1、第第3章二極體的應用電路章二極體的應用電路3-1二極體整流電路二極體整流電路3-2濾波電路濾波電路3-3倍壓電路倍壓電路3-4截波電路與箝位電路截波電路與箝位電路總目錄總目錄節目錄節目錄3-1二極體整流電路二極體整流電路(1)一個完整的電源供應器應包含變壓器、整流 電路、濾波電路及電壓調整電路。(2)目前電力公司所提供的為頻率60Hz的交流 電。1.電源供應器電源供應器2.半波整流半波整流 (1)整流：將交流電壓轉變為脈動直流電壓。 (2)半波整流：輸出波形為輸入波形的一半。 (3)工作原理 (a)圖在輸入訊號正半週時輸出。 (b)圖在輸入訊號負半週時輸出。節目錄節目錄節目錄節目錄 (4)半波

2、整流後的電壓及其直流值dcmm2m2mrmsmmrmsmrmsrms1VV0.318VVV12VV0.5V242I0.5IPVI (5)漣波頻率=輸入電源頻率 (6)二極體之PIV值負載為R，PIV=Vm負載為C，PIV=2Vm節目錄節目錄3.全波整流全波整流 (1)中間抽頭全波整流 輸入交流電壓不論是正半週或負半週，其 輸出電流均以同一方向流經負載R，而產 生同一極性的電壓輸出。 全波整流所提供的直流值是半波整流的兩 倍。節目錄節目錄節目錄節目錄 全波整流後的電壓及其電流值 漣波頻率=輸入電源頻率的兩倍 二極體的額定峰值逆向電壓（PIV）=2Vm 中間抽頭式全波整流與半波整流相較： A.優點

3、：效率高。 B.缺點：必須採用中間抽頭的變壓器，其 體積大，成本高。dcmmrmsdcmmrms2mdcdcdcmm2L2VV0.636V0.9V2II0.636I0.9VV224PVIVIR節目錄節目錄 (2)橋式整流 橋式整流是全波整流器的一種改良電 路。 工作原理：不論正半週或負半週，在電路 導通時，電流流經電阻器R之方向是一致 的。節目錄節目錄節目錄節目錄 橋式整流後的電壓及其電流值與中間抽頭 全波整流一樣。公式如下： 漣波頻率=輸入電源頻率的兩倍 二極體之PIV值=Vmdcmmdcmm2VV0.636V2II0.636I 橋式整流與中間抽頭全波整流相較： A.優點 (a)不需要使用中

4、間抽頭式變壓器，因之 體積縮小，設計上較簡單，價錢也較 便宜。 (b)每個二極體所需要的逆向峰值電壓 （ PIV ）只是中間抽頭式全波整流的 一半，即PIV=Vm。 B.缺點：必須使用四個二極體。節目錄節目錄節目錄節目錄 (3)半波整流與全波整流電路之比較節目錄節目錄3-2濾波電路濾波電路1.漣波因數與電壓調整漣波因數與電壓調整 (1)濾波電路：將脈動直流電壓濾為一較平穩的 直流電壓。節目錄節目錄 (2)漣波因數 定義(rms)r(rms)dcr(rms)dcVrVV%r%100%r 100%V 漣波電壓漣波因數平均直流電壓漣波 半波整流的漣波百分率r(rms)mdcmV0.385V%r100

5、%100%=121%V0.318V 漣波因數（或漣波百分比）愈小者，濾波性能愈佳。 全波整流的漣波百分率mm0.308V%r100%=48%0.636V節目錄節目錄 (3)電壓調整 定義 如果全負載電壓和無負載電壓的值相 同，則%V.R.=0%，為最佳期望值。NLFLFLNLFLFLVVV.R.VVV%V.R.%100%V無負載電壓全負載電壓電壓調整全負載電壓電壓調整LSSSLSLLSSLREERRR%V.R.100%100%RRERR節目錄節目錄2.電源濾波器的種類電源濾波器的種類 (1)電容濾波器 電容濾波器：濾波器的輸入端為電容器 者。 dcdcr(rms)Ldcdcmr(rms)dcd

6、cdcL2.4I2.4VVCR C4.17IVVCV2.4Ir%100%100%VCV2.4r%100%R C 式中：Idc單位是mA，C是F，Vdc是V， RL是k。 漣波因數是直接隨負載電流而變（Idc上升，r%下降），同時和電容量的大小成反比。節目錄節目錄節目錄節目錄 (2)電阻電容濾波器 RC濾波器：於電容濾波器之後再加一節R 和C組成。 優缺點 A.優點：濾波效果較單一電容濾波器為 佳。 B.缺點：輸出直流電壓降低，且成本較 高。 節目錄節目錄 RC濾波器的直流操作LdcdcLRVVR+R RC濾波器的交流操作C2r(rms)r(rms)22C2XVVR +(X) 節目錄節目錄 選用

7、R、C值時應注意事項 A. R值愈大，漣波電壓降在R的成分愈多使 輸出端漣波電壓減小，其濾波效果愈佳。 B. C2電容量愈大，XC2愈小，依分壓定律， 得知輸出端漣波電壓愈小，其濾波效果 愈佳。 C. 由A、B所述，C1、R、C2數值愈大時， 濾波效果愈佳。 D. 因為 ，所以全波整流比半波整 流有較佳的濾波效果（全波整流之漣波頻 率為半波整流之兩倍，頻率愈高，XC2愈 低，輸出端的漣波電壓也就愈低）。C221X2fC RC濾波器的電壓調整NLFLFLLFLdcdcLVV%V.R.100%VRVVVRR節目錄節目錄節目錄節目錄 (3) 型濾波器 電路：由C1、L、C2組成 型濾波器。 直流操作

8、 交流操作 RL/XC2 XC2 （ RLXC2） 結論 A.電感L愈大，電容C2愈大，濾波效果愈 佳。 B.採用全波整流，可以提高濾波效果。LdcdcLdcdcdcRVVRRVVI R節目錄節目錄節目錄節目錄 (4)電感濾波器 電感濾波器是以電感反抗電流變化的特性 來完成濾波作用。節目錄節目錄 公式mLdcsfLdcmdcLsfL2VRVRRRRV2V1IRRRRR 優缺點 A.優點：適用於重負載。 B.缺點：輸出電壓較電容濾波器低。式中 Rs：電源變壓器次級圈內阻 Rf：二極體順向動態電阻 R ：電感器中的電阻節目錄節目錄3-3倍壓電路倍壓電路1.半波兩倍倍壓器半波兩倍倍壓器 (1)電路結

9、構：兼具整流與濾波的功能。 (2)倍壓電路是一種輕負載、高電壓、低電流的 電源電路。 (3)電源訊號是每一週向C2充電一次，其漣波頻 率等於電源頻率，此為半波工作。 (4)Vo=VC2=2Vm（上負、下正）。 (5)C1之耐壓=Vm，C2之耐壓=2Vm。 (6)每一個二極體之PIV值= 2Vm 。節目錄節目錄節目錄節目錄2.全波兩倍倍壓器全波兩倍倍壓器 (1)電源訊號的正、負半週皆有電流向輸出端的 電容器充電，輸出端漣波頻率為電源頻率之 兩倍，此為全波工作。 (2)Vo=VC1+VC2=2Vm。 (3)C1與C2的耐壓值=Vm。 (4)每一個二極體的PIV值=2Vm。節目錄節目錄3.三倍及四倍

10、倍壓器三倍及四倍倍壓器 (1)半波三倍及四倍倍壓器 此為半倍兩倍倍壓器的推廣形式。 Vo 電容器耐壓：C1=Vm，C2=C3=C4=2Vm。 每一個二極體的PIV值=2Vm。三倍=Vo1=VC1+VC3=Vm+2Vm=3Vm （左正、右負）。四倍=Vo2=VC2+VC4=2Vm+2Vm=4Vm （左正、右負）。節目錄節目錄 (2)全波三倍倍壓器 電路結構：上半部分為正半波二倍壓，下 半部分則為負半波一倍壓，兩者串聯而 成。 Vo=VC2+VC3=2Vm+Vm=3Vm。 電容器耐壓：C1=C3=Vm，C2=2Vm。 每一個二極體的PIV值=2Vm。節目錄節目錄 (3)全波四倍倍壓器 電路結構：上

11、半部分由正半波二倍壓，下 半部分則由負半波二倍壓，兩者串聯而 成。 Vo=VC2+VC4=2Vm+2Vm=4Vm。 電容器耐壓：C1=C3=Vm，C2= C4= 2Vm。 每一個二極體的PIV值=2Vm。節目錄節目錄3-4截波電路與箝位電路截波電路與箝位電路1.截波電路截波電路 (1)功能：用來截掉部分高於或低於某些特定準 位的訊號電壓。 (2)基本元件：二極體與電阻器（直流電池VR）。 (3)依電路結構區分節目錄節目錄 (4)欲繪出截波器之Vi 與Vo 特性曲線，應該把握 下列三個步驟： 判斷直流參考電壓VR 是否與輸入電壓Vi 接 觸，找出轉折點。 A.若有接觸，則轉折點為 （ VR ,

12、0 ） 或 （ +VR , 0 ）。 B.若沒有接觸，則轉折點為 （ +VR , +VR ） 或（ VR , VR ）。 若有輸出波形，斜率 m = 1；若沒有輸出波 形，則斜率 m = 0。 繪出Vi（橫軸）與Vo（縱軸）的特性曲線。節目錄節目錄2.串聯截波器串聯截波器 (1)簡單的串聯截波器 工作原理 當Vi 0時，二極體因逆向偏壓而截 止，Vo=0。 當Vi 0時，二極體因順向偏壓而導 通，Vo=Vi。節目錄節目錄 (2)加偏壓的串聯截波器 工作原理 A.先將Vi 下降VR 值。 B.再取0V以下部分輸出。 此種電路中，與輸入端串接的直流電池， 其功用僅在降低（Vi VAB）或提高（Vi

13、 VAB）輸入電壓的基準電位而已（若Vo 經二極體接觸到VR 的正端，則直流電壓準位為正電壓；又若Vo 接觸到VR 的負端，則直流電壓準位為負電壓）。節目錄節目錄 (3)數種基本串聯截波器節目錄節目錄3.並聯截波器並聯截波器 (1)簡單的並聯截波器 工作原理 當Vi 0時，二極體因順向偏壓而導 通，Vo=0。 當Vi 0時，二極體因逆向偏壓而截 止，Vo=Vi。節目錄節目錄 (2)加偏壓的並聯截波器 工作原理 A.當Vi VR時，二極體因順向偏壓而導 通，Vo= VR 。 B.當Vi VR時，二極體因逆向偏壓而截 止，Vo=Vi。節目錄節目錄 在並聯截波器電路中 A.與輸出端並聯的直流電池VR

14、，其功用是 在決定二極體導通或截止的基準電位。 B.二極體的箭頭方向就是輸出端所保留訊 號的部分。 (A)若箭頭方向朝下（即 ）則基準電位VR 以下的輸入訊號全部可以輸出；而基準 電位VR以上的輸入訊號則全部被截掉。 (B)若箭頭方向朝上（即 ）則基準電位VR 以上的輸入訊號全部可以輸出；而基準 電位VR以下的輸入訊號則全部被截掉。節目錄節目錄 (3)數種基本並聯截波器節目錄節目錄4.雙向截波器雙向截波器 (1)基本雙向截波器 工作原理 當Vi為正半週時，D2 OFF A.當ViV1時，D1 ON，Vo=V1。 當Vi為負半週時，D1 OFF A.當|Vi|V2|時，D2 ON，Vo=V2。節

15、目錄節目錄 (2)數種基本雙向截波器節目錄節目錄5.箝位電路箝位電路 (1)功能：將輸入訊號的位準予以上移或下移， 並不改變輸入訊號的波形。 (2)基本元件：二極體D、電容器C及電阻器R （直流電池VR）。 (3)類別：負箝位器與正箝位器。 (4)注意事項 D均假設為理想，RC的時間常數也足夠 大，不致使輸出波形失真。 任何交流訊號都可以產生箝位作用。節目錄節目錄6.負箝位器負箝位器 (1)簡單型 工作原理 Vi正半週時，D ON，C充電至V值， Vo=0V。 Vi負半週時，D OFF，Vo=2V。節目錄節目錄 工作原理 Vi正半週時，二極體D ON，C被充電至V值（左正、右負），Vo=+V1(a)圖或V1(b)圖。 Vi負半週時，二極體D OFF，RC時間常數足夠大，Vo=VC+Vi（負半週）=2V。 (2)加偏壓型節目錄節目錄 (3)數種負箝位器節目錄節目錄7.正箝位器正箝位器 (1)簡單型 工作原理 Vi負半週時，D ON，C充電至V值（左負、右正），V