ما هو مقوم الجسر؟ أساسيات لوحة الدوائر المطبوعة والدوائر الإلكترونية

استخدم هذه الصفحة لشرح أساسيات مقوم الجسر. عند الانتقال إلى تصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، راجع تصميم لوحة الدوائر المطبوعة لمقوم الجسر بالكامل ؛ أما بالنسبة لخيارات الحرارة، وعرض المسارات، وحزمة الثنائيات، والتجميع، فتغطي صفحة تفاصيل تصميم لوحة الدوائر المطبوعة لمقوم الجسر تفاصيل التصنيع.

في مجال الإلكترونيات والهندسة الكهربائية، يعد تحويل التيار المتردد (AC) إلى تيار مباشر (DC) مطلبًا أساسيًا لتشغيل المكونات والأجهزة الإلكترونية المختلفة. تلعب مقومات الجسر دورًا حاسمًا في تحقيق هذا التحويل بكفاءة. تستكشف هذه المقالة الشاملة عالم مقومات الجسور، مما يوفر فهمًا متعمقًا لدوائرها ومبادئ عملها وتطبيقاتها.

يؤثر مقوم الجسر على عرض النحاس وارتفاع الحرارة والمسافة الفاصلة بين نقاط العزل، لذلك يجب فحص لوحات إمداد الطاقة وفقًا لمتطلبات تصميم لوحة الدوائر المطبوعة والتحقق من صحتها باختبار كهربائي مناسب قبل الشحن.

ما هو مقوم الجسر؟

مقوم الجسر هو جهاز إلكتروني مصمم لتحويل جهد دخل التيار المتردد إلى جهد خرج تيار مستمر سلس وثابت. وهو ينجز هذه المهمة عن طريق استخدام تكوين من الثنائيات، عادة أربعة أو أكثر، مرتبة في نمط معين. تعد مقومات الجسر مكونات أساسية في مصادر الطاقة، مما يضمن مصدرًا ثابتًا لطاقة التيار المستمر لمجموعة واسعة من التطبيقات الإلكترونية.

بناء جسر المعدل

يتضمن بناء مقوم الجسر أربعة صمامات ثنائية مرتبة في نمط حلقة مغلقة، مما يلغي الحاجة إلى محول مركزي. هذا التصميم لا يقلل الحجم والتكلفة فحسب، بل يعزز الكفاءة أيضًا. عندما يتم تطبيق إشارة دخل التيار المتردد عبر المطرافين A وB، يتم الحصول على إشارة خرج التيار المستمر عبر مقاوم الحمل (RL)، المتصل بين المطرافين C وD. تقوم الثنائيات، وهي D1 وD2 وD3 وD4، بالتوصيل التيار الكهربائي خلال نصفين مختلفين من دورة التيار المتردد. خلال نصف الدورة الموجبة، يتم توصيل D1 وD3، بينما خلال نصف الدورة السالبة، يتم توصيل D2 وD4، مما يؤدي إلى تدفق أحادي الاتجاه للتيار.

مزايا مقومات الجسر

1. الكفاءة: توفر مقومات الجسر ضعف كفاءة التصحيح مقارنة بمقومات نصف الموجة، مما يجعلها ذات كفاءة عالية في تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر.
2. ارتفاع الجهد الناتج والطاقة: توفر مقومات الجسور جهدًا وطاقة أعلى للإخراج، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب طاقة تيار مستمر أكبر.
3. انخفاض الجهد تموج: يتميز خرج مقومات الجسر بجهد تموج منخفض وتردد أعلى، مما يبسط الحاجة إلى دوائر ترشيح إضافية.
4. لا يوجد محول مركزي: لا تتطلب مقومات الجسور محولاً مركزيًا، مما يبسط تصميم المحول.

عيوب مقومات الجسر

1. متطلبات أربعة الثنائيات: تستخدم مقومات الجسر أربعة صمامات ثنائية، مما يزيد من عدد المكونات والتكلفة مقارنة بمقومات نصف الموجة.
2. فقدان أعلى للطاقة: قد تتعرض مقومات الجسر لفقد طاقة أكبر مقارنة بالمقومات المركزية.

جسر المعدل الموجي

يتميز شكل موجة الخرج لمقوم الجسر بتدفق تيار أحادي الاتجاه خلال النصفين الموجب والسالب لإشارة دخل التيار المتردد. يمكن أن تكون قطبية خرج التيار المستمر إما موجبة أو سالبة تمامًا، اعتمادًا على تكوين الصمام الثنائي. يعد الترشيح الإضافي، عادة باستخدام المكثفات، ضروريًا لتسهيل الإخراج.

مخطط دائرة مقوم الجسر

يتكون مخطط دائرة مقوم الجسر من مراحل مختلفة، بما في ذلك المحول، وجسر الصمام الثنائي، والتصفية، والمنظمات. يشكل هذا المزيج من المكونات مصدر طاقة منظمًا للتيار المستمر يمكنه توفير الطاقة لمجموعة متنوعة من الأجهزة الإلكترونية.

1. محول: المحول هو نوع متدرج يقلل من سعة جهد التيار المتردد المدخل. في العديد من المشاريع الإلكترونية، يتم استخدام محول 230/12 فولت لخفض جهد التيار المتردد من 230 فولت إلى 12 فولت تيار متردد.
2. جسر الصمام الثنائي: يتكون مقوم الجسر الثنائي من الثنائيات الأربعة (D1، D2، D3، وD4) المذكورة سابقاً. تلعب هذه الثنائيات دورًا حاسمًا في تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر من خلال السماح للتيار بالتدفق في اتجاه واحد خلال كل نصف دورة لإشارة الدخل.
3. تصفية: لتحويل خرج التيار المستمر النابض إلى إشارة تيار مستمر أكثر سلاسة، يتم توصيل مكثف واحد أو أكثر عبر مقاومة الحمل. يعتمد اختيار تصنيف المكثف على جهد الخرج المطلوب.
4. منظم ضغط كهربي: في الحالات التي يكون فيها مستوى جهد التيار المستمر مطلوبًا، يتم استخدام منظم الجهد للحفاظ على جهد خرج ثابت. وهذا يضمن بقاء الإخراج مستقرًا بغض النظر عن الاختلافات في جهد الإدخال.

مبادئ العمل لمقوم الجسر

لفهم عمل مقوم الجسر، فكر في مقوم جسر أحادي الطور يتكون من أربعة صمامات ثنائية متصلة عبر الحمل. خلال نصف الدورة الإيجابية لشكل موجة دخل التيار المتردد، تكون الثنائيات D1 وD2 متحيزة للأمام، مما يسمح لتيار الحمل بالتدفق من خلالها. في نصف الدورة السالبة، يصبح الثنائيان D3 وD4 متحيزين للأمام، مما يؤدي إلى توصيل تيار الحمل. في كلتا الحالتين، يتدفق تيار الحمل في نفس الاتجاه، مما يؤدي إلى تيار مستمر أحادي الاتجاه عند الخرج.

خصائص مقوم الجسر

1. عامل الريبل: يقيس عامل التموج نعومة إشارة خرج التيار المستمر. بالنسبة لمقوم الجسر، يتم حساب عامل التموج كـ Γ = √(Vrms^2 / VDC) – 1، حيث Vrms هو جذر متوسط ​​جهد التربيع وVDC هو جهد التيار المستمر. يبلغ عامل التموج لمقوم الجسر حوالي 0.48.
2. أقصى جهد معكوس (PIV): يشير PIV إلى أعلى جهد يواجهه الصمام الثنائي عندما يكون في انحياز عكسي خلال نصف الدورة السالبة لإشارة التيار المتردد. تتكون مقومات الجسر من أربعة صمامات ثنائية، ويتغير PIV وفقًا لذلك.
3. الكفاءة: كفاءة المقوم هي نسبة طاقة خرج التيار المستمر إلى طاقة دخل التيار المتردد. يمكن لمقومات الجسور تحقيق أقصى قدر من الكفاءة بحوالي 81.2%.

أنواع مقومات الجسر

تأتي مقومات الجسور بأنواع مختلفة بناءً على عوامل مثل نوع العرض وقدرة التحكم وتكوين الدائرة. يتم تصنيفها في المقام الأول إلى مقومات أحادية الطور وثلاثية الطور، وتنقسم أيضًا إلى مقومات غير متحكم فيها، ونصف متحكم فيها، ومقومات كاملة التحكم.

مقومات أحادية الطور وثلاث مراحل

تستخدم مقومات الجسر أحادية الطور أربعة صمامات ثنائية لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر، في حين تستخدم مقومات ثلاثية الطور ستة صمامات ثنائية. يمكن أن تكون هذه المقومات إما غير خاضعة للتحكم أو خاضعة للتحكم، اعتمادًا على المكونات المستخدمة، مثل الثنائيات أو الثايرستور.

مقومات الجسر غير المنضبط

تستخدم مقومات الجسر غير المنضبطة الثنائيات لتصحيح المدخلات، مما يوفر مصدر طاقة ثابتًا أو ثابتًا. هذه المقومات مناسبة للتطبيقات التي لا تتطلب تغيير الطاقة.

مقومات الجسر التي تسيطر عليها

تحل مقومات الجسر الخاضعة للرقابة محل الثنائيات غير الخاضعة للرقابة بأجهزة الحالة الصلبة الخاضعة للرقابة مثل SCR أو MOSFET أو IGBT. وهذا يسمح بتغيير طاقة الخرج عند جهود مختلفة عن طريق تشغيل هذه الأجهزة في لحظات مختلفة.

تطبيقات مقومات الجسر

تجد مقومات الجسور تطبيقات واسعة النطاق في مجال الإلكترونيات والهندسة الكهربائية نظرًا لكفاءتها وموثوقيتها. تتضمن بعض التطبيقات الشائعة ما يلي:

1. محول الطاقة Power Supply: تعد مقومات الجسر مكونات أساسية لإمدادات الطاقة لمختلف الأجهزة والأجهزة الإلكترونية.
2. تحكم المحرك: يتم استخدامها في دوائر التحكم في المحركات لتحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر لتشغيل المحركات الكهربائية.
3. عملية التعديل: في أنظمة الراديو والاتصالات، يتم استخدام مقومات الجسر لعمليات تعديل الإشارة.
4. تطبيقات اللحام: تلعب مقومات الجسور دورًا حاسمًا في آلات اللحام، حيث توفر طاقة التيار المستمر اللازمة لعمليات اللحام.
5. الأجهزة المنزلية: تعتمد العديد من الأجهزة المنزلية، مثل الثلاجات ومكيفات الهواء، على مقومات الجسر لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر في أنظمة التحكم الخاصة بها.

خاتمة

تعد مقومات الجسور مكونات أساسية في عالم الإلكترونيات، مما يتيح التحويل الفعال لطاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر مستقرة. تمتد تطبيقاتها المتنوعة عبر مختلف الصناعات، مما يجعلها لبنة أساسية لعدد لا يحصى من الأجهزة والأنظمة الإلكترونية. يعد فهم مبادئ وخصائص مقومات الجسور أمرًا حيويًا للمهندسين والمتحمسين على حد سواء، لأنه يمكّنهم من تسخير إمكانات هذه الأجهزة في مشاريعهم وتطبيقاتهم.

إذا كان هذا الشرط يؤثر على التوريد أو إصدار الإنتاج، فقم بمقارنته بتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة عالية التردد واختيار رقائق لوحات الدوائر المطبوعة قبل إرسال الملفات النهائية للمراجعة.