตารางท 3.1.1 ชองรปคลน

6. อานคาแรงดนไฟสลบทจอออสซลโลสโคปออกมาเปนคาพคทพค (VP-P) และ คาพค (VP) ทจด C, D (VCD) บนทกคาลงในตารางท 3.1.1 ชอง VP-P และ VP

ตารางท 3.1.1 บนทกผลการทดลองขอ 4-11

ขอท ต าแหนงสวตซ รปคลน VP-P VP 4-6 S1 S2 S3 S4 S6 VCD

7-8 OFF OFF OFF OFF X

9 ON OFF OFF OFF X

10 ON ON OFF OFF Y

11 ON ON ON ON Y




7. OFF สวตช S5 ออกยายสายโพรบของออสซลโลสโคปไปวดทจด F, G (VFG) ครอมโหลด RL โดย ปลายโพรบวดทจด F สวนกราวดของโพรบวดทจด G

8. ON สวตช S5 เขาวงจรสวนสวตช S1 - S4 ยงคง OFF อยวาดรปสญญาณทวดไดลงในตารางท 3.1.1 ชองรปคลนและบนทกคาแรงดนทงคา VP-P และ VP ลงในตารางท 1 ชอง VP-P และ VP

9. ON สวตช S1 เขาวงจร สวตช S2 - S4 ยงคง OFF อย วาดรปสญญาณทวดไดลงในตารางท 4.1 ชอง รปคลน และบนทกคาแรงดนทงคา VP-P และ VP ลงในตารางท 1 ชอง VP-P และ VP

10. ON สวตช S2 สวตช S3, S4 ยงคง OFF อยและสวตช S6 ปรบไปทต าแหนง Y วาดรปสญญาณทวดไดลงในตารางท 3.1.1 ชองรปคลนและบนทกคาแรงดนทงคา VP-P และ VP ลงในตารางท 3.1.1 ชอง VP-P และ VP

11. ON สวตช S3 และ S4 วาดรปสญญาณทวดไดลงในตารางท 3.1.1 ชองรปคลนและบนทกคาแรงดน ทงคา VP-P และ VP ลงในตารางท 3.1.1 ชอง VP-P และ VP

C1 C2100mF 50 V

R1 100 1 W

R1 100 1 W

+V F

G - M +

+ +

รปท 3.1.2 วงจรกรองแรงดนทใชตอเขาทจด F, G ของบรดจเรยงกระแส

12. OFF สวตช S5 และปลด RL ออกจากวงจรตอวงจร RC กรองแรงดน เขาทจด F, G และตอแอมมเตอร M วดกระแสไฟตรงทงหมดของวงจรสวตช S1 - S4 ยงคงตอวงจรและสวตช S6 ยงคงอยท ต าแหนง Y เหมอนขอท 11

13. ON สวตช S5 เขาวงจร ใชมลลเตอรตงทยานเอซโวลทมเตอรวดแรงดนไฟสลบทจด C, D บนทกคาทไดลงในตารางท 3.1.2 ชอง VRMS ทจด C, D

14. ใชมลลเตอร ตงทยานดซโวลทมเตอร วดแรงดนไฟตรงทจด F เทยบกบกราวดอานคากระแสไฟตรงจากมเตอร M และใชออสซลโลสโคปวดแรงดนทจด F เทยบกบกราวด บนทกคาแรงดนไฟตรง คากระแสจากมเตอร M และวาดรปสญญาณกระเพอม (RIPPLE) พรอมแรงดนเปน VP-P บนทกลงในตารางท 3.1.2 ในสวนไมมโหลดชอง VDC, VDC, และวดดวยสโคป

15. OFF สวตช S5 ออก และตอโหลด RL 500 5W ครอมขนาน R2 16. ON สวตช S5 เขาวงจรทดลองซ าตามขอท 14 ในสวนใสโหลด RL 17. OFF สวตซ S5 ออก ปลดโหลด RL 500 5W ออก ย ายดซ โ วลต ม เตอร และ

ออสซลโลสโคปไปวดครอมจด +V เทยบกบกราวด




ตารางท 3.1.2 บนทกผลการทดลองขอ 13-28

ขอท SRMS จด C,D

จดทวด

ไมมโหลด ใสโหลด RL

IDC

(mA) VDC

(V) วดดวยสโคป IDC

(mA) VDC

(V) วดดวยสโคป

รปคลน VP-P รปคลน VP-P

13-16 F

17-20 +V

21-24 F

25-28 +V

18. ON สวตช S5 เขาวงจร วดและบนทกคากระแสจากมเตอร M คาแรงดนไฟตรง และวาดรป

สญญาณ กระเพอม พรอมแรงดนเปน VP-P จากออสซลโลสโคปบนทกลงในตารางท 3.1.2 ในสวนไมมโหลดชอง IDC, VDC, และวดดวยออสซลโสโคป

19. OFF สวตช S5 ออก และตอโหลด RL 500 5W ครอมขนาน R2 20. ON สวตช S5 เขาวงจร ทดลองซ าตามขอท 18 ในสวนใสโหลด RL 21. OFF สวตช S5 ออก ปลดโหลด RL 500 5W ออก เปลยน R2 เปน 2.7 k 0.5W ยาย

ดซโวลท มเตอร และออสซลโลสโคป ไปวดครอมจด F เทยบกบกราวด 22. ON สวตช S5 เขาวงจร ทดลองซ าตามขอท 14 ในสวนไมมโหลด 23. OFF สวตช S5 ออก ตอโหลด RL 250 5W ครอมขนาน R2 24. ON สวตช S5 เขาวงจร ทดลองซ าตามขนท 14 ในสวนใสโหลด RL 25. OFF สวตช S5 ออก ปลดโหลด RL 250 5W ออก ยายดซโวลทมเตอร และ

ออสซลโลสโคป ไป วดครอมจด +V เทยบกบกราวด 26. ON สวตช S5 เขาวงจร ทดลองซ าตามขอท 18 ในสวนไมมโหลด 27. OFF สวตช S5 ออก ตอโหลด RL 250 5W ครอมขนาน R2 28. ON สวตช S5 เขาวงจร ทดลองซ าตามขอท 18 ในสวนใสโหลด RL




สรปผลการทดลอง ............................................................................................................................. ................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................................................... ................................. ค าถามการทดลอง

1. การทดลองในตารางท 3.1.2 โหลด RL มคาความตานทานเปลยนไป มผลตอคาแรงดนไฟกระเพอม (RIPPLE) อยางไร ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2. หากตองการใหวงจรเรยงกระแสแบบบรดจ สามารถจายแรงดนไดแบบแหลงจายไฟค (+, GND,-)

จะตองท าอยางไร

220 VAC

50 HzCT

C1

C3

C2

C4

+ +

++

- V

+ V

GND

R1

R2

รปท 3.1.3 วงจรจายแรงดนไฟตรง แบบบรดจเรยงกระแส

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………




ใบงานท 3.2 หนวยท 3

รหสวชา 3105-1003 วชา การวเคราะหวงจรอเลกทรอนกส สอนครงท 2

ชอหนวย การออกแบบวงจรแหลงจายก าลงไฟฟา คาบรวม 5

ชอเรอง วงจรรกษาระดบแรงดน (Voltage regulation circuit) และวงจรปองกนกระแสไหลเกนพกด (Overload Protection)

จ านวนคาบ 3

จดประสงคเชงพฤตกรรม 1. ตอวงจรรกษาระดบแรงดนไดอยางถกตอง 2. ตอวงจรปองกนกระแสไหลเกนพกดไดอยางถกตอง 3. วด อานคาแรงดนและกระแสไฟตรงของวงจรรกษาระดบแรงดน ไดอยางถกตอง 4. วด อานคาแรงดนและกระแสไฟตรงของวงจรปองกนกระแสไหลเกนพกดไดอยางถกตอง

จดประสงคเชงพฤตกรรม (จตพสย) ทมการบรณาการตามปรชญาของเศรษฐกจพอเพยง 1. ความรบผดชอบ 2. ความมวนย 3. การตรงตอเวลา 4. ความมมนษยสมพนธ 5. ความรและทกษะวชาชพ 6. ความสนใจใฝหาความร 7. การพงตวเอง 8. มความเพยร 9. รรกสามคค

10. การแกไขปญหาเฉพาะหนา

เครองมอและอปกรณ 1. ดจตอลมลตมเตอรหรอแอนะลอกมลตมเตอร 1เครอง 2. แหลงจายไฟตรงแบบปรบคาได 0-30 V 3 A 1 เครอง 3. ไอซเบอร LM 358 1 ตว 4. ตวตานทานคงท 1 k 0.5 W, 100 5 W และ 0.1 5 W อยางละ 1 ตว 5. ตวตานทานคงท 10 k 0.5 W 2 ตว 6. ซเนอรไดโอด 7.5 V 1 ตว

7. ทรานซสเตอรเบอร BD 139 2 ตว 8. แผงประกอบวงจรและสายตอวงจร 1 ชด




ล าดบขนตอนในการปฏบตใบงาน 1. ตอวงจรตามรปท 3.2.1 คาความตานทานโหลดเทากบ 1 k 0.5 W

R2

R3

R1

D1

VREF

LM358+

-

Q1 BD139 VOUTVIN =24V

RL

10k

10k

1k

7.5 V

รปท 3.2.1 วงจรแหลงจายไฟทมวงจรรกษาระดบแรงดน

2. ใชมลตมเตอร วดคาแรงดนตกครอมทจด ตอไปน บนทกผล VREF = ……………… V VR3 = ……………… V

3. ใชมลตมเตอร วดคาแรงดน และกระแสเอาต พต VOUT = ……………… V IOUT = ……………… A

4. เปลยนคาความตานทานโหลดเทากบ 100 5 W แลวใชมลตมเตอร วดคาแรงดนและกระแสเอาตพต

VOUT = ……………… V IOUT = ……………… A 5. จงอธบายผลการทดลอง …………………………………………………………………………………………..………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………




6. ตอวงจรดงรปท 3.2.2 คาความตานทานโหลดเทากบ 1 kΩ 0.5 W

R2

R3

R1

D1

VREF +

-

Q1VOUTVIN = 24 V R4

Q2BD139

BD139

1 K

10 K

10 K

0.1

RL

7.5 V

LM358

รปท 3.2.2 วงจรรกษาระดบแรงดนทเพมวงจรปองกนกระแสไหลเกนพกด

7. ใชมลตมเตอร วดคาแรงดน และกระแสเอาตพต VOUT = ……………… V IOUT = ……………… A

8. เปลยนคาความตานทานโหลดเทากบ 100 Ω 5 W แลวใชมลตมเตอรวดคา แรงดน และกระแสเอาตพต

VOUT = ……………… V IOUT = ……………… A 9. ใชมลตมเตอร วดคาแรงดน VREF = ……………… V VR3 = ……………… V 10. จงอธบายผลการทดลอง ………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………




สรปผลการทดลอง ............................................................................................................................. ................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................... ................................................ ค าถามการทดลอง

1. แรงดนเอาตพตของวงจรรกษาระดบแรงดนขนอยกบคาอปกรณ อะไร ใหบอกเหตผลประกอบ ............................................................................................................................. ....................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ..................................................... ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. กระแสเอาตพตของวงจรในรปท 3.2.2 จะมากหรอนอยขนอยกบอปกรณ อะไร ใหบอกเหตผล ประกอบ ............................................................................................................................. ........................................................................................................................... ............................................................................................................................................................................................................. ....................................... ........................................................................................................................................ ................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................................... ....................................... 3. ตวตานทาน R4 ของวงจรในรปท 3.2.2 มไวเพออะไร ............................................................................................................................. ....................................... ............................................................................................................................. .......................................

หน่วยที่ 3 การออกแบบวงจรแหล่งจ่ายก...

Documents