• อธิบายขั้นตอนการแปลงไฟ AC เป็น DC ทั้ง 4 ขั้นได้
• บอกหน้าที่ของหม้อแปลง ไดโอดเรียงกระแส ตัวเก็บประจุกรอง และเรกูเลเตอร์ได้
• คำนวณแรงดันระลอก (ripple) และเลือกค่าตัวเก็บประจุกรองได้
• เข้าใจการทำงานของ IC เรกูเลเตอร์ตระกูล 78xx

• Explain the four stages that convert AC to DC
• State the role of the transformer, rectifier, filter capacitor and regulator
• Calculate ripple voltage and choose a filter capacitor value
• Understand how the 78xx-series regulator ICs work

แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น (Linear Power Supply) แปลงไฟบ้าน 220 V AC ให้เป็นไฟ DC เรียบนิ่งที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใช้งานได้ โดยผ่าน 4 ขั้นตอน — รูปคลื่นจะ "เรียบ" ขึ้นเรื่อย ๆ ในแต่ละขั้น

A linear power supply turns 220 V AC mains into the smooth DC that electronics need, through four stages — the waveform gets progressively "smoother" at each step.

หม้อแปลงลดแรงดันไฟบ้าน 220 V AC ลงให้เหลือระดับที่ใช้งานได้ (เช่น 9 V หรือ 12 V AC) และ แยกวงจร (isolation) ออกจากไฟเมน เพื่อความปลอดภัย อัตราส่วนแรงดันเป็นไปตามอัตราส่วนจำนวนรอบขดลวด

The transformer steps 220 V AC mains down to a usable level (e.g. 9 V or 12 V AC) and provides isolation from the mains for safety. The voltage ratio follows the turns ratio.

📘 ทบทวนรายละเอียดหม้อแปลงในบท ตัวเหนี่ยวนำและหม้อแปลง

📘 Review transformer details in the Inductor & Transformer lesson.

ไดโอดยอมให้กระแสไหลทางเดียว จึง "พับ" คลื่น AC ให้เหลือเฉพาะทิศบวก กลายเป็น DC พัลส์ (Pulsating DC)

Diodes conduct in one direction only, "folding" the AC wave into the positive direction to produce pulsating DC.

บริดจ์เต็มคลื่นนิยมที่สุด — ใช้คลื่น AC ครบ 100% และความถี่ระลอก 100 Hz ทำให้กรองง่ายกว่า 📘 ดูวงจรเรียงกระแสในบท ไดโอด

The full-wave bridge is most common — it uses 100% of the AC wave and its 100 Hz ripple is easier to filter. 📘 See rectifier circuits in the Diode lesson.

ต่อตัวเก็บประจุ (มักเป็นอิเล็กโทรไลต์ค่าสูง) ขนานกับโหลด มันจะ ประจุ ขึ้นยอดคลื่นแล้ว คายประจุ เลี้ยงโหลดในช่วงที่แรงดันตก ทำให้แรงดันเรียบขึ้น เหลือเพียง "ระลอก" (Ripple) เล็ก ๆ

A capacitor (usually a large electrolytic) is placed across the load. It charges up to the peak then discharges into the load while the input falls, smoothing the voltage and leaving only a small ripple.

I_load = กระแสโหลด (A)  |  f_r = ความถี่ระลอก (50 Hz ครึ่งคลื่น / 100 Hz เต็มคลื่น)  |  C = ตัวเก็บประจุกรอง (F)

I_load = load current (A)  |  f_r = ripple frequency (50 Hz half-wave / 100 Hz full-wave)  |  C = filter capacitor (F)

ทั้งสองแบบทำงานเหมือนกันคือ แปลงแรงดันที่สูงกว่าให้เหลือแรงดันออกที่นิ่งและคงที่ สิ่งที่ต่างกันคือ "จัดการกับแรงดันส่วนที่เกินมา" อย่างไร:

• เชิงเส้น (Linear) — ทิ้งแรงดันส่วนเกินไปเป็น ความร้อน → ได้ไฟสะอาด แต่สิ้นเปลืองและร้อน
• สวิตชิ่ง (Switching) — สับไฟเปิด-ปิดเร็วมาก จ่ายเท่าที่ต้องการพอดี จึงแทบไม่มีส่วนเกินให้เสีย → ประหยัดและเย็น

Both do the same job — turning a higher voltage into a steady, fixed output — but they differ in how they deal with the leftover voltage:

• Linear — throws the excess away as heat → clean power, but wasteful and hot.
• Switching — switches on/off very fast and delivers only what's needed, so there's almost no excess to waste → efficient and cool.

1. Linear PSU (แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น)

ตัวอย่าง: แหล่งจ่ายไฟห้องแลบแบบดั้งเดิม เช่น UNI-T UTP3315TFL-II

Example: classic bench supplies such as the UNI-T UTP3315TFL-II

4 ขั้นแรกอธิบายละเอียดไว้ในหัวข้อด้านบนแล้ว — จุดสำคัญคือ Linear Regulator เผาแรงดันส่วนเกินทิ้งเป็นความร้อน

The first stages are detailed in the sections above — the key point is that the linear regulator burns the excess voltage off as heat.

ตัวอย่าง: แรงดันหลังกรอง 35 V ต้องการออก 5 V ที่ 1 A
กำลังขาออก P_out = 5 × 1 = 5 W
แต่สูญเสีย Loss = (35 − 5) × 1 = 30 W กลายเป็นความร้อน! → ต้องมีฮีตซิงค์ขนาดใหญ่

Example: 35 V after the filter, output 5 V at 1 A
Output power P_out = 5 × 1 = 5 W
but loss = (35 − 5) × 1 = 30 W of heat! → needs a large heatsink

💡 ประสิทธิภาพของ linear ≈ V_out / V_in ยิ่งแรงดันตกคร่อมมาก ยิ่งสูญเสียมาก (ตัวอย่างนี้ = 5/35 ≈ 14%) งานจริงจึงออกแบบให้ V_in − V_out น้อย ๆ ประสิทธิภาพจึงอยู่ราว 40–60% ตามตารางด้านล่าง

💡 A linear regulator's efficiency ≈ V_out / V_in — the bigger the drop, the more is wasted (this example = 5/35 ≈ 14%). Real designs keep V_in − V_out small, giving the ~40–60% shown in the table below.

2. Switching PSU (SMPS)

ตัวอย่าง: ที่ชาร์จมือถือ, อะแดปเตอร์โน้ตบุ๊ก, PSU คอมพิวเตอร์, Mean Well

Examples: phone chargers, laptop adapters, PC PSUs, Mean Well units

หัวใจคือ MOSFET สับไฟเปิด-ปิดเร็วมาก (เช่น 100,000 ครั้ง/วินาที = 100 kHz ไปจนถึงระดับ MHz) เพราะความถี่สูง หม้อแปลงจึงเล็กลงมาก (50 Hz = ใหญ่, 100 kHz = เล็ก)

The heart is a MOSFET switching on/off very fast (e.g. 100,000×/s = 100 kHz, up to MHz). The high frequency lets the transformer shrink dramatically (50 Hz = big, 100 kHz = tiny).

ควบคุมแรงดันด้วย PWM — ปรับ "ความกว้างพัลส์" (duty) ที่เปิด ยิ่งเปิดนาน แรงดันยิ่งสูง:

Voltage is set by PWM — adjusting the "pulse width" (duty cycle): the longer it's ON, the higher the output:

💡 หมายเหตุ: แบบ offline (ที่ชาร์จมือถือ/PSU คอม) ใช้ หม้อแปลง เพื่อแยกกราวด์จากไฟบ้านให้ปลอดภัย ส่วน DC-DC ที่ไม่แยกกราวด์ (เช่นโมดูล buck/boost LM2596) ใช้แค่ ตัวเหนี่ยวนำ ไม่มีหม้อแปลง

💡 Note: offline supplies (phone chargers, PC PSUs) use a transformer to isolate the output from the mains for safety, while non-isolated DC-DC converters (e.g. buck/boost modules like the LM2596) use just an inductor — no transformer.

💧 เปรียบเทียบง่าย ๆ ด้วย "น้ำ"A simple "water" analogy

ปรับ แบบเรียงกระแส, ตัวเก็บประจุกรอง C, กระแสโหลด และเปิด/ปิด เรกูเลเตอร์ 7805 แล้วดูรูปคลื่นขาออกบนสโคป — สังเกตว่าระลอก (ripple) เล็กลงเมื่อ C มากขึ้น

Adjust the rectifier type, filter capacitor C, load current and toggle the 7805 regulator, then watch the output waveform on the scope — notice the ripple shrink as C grows.