POWER SUPPLY แหล่งพลังงานสำหรับวิทยุ

 

Power Supply เป็นแหล่งพลังงานของวิทยุสื่อสาร ที่จะขาดเสียมิได้ และถ้ามันมีความสำคัญ อย่างน้อย ๆ นักวิทยุก็ควรจะรู้เรื่องเกี่ยวกับ อุปกรณ์ชิ้นนี้บ้าง และบทความชิ้นนี้ขออธิบายแบบเข้าใจง่าย จะได้น่าอ่านมากขึ้นนะครับ เรามาเริ่มกันเลยดีกว่า ก่อนอื่นจะขอพูดถึง Power Supply ที่ใช้แบบหม้อแปลงธรรมดาก่อน

เมื่อเราเสียบปลักไฟของ Power Supply กระแสไฟ ไหลผ่าน ฟิวส์ และสวิทช์ มายัง อุปกรณ์ชิ้นแรก ที่เราจะศึกษา คือ

หม้อแปลงไฟฟ้า หรือ TRANSFORMERS

อุปกรณ์ชิ้นนี้ ทำหน้าที่เปลี่ยนระดับแรงดันของไฟฟ้ากระแสสลับ หรือไฟ AC (ไฟที่ออกจากตัวหม้อแปลง ยังไม่ใช่ไฟกระแสตรง) คำว่าไฟฟ้ากระแสสลับ หรือ Alternating-Current ก็หมายถึง ไฟที่ไม่มีขั้วที่แน่นอน เดียวเป็นบวก เดียวเป็นลบ หม้อแปลงบางตัวก็จะเปลี่ยนไฟ ให้สูงขึ้น บางตัวก็แปลงให้ต่ำลง แล้วแต่การออกแบบ สำหรับ ตัวอย่างที่จะในรูป หม้อแปลงตัวนี้จะ แปลงไฟลง มีหลายระดับ มี 6,9,12 โวลต์

หม้อแปลง ใน Power Supply ของ Diamond รุ่น GS-300S หม้อแปลงจะมีขนาดใหญ่กว่าตัวอย่างแรกหลายเท่าตัว สามารถจ่ายกระแสได้สูงกว่า

เมื่อเราได้ ไฟกระแสสลับแรงดันต่ำ ๆ ใกล้เคียงกับแรงดันที่เราจะใช้กับวิทยุสื่อสารแล้ว จะนำมาใช้เลยไม่ได้ เราต้องแปลงให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงก่อน โดยใช้อุปกรณ์ชิ้นต่อไป คือ

ไดโอด (DIODE)

ไดโอดมีหลายรูปแบบ ทั้งแบบแยกเป็นตัวเดียว ๆ และ รวมเป็นชุด หรือ ไดโอด BRIDGE (4 ตัว)

ตัวอย่างไดโอดจริงใน Power Supply ของ Diamond รุ่น GS-300S

การนำหม้อแปลงกับไดโอดมาต่อใช้งาน สามารถต่อได้หลายแบบ ดังนี้

ไดโอด มีคุณสมบัติก็คือ ยอมให้กระแสไฟฟ้า ไหลผ่านได้ในทิศทางเดียว ดังรูปตัวอย่าง ไฟซึกบวกจะไหลผ่านไดโอดไปได้ แรงดันที่ได้จะมีค่าเท่ากับ 0.45 X E rms ของแรงดันไฟกระแสสลับ เช่น ถ้าไฟกระแสสลับเข้ามา 12 โวลต์ แรงดันที่ออกจากไดโอดจะเท่ากับ 12 X 0.45 = 5.4 โวลต์

 

วงจร HALF-WAVE RECTIFIER ยังสามารถนำมาใช้ในวงจรหรี่ไฟแบบง่าย ๆ ได้ ดังรูป

การ RECTIFIER แบบนี้เป็นการทำงานแค่ครึ่งเดียว พลังงานอีกครึ่งหนึ่ง ก็เสียไปเปล่า ๆ เราจึง แก้โดยการ RECTIFIER แบบเต็มคลื่น หรือ

จากรูป จะเห็นได้ว่า เราได้เพิ่มไดโอดเข้าไปอีก 1 ตัว คือ DA และ DB ทำงานกันคนละซึก การ RECTIFIER แบบนี้ต้องใช้หม้อแปลงที่มี CENTER-TAP ดังหม้อแปลงในรูปตัวอย่าง เขาจะเขียนว่า 12 - 0 - 12 ตัวเลข 0 หมายถึง CENTER-TAP ส่วน 12 ทั้งสองข้าง จะมีไฟ 12 โวลต์เมื่อเทียบกับ 0 และไฟ 12 โวลต์ทั้งสองข้างนี้จะมี เฟสที่ต่างกัน 180 องศา คือถ้าเส้นแรกเป็นไฟบวก อีกเส้นจะเป็นไฟลบ

รูปคลื่นที่ออกมาก็จะสลับกัน ระหว่าง A และ B แรงดันที่ได้จึงเป็นสองเท่าของการ RECTIFIER แบบ HALF-WAVE คือ 0.9 X E rms ของแรงดันไฟกระแสสลับ เช่น ถ้าไฟกระแสสลับเข้ามา 12 โวลต์ แรงดันที่ออกจากไดโอดจะเท่ากับ 12 X 0.9 = 10.8 โวลต์ ส่วนแรงดันกระเพื่อมหรือ Ripple จะเป็น 2 เท่าเช่นกัน คือ ถ้าเราใช้ไฟฟ้าความถี่ 50 Hz ค่า Ripple จะเท่ากับ 100 Hz

การ RECTIFIER แบบ HALF-WAVE ต้องใช้หม้อแปลง แบบ CENTER-TAP ถ้าเราไม่มีละ เราจะทำยังไง ? ...มีคนคิดไว้ให้เราเรียบร้อยแล้วครับ คือเปลี่ยนไปใช้แบบ FULL-WAVE BRIDGE RECTIFIER

สำหรับวงจรที่ต้องการไฟ บวก ลบ กราวด์ ใช้หม้อแปลงแบบ CENTER-TAP โดย CENTER-TAP จะเป็น กราวด์

วงจรแบบ BRIDGE RECTIFIER จะใช้ไดโอดมากหน่อย คือใช้ 4 ตัว DA, DB, DC และ DD จะสลับกันทำงานที่ละ 1 คู่ โดย DA จะคู่กับ DC และ DB จะคู่กับ DD

วงจรตัวอย่าง เมื่อรูปคลื่นไฟฟ้าที่ด้านบนของหม้อแปลงเป็นขั้วบวก ตรงจุดนี้มี DA และ DD ต่ออยู่ ไฟบวกนี้จะสามารถผ่าน DA ไปได้ โดยเหมือนกับ จัมสายตรง ๆ แต่ไม่สามารถไหลผ่าน DD ไปได้ ถ้าจะให้ละเอียดไปอีกนิด เขาจะเรียกว่า reverse-biases แต่จะยังไม่กล่าวในตอนนี้ และเมื่อด้านบนเป็นบวก ขั้วสายด้านด้านล่างก็ต้องเป็นลบ ไฟลบก็ผ่าน DC ไปได้เช่นกัน

แรงดันไฟที่ได้เท่ากับ 0.9 X E rms ของแรงดันไฟกระแสสลับ เช่น ถ้าไฟกระแสสลับเข้ามา 12 โวลต์ แรงดันที่ออกจากไดโอดจะเท่ากับ 12 X 0.9 = 10.8 โวลต์ เช่นเดียวกับแบบ FULL-WAVE RECTIFIER

ตอนนี้ เราได้ไฟ กระแสตรง หรือว่า ไฟ DC มาแล้ว แต่ว่าไฟที่ได้นี้ ยังไม่เรียบ ยังมี Ripple อยู่ ถ้าเรานำมาต่อกับวิทยุ จะมีเสียง บื่อ ๆๆๆ ออกทางลำโพง แน่นอนครับเราไม่ต้องการให้เป็นแบบนั้น เราเลยต้องผ่านวงจร FILTERS โดยใช้ Capacitor เป็นพระเอกในส่วนนี้

ตัวอย่างจริงใน Power Supply ของ Diamond รุ่น GS-300S ใช้ Capacitor ค่า 3300 uF 35 โวลต์ จำนวน 10 ตัวขนานกัน เหตุผลที่ต้องต่อขนานกันมากขนาดนี้ ก็เพราะว่า ถ้าวงจรมีค่า Capacitor มากก็จะทำให้ไฟเรียบขึ้น สามารถจ่ายกระแสได้สูง ๆ

รูปคลื่น ของสัญญาณที่ยังไม่ผ่านวงจร FILTERS (รูป 1) และรูปคลื่นที่ผ่านการ FILTERS แล้ว (รูป 2)

กรณีวงจร FILTERS ต่อกับโหลดที่ ดึงกระแสสูง รูปคลื่นจะไม่เรียบ

สังเกตได้ว่าไฟที่ออกจากวงจร FILTERS อย่างเดียว ยังไม่มีคุณสมบัติที่ดีพอ ไม่สามารถควบคุมแรงดัน ให้คงที่ได้ เมื่อโหลดดึงกระแสสูงขึ้นแรงดันก็จะตกลง และมีกระแสที่กระเพื่อม ( ripple) มากขึ้น เราจึงต้องมีวงจรควบคุมแรงดัน เข้ามาใช้งาน

วงจร Regulator

วงจร Regulator แบบง่าย ๆ ที่สุดคือการใช้ ZENER DIODES คำว่า ZENER เป็นชื่อของ นักวิทยาศาสตร์ ที่ชื่อว่า Dr. Clarence Zener

การใช้ ZENER DIODES นั้นมีข้อดีคือสามารถทำได้ง่าย แต่ข้อเสียก็คือ จ่ายกระแสได้ต่ำ ถ้าโหลดสูงมาก ZENER DIODES ก็พัง ถ้าต้องการกระแสที่สูงขึ้นมาอีก ก็จะใช้แบบ IC ตัวอย่าง IC ดังรูป

 

เนื่องจาก IC จ่ายกระแสได้น้อย (แต่มีวงจรป้องกันต่าง ๆ อยู่ในตัว) เราจึงใช้ Power Transistor เป็นตัวขยายกระแสอีกที

สำหรับวิทยุสื่อสารแล้ว คงจะต้องใช้วงจร Regulator ที่สามารถจ่ายกระแสออกมาได้มากกว่านี้ อาจจะใช้ Power Transistor หรือ Power Mosfet

ตัวอย่างจริงใน Power Supply ของ Diamond รุ่น GS-300S ใช้ Power Transistor เบอร์ 2SC3281 จำนวน 4 ตัว สังเกตว่าจะมี ไดโอดตัวเล็ก ๆ ถูกยึดติดกับ แผ่นระบายความร้อน ใกล้ ๆ Power Transistor เพื่อเป็นตัวเซนเซอร์ความร้อน ถ้าความร้อนถึงระดับ จงจรจะสั่งให้พัดลมในเครื่องทำงาน

นอกจากนี้วงจร Power supply สำหรับวิทยุสื่อสารที่ดี ยังต้องมีวงจร ป้องกัน ความเสียหายจากแรงดันสูงเกินกว่าปรกติ ในกรณีที่ Power Transistor เกิดลัดวงจร เนื่องจากจ่ายกระแสเกิน หรือลัดวงจร

จากจรตัวอย่าง ถ้า Power Transistor ลัดวงจร แรงดันไฟออกมาจะสูงกว่า 20 โวลต์ ถ้าไม่มีวงจรป้องกัน วิทยุพังแน่ ๆ ครับ ดังนั้นการเลือกชื้อ Power Supply ควรคำนึงถึงจุดนี้ด้วย

HS8JYX ตั้งอยู่บ้านเลขที่ 99/31 ถ.เจริญสุข ต.ปากน้ำ อ.เมือง จ.กระบี่ 81000