Transcript 電子學ch3教案

第
3
章
二極體之應用電路
按一下以編輯母片標題樣式
…………………………………………………………
…
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•
•
3-1
按一下以編輯母片
第二層
3-2
第三層
3-3
第四層
3-4
第五層
3-5
整流電路
濾波電路
倍壓電路
截波電路
箝位電路
1
3-1
整流電路
按一下以編輯母片標題樣式
………………………………………………………………………….…
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•
•
1.電源供應器
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
(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。
節目錄
2
2.半波整流
按一下以編輯母片標題樣式
(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。
按一下以編輯母片
(3)工作原理
 (a)圖在輸入訊號正半週時輸出。
第二層 (b)圖在輸入訊號負半週時輸出。
•
•
• 第三層
• 第四層
• 第五層
節目錄
3
(4)半波整流後的電壓及其直流值
按一下以編輯母片標題樣式
V dc 
•
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1
π
 V m  0.318V m
按一下以編輯母片
V
第二層
V
2
V


2
4
第三層
I
 0.5 I
第四層
P  V I
第五層
2
m
m
rm s
rm s
2

1
2
V m  0.5V m
m
rm s
rm s
節目錄
4
按一下以編輯母片標題樣式
(5)漣波頻率=輸入電源頻率
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按一下以編輯母片
(6)二極體之PIV值
第二層
第三層
第四層
第五層
負載為R，PIV=Vm
負載為C，PIV=2Vm
節目錄
5
3.全波整流
按一下以編輯母片標題樣式
(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
按一下以編輯母片
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。
第二層
 全波整流所提供的直流值是半波整流的兩
第三層倍。
•
•
•
• 第四層
• 第五層
節目錄
6
 全波整流後的電壓及其電流值
按一下以編輯母片標題樣式
2
V dc 
•
•
•
•
•
π
 V m  0.636 V m  0.9 V rm s
按一下以編輯母片
2
I   I  0.636 I  0.9 V
第二層 π
V
2
2
4
第三層P  V  I  V  I  
π
π
R
π
第四層
 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
第五層
dc
m
m
rm s
2
m
dc
dc
dc
m
m
2
L
 中間抽頭式全波整流與半波整流相較：
A.優點：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。
節目錄
7
(2)橋式整流電路
按一下以編輯母片標題樣式
•
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•
•
•
 橋式整流是全波整流器的一種改良電
路。
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
節目錄
8
按一下以編輯母片標題樣式
 工作原理：不論正半週或負半週，在電路
•
•
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•
•
導通時，電流流經電阻器R之方向是一致
的。
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
節目錄
9
 橋式整流後的電壓及其電流值與中間抽頭
按一下以編輯母片標題樣式
全波整流一樣。公式如下：
•
•
•
•
•
2
按一下以編輯母片
V   V  0.636 V
π
第二層 2
I   I  0.636 I
第三層 π
 漣波頻率=輸入電源頻率的兩倍
第四層
 二極體之PIV值=Vm
第五層
dc
dc
m
m
m
m
節目錄
10
按一下以編輯母片標題樣式
 橋式整流與中間抽頭全波整流相較：
A.優點
(a)不需要使用中間抽頭式變壓器，因之
按一下以編輯母片
體積縮小，設計上較簡單，價錢也較
第二層 便宜。
第三層 (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
第四層 一半，即PIV=Vm。
B.缺點：必須使用四個二極體。
•
•
•
•
• 第五層
節目錄
11
(3)半波整流與全波整流電路之比較
按一下以編輯母片標題樣式
•
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•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
節目錄
12
3-2 濾波電路
按一下以編輯母片標題樣式
………………………………………………………………………….…
1.漣波因數與電壓調整
按一下以編輯母片
(1)濾波電路：將脈動直流電壓濾為一較平穩的
第二層
直流電壓。
•
•
• 第三層
• 第四層
• 第五層
節目錄
13
(2)漣波因數
按一下以編輯母片標題樣式
 定義
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r  漣波因數 
漣 波 電 壓 (rm s)

V r(rm s)
平均直流電壓
V
按一下以編輯母片
V
第二層 % r  % 漣 波  V  100%  r  100%
 半波整流的漣波百分率
第三層
V
0.385V
%r 
 100% 
 100% =121%
V
0.318V
第四層
 全波整流的漣波百分率
第五層 % r  0.308V  100% = 48%
dc
r(rm s)
dc
r(rm s)
m
dc
m
m
0.636V m
 漣波因數（或漣波百分比）愈小者，濾
波性能愈佳。
節目錄
14
(3)電壓調整
按一下以編輯母片標題樣式
 定義
電 壓 調 整 V .R . 
•
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•
•
•
無負載電壓－全負載電壓
全負載電壓
按一下以編輯母片 V
% V .R .  % 電 壓 調 整 
第二層
第三層
第四層
第五層
ES  ES 
% V .R . 
ES 
NL
 V FL

V N L  V FL
V FL
 100%
V FL
RL
RS  RL
RL
 100% 
RS
 100%
RL
RS  RL
 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。
節目錄
15
2.電源濾波器的種類
按一下以編輯母片標題樣式
•
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•
(1)電容濾波器
 電容濾波器：濾波器的輸入端為電容器
按一下以編輯母片
者。
第二層
第三層
第四層
第五層
節目錄
16
按一下以編輯母片標題樣式

V r(rm s) 
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2.4 I dc
C
V dc  V m 

2.4 V dc
R LC
4.17 I dc
按一下以編輯母片
C
V
2.4 I
r
%


100%

 100%
第二層
V
CV
第三層 r %  2.4  100%
R C
第四層 式中：I 單位是mA，C是F，V 是V，
dc
dc
RL是k。
第五層
r(rm s)
dc
dc
dc
L
 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
17
(2)電阻電容濾波器
按一下以編輯母片標題樣式
 RC濾波器：於電容濾波器之後再加一節R
和C組成。
按一下以編輯母片
 優缺點
第二層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。
•
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• 第三層
• 第四層
• 第五層
節目錄
18
 RC濾波器的直流操作
按一下以編輯母片標題樣式
V 'dc 
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•
RL
R+R L
 V dc
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
 RC濾波器的交流操作
V ' r(rm s) ≒
X C2
2
R + (X C 2 )
2
 V r(rm s)
節目錄
19
 選用R、C值時應注意事項
按一下以編輯母片標題樣式
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。
按一下以編輯母片
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
第二層 愈佳。
C. 由A、B所述，C1、R、C2數值愈大時，
第三層
濾波效果愈佳。
1
第四層
D. 因為X 
，所以全波整流比半波整
•
•
•
•
2 πfC
• 第五層 流有較佳的濾波效果（全波整流之漣波頻
C2
2
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）。
節目錄
20
按一下以編輯母片標題樣式
 RC濾波器的電壓調整
•
•
•
•
•
V N L  V FL
按一下以編輯母片
V
第二層 V  V '  R
RR
第三層
第四層
第五層
% V .R . 
 100%
FL
 V dc
L
FL
dc
L
節目錄
21
(3) 型濾波器
按一下以編輯母片標題樣式
 電路：由C1、L、C2組成  型濾波器。
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
節目錄
22
 直流操作
按一下以編輯母片標題樣式
V 'dc  V dc 
•
•
•
•
•
RL
R  RL
按一下以編輯母片
V'  V  I R
第二層
 交流操作
RL//XC2≒ XC2 （∵ RL>>XC2）
第三層
 結論
第四層A.電感L愈大，電容C 愈大，濾波效果愈
2
第五層 佳。
dc
dc
dc
B.採用全波整流，可以提高濾波效果。
節目錄
23
(4)電感濾波器
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
 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。
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
節目錄
24
按一下以編輯母片標題樣式
 公式
•
•
•
•
•
V dc 
2 Vm
π

RL
Rs  Rf  R  RL
按一下以編輯母片
V
2V
1
I 


R
π
R R R R
第二層
第三層 式中 Rs：電源變壓器次級圈內阻
Rf：二極體順向動態電阻
第四層
R ：電感器中的電阻
第五層
 優缺點
dc
m
dc
L
s
f
L
A.優點：適用於重負載。
B.缺點：輸出電壓較電容濾波器低。
節目錄
25
3-3
倍壓電路
按一下以編輯母片標題樣式
………………………………………………………………………….…
1.半波兩倍倍壓器
按一下以編輯母片
(1)電路結構：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
第二層
電源電路。
•
•
• 第三層
• 第四層
• 第五層
節目錄
26
按一下以編輯母片標題樣式
(3)電源訊號是每一週向C 充電一次，其漣波頻
2
率等於電源頻率，此為半波工作。
(4)Vo=VC2=－2Vm（上負、下正）。
按一下以編輯母片
(5)C1之耐壓=Vm，C2之耐壓=2Vm。
第二層
(6)每一個二極體之PIV值= 2Vm 。
•
•
• 第三層
• 第四層
• 第五層
節目錄
27
2.全波兩倍倍壓器
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
(1)電源訊號的正、負半週皆有電流向輸出端的
第五層
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
28
3.三倍及四倍倍壓器
按一下以編輯母片標題樣式
(1)半波三倍及四倍倍壓器
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
 此為半倍兩倍倍壓器的推廣形式。
第五層
三倍=Vo1=VC1+VC3=Vm+2Vm=3Vm
 Vo
（左正、右負）。
四倍=Vo2=VC2+VC4=2Vm+2Vm=4Vm
（左正、右負）。
 電容器耐壓：C1=Vm，C2=C3=C4=2Vm。
 每一個二極體的PIV值=2Vm。
節目錄
29
(2)全波三倍倍壓器
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
 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
30
(3)全波四倍倍壓器
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
 電路結構：上半部分由正半波二倍壓，下
第五層
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
31
3-4 截波電路
按一下以編輯母片標題樣式
………………………………………………………………………….…
1.截波電路
按一下以編輯母片
(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。
第二層
(2)基本元件：二極體與電阻器（直流電池VR）。
第三層
(3)依電路結構區分
•
•
•
• 第四層
• 第五層
節目錄
32
(4)欲繪出截波器之V 與V 特性曲線，應該把握
按一下以編輯母片標題樣式
i
•
•
•
•
•
o
下列三個步驟：
 判斷直流參考電壓VR 是否與輸入電壓Vi 接
按一下以編輯母片
觸，找出轉折點。
第二層
A.若有接觸，則轉折點為 （ － VR , 0 ） 或
（ +VR , 0 ）。
第三層
B.若沒有接觸，則轉折點為 （ +VR , +VR ）
第四層
或（ －VR , －VR ）。
第五層
 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
33
2.串聯截波器
按一下以編輯母片標題樣式
(1)簡單的串聯截波器
工作原理
按一下以編輯母片
當Vi > 0時，二極體因逆向偏壓而截
第二層止，Vo=0。
當Vi  0時，二極體因順向偏壓而導
第三層
通，Vo=Vi。
•
•
•
• 第四層
• 第五層
節目錄
34
(2)加偏壓的串聯截波器
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
 工作原理
A.先將Vi 下降VR 值。
第四層
B.再取0V以下部分輸出。
第五層
 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
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
35
(3)數種基本串聯截波器
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
節目錄
36
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
節目錄
37
3.並聯截波器
按一下以編輯母片標題樣式
(1)簡單的並聯截波器
工作原理
按一下以編輯母片
當Vi  0時，二極體因順向偏壓而導
第二層通，Vo=0。
當Vi < 0時，二極體因逆向偏壓而截
第三層
止，Vo=Vi。
•
•
•
• 第四層
• 第五層
節目錄
38
(2)加偏壓的並聯截波器
按一下以編輯母片標題樣式
工作原理
A.當Vi  VR時，二極體因順向偏壓而導
按一下以編輯母片
通，Vo= VR 。
第二層
B.當Vi < VR時，二極體因逆向偏壓而截
第三層 止，Vo=Vi。
•
•
•
• 第四層
• 第五層
節目錄
39
 在並聯截波器電路中
按一下以編輯母片標題樣式
A.與輸出端並聯的直流電池VR，其功用是
在決定二極體導通或截止的基準電位。
按一下以編輯母片
B.二極體的箭頭方向就是輸出端所保留訊
第二層
號的部分。
(A)若箭頭方向朝下（即 ）則基準電位VR
第三層
•
•
•
• 第四層 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。
• 第五層
(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
40
按一下以編輯母片標題樣式
(3)數種基本並聯截波器
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
節目錄
41
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
節目錄
42
4.雙向截波器
(1)基本雙向截波器
按一下以編輯母片標題樣式
工作原理
當Vi為正半週時，D2 OFF
按一下以編輯母片
A.當Vi<V1時，D1 OFF，Vo=Vi。
第二層B.當Vi>V1時，D1 ON，Vo=V1。
當Vi為負半週時，D1 OFF
第三層
A.當|Vi|<|V2|時，D2 OFF，Vo=Vi。
第四層B.當|V |>|V |時，D ON，V =V 。
i
2
2
o
2
•
•
•
•
• 第五層
節目錄
43
(2)數種基本雙向截波器
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
節目錄
44
3-5
箝位電路
按一下以編輯母片標題樣式
………………………………………………………………………….…
•
•
•
•
•
1.箝位電路
按一下以編輯母片
(1)功能：將輸入訊號的位準予以上移或下移，
第二層
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
第三層
（直流電池VR）。
第四層
(3)類別：負箝位器與正箝位器。
第五層
(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
45
2.負箝位器
按一下以編輯母片標題樣式
(1)簡單型
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
工作原理
第五層
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
46
按一下以編輯母片標題樣式
(2)加偏壓型
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
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(如圖3-48) 或－V1 (如圖3-47) 。
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。 節目錄
47
(3)數種負箝位器
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
節目錄
48
3.正箝位器
按一下以編輯母片標題樣式
(1)簡單型
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
工作原理
第四層
Vi負半週時，D ON，C充電至V值（左負、
第五層
右正），Vo=0V。
Vi正半週時，D OFF，Vo=VC+Vi（正半週）
=2V。
節目錄
49
(2)加偏壓型
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
判斷輸出波形的簡易方法
由參考電壓V1決定輸出波形於坐標軸上的
參考點。
節目錄
50
按一下以編輯母片標題樣式
由二極體D的方向決定原來的波形往何方
•
•
•
•
•
向移動，若二極體的方向為 ，則波形必
按一下以編輯母片
須向上移動；若二極體的方向為 ，則波
第二層
形必須往下移動。
第三層
決定參考點與方向後，再以參考點為基
第四層
準，將原來的波形畫於輸出坐標軸上，即
為我們所求。
第五層
節目錄
51
按一下以編輯母片標題樣式
(3)數種正箝位器
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
節目錄
52
按一下以編輯母片標題樣式
4.截波電路與箝位電路之比較
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