直流電源供應器

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A15155D 適用 3 - 1

直流電源供應器

▲ 圖 3-1 直流電源供應器方塊圖

交流電壓輸

入

直流電壓輸

出

變壓器

將交流電壓降壓或升壓成適當大小

將交流電壓轉換成脈動直流電壓

去除脈動直流電壓中部平穩的波動

使輸出維持穩定電壓


A15155D 適用 3 - 2

半波整流電路

由於二極體具有單向導通（順向導通、逆向截止）的特性，使得輸出信號波形只有原來輸入信號波形的一半週期，所以稱為半波整流。

▲ 圖 3-2 半波整流電器

LR

D

0

iv

t iv

ovT T2

0

ov

tT T2


A15155D 適用 3 - 3

半波整流電路的工作原理

▲ 圖 3-3 正半波整流電路的作用過程

(a) 正半週

(b) 負半週

LR

）（順偏導通 onD

0

iv

t iv

ov

2

T0

ov

tL

i

R

vi

2

T

LR

）（逆偏截止 offD

0

iv

t iv

0ov

2

T0

ov

t

0i 2

T TT


A15155D 適用 3 - 4

半波整流電路的輸出特性

輸出波形與頻率：輸出頻率 fo 等於輸入信號的頻率 fi。輸出電壓平均值：

輸出電壓有效值：

逆向峰值電壓：▲ 圖 3-5 半波整流輸出電壓的平均值

0

ov

tT

mV

mV

2

T

avV

此面積與輸出波形涵蓋面積相等m

mav V

VV 318.0

mm

rmseff VV

VV 5.02

mVPIV


A15155D 適用 3 - 5

LR

0

iv

t iv

ovT

2

T0

ov

t

2D

1D

T

2

T

中央抽頭式整流電路在次級線圈的中間，拉出一個連接端點，通常會將該點接地，其目的是使次級線圈可以產生大小相同、相位相反的波形，並使得二極體 D1、 D2 輪流工作。

▲ 圖 3-7 中央抽頭式整流電路


A15155D 適用 3 - 6

中央抽頭式整流電路的工作原理

▲ 圖 3-8 中央抽頭式整流電路的作用過程

(a) 正半週

(b) 負半週

LR

0

iv

t iv

2

T0

ov

t

）（逆偏截止 off2D

2

T

mV

0i

）（順偏導通 on1D

mV

i

ov

mV

LR

0

iv

t iv

2

T0

ov

t

）（on2順偏導通D

2

T

mV

0i

）（off1逆偏截止D

mV

i

ov

T T

mV


A15155D 適用 3 - 7

中央抽頭式整流電路的輸出特性輸出波形與頻率：

輸出電壓平均值：


逆向峰值電壓：▲ 圖 3-9 全波整流輸出電壓的平均值

0

ov

tT

mV

mV2

2

T

avV

此面積與輸出波形涵蓋面積相等

io ff 2

mm

av VV

V 636.02

mm

rmseff VV

VV 707.02

mVPIV 2


A15155D 適用 3 - 8

橋式整流電路

線圈的兩端連接四個二極體，每個二極體的連接方式兩兩相反，使得橋式整流電路在工作時，同時有兩個二極體導通、兩個截止。

▲ 圖 3-10 橋式整流電路

0

iv

t iv

T

2

T0

ov

t

2

T

ov

LR3D

1D

4D

2D

T


A15155D 適用 3 - 9

橋式整流電路的工作原理

▲ 圖 3-11 橋式整流電路的作用過程

(a) 正半週

(b) 負半週

0

iv

t iv

2

T0

ov

t

2

TmVLR

）（off2D

）（on3D

）（on1D

）（off4D

ov mV

0

iv

t iv

T

2

T0

ov

t

2

TmVLR

）（on2D

）（off3D

）（off1D

）（on4D

ov T

mV


A15155D 適用 3 - 10

橋式整流電路的輸出特性

輸出波形與頻率：

輸出電壓平均值：


逆向峰值電壓：

io ff 2

mm

av VV

V 636.02

mm

rmseff VV

VV 707.02

mVPIV （與中央抽頭式不同）


A15155D 適用 3 - 11

半波整流與全波整流電路的比較▼ 表 3-1 半波整流與全波整流電路的性質比較

全波整流半波整流

中央抽頭式橋式

變壓器無中央抽頭有中央抽頭式無中央抽頭

二極體數目 1 2 4

輸出波形

脈動直流頻率 io ff io ff 2 io ff 2

輸出峰值電壓與

次級線圈峰值電壓 mm VV 2 mm VV 22

1 mm VV 2

輸出電壓平均值 avV mV318.0 mV636.0 mV636.0

輸出電壓有效值 effV mV5.0 mV707.0 mV707.0

二極體 PIV值 mV mV2 mV


A15155D 適用 3 - 12

濾波電路

交流電壓經過整流電路後，須再經過濾波電路去除直流脈動電壓中不平穩的成份之後，才能產生適合電子裝置使用的直流電壓。

▲ 圖 3-12 濾波電路的作用

iv ov0

iv

t 0

ov

t


A15155D 適用 3 - 13

漣波輸出信號中不穩定的成分稱為漣波。

漣波因數：

▲ 圖 3-13 濾波電路的輸出波形

t

ov

t

dcV

ov

0

0

dcor Vvv

直流成分

交流成分

dcV

0

ov

tdcV

)( PPrv

dc

rmsr

V

Vr )(

%100% )( dc

rmsr

V

Vr


A15155D 適用 3 - 14

電容濾波器

▲ 圖 3-14 電容濾波器 ▲ 圖 3-15 半波整流電容濾波電器

iv C LR ov

電容濾波器

整流電路 iv

D

C LR ov

半波整流電路電容濾波器負載


A15155D 適用 3 - 15

電容濾波器工作原理

▲ 圖 3-16 電容濾波器的工作原理

(a) 過程 1

(c) 過程 3

(b) 過程 2

C

0

iv

tiv

ov

0 t

mV mV

1T

順偏短路D

Cv LR

電容充電Co vv ,

1T

C

0

iv

tiv

ov

0

Co vv ,

t

mV mV2T

逆偏斷路D

Cv LR

電容放電

2T

C

0

iv

tiv

ov

0

Co vv ,

t

mV mV3T

Cv LR

電容充電

3T

順偏短路D


A15155D 適用 3 - 16

不同電容濾波器輸出的漣波比較濾波電路之漣波百分率 r% 的大小，將隨值增加而減少。

CRL

0

ov

t

maxV

minV電壓變動較大

放電較快

0

ov

t

maxV

minV 電壓變動較小

放電較慢

▲ 圖 3-18 不同電容濾波器輸出的漣波比較


A15155D 適用 3 - 17

全波整流電路之電容濾波

過程

○3

mViv

1I

0

ov

t

2D

1D

ov

mV

LR

C

2I

mV 3I

電容充電

mV

電容放電

電容充電

過程

○1

過程

○2

○2○1

○3


A15155D 適用 3 - 18

半波整流器之二極體 PIV值

LR

0

iv

t

ovmV

mV

D（逆偏截止）

mV

mV

LR

0

iv

t

ovmV

C

mV

mV2

D（逆偏截止）順偏時充電至 V m

mV

mV

(a) 未加電容濾波器（　　　　）

(b) 加上電容濾波器 ( 　　 )

mVPIV

mVPIV 2


A15155D 適用 3 - 19

RC 濾波器

▲ 圖 3-19 RC濾波器

▲ 圖 3-20 RC濾波器的等效電路圖示

2CX dcV

R

dcV

Z

LR

（直流分析的等效電路）

2CX rv

R

rv LR

（交流分析的等效電路）

經電容濾波器後的輸出波形

rdc vVv

t

dcV

dcV

t

rv

t

0

0

0

iv 1C LR ov整流電路 2C

濾波器RC

R


A15155D 適用 3 - 20

型濾波器

▲ 圖 3-21 型濾波器

▲ 圖 3-22 型濾波器的等效電路圖示

iv 1C LR ov整流電路 2C

型濾波器

L

2CX dcV dcV

Z

LR

（直流分析的等效電路）

2CX rvrv LR

（交流分析的等效電路）

經電容濾波器後的輸出波形

rdc vVv

t

dcV

dcV

t

rv

t

LX

0LX

不考慮線圈導線的電阻

0

0

0


A15155D 適用 3 - 21

電感輸入型濾波器

電感濾波器

▲圖 3-23 電感濾波器

LC濾波器

▲圖 3-24 LC濾波器

iv LR ov整流電路

電感濾波器

L

iv LR ov整流電路

C

濾波器LC

L


A15155D 適用 3 - 22

半波二倍倍壓器正半週： D1 順向偏壓導通， C1 充電至電壓 Vm。

負半週： D2 順向偏壓導通， C2 充電至電壓 2Vm。

▲ 圖 3-26 半波二倍倍壓器的工作原理

(a) 正半週 (b) 負半週

1C

2C1D ov

0

mV

0

2D 1C

2C

2D

mo Vv 2

0mV

mV2

0

mV

1D


A15155D 適用 3 - 23

全波二倍倍壓器正半週： D1 順向偏壓導通， C1 充電至電壓 Vm。

負半週： D2 順向偏壓導通， C2 充電至電壓 Vm。

▲ 圖 3-28 全波二倍倍壓器的工作原理(a) 正半週 (b) 負半週

1C

2C

1D

mV

mV

0

2D

1C

2C

mo Vv 2mV

mV

mV

2D

0

1D


A15155D 適用 3 - 24

三倍與四倍倍壓器第一個正半週： D1 順偏導通， C1 充電至 Vm 。

第一個負半週： D2 順偏導通， C2 充電至 2Vm 。

第二個正半週： D1 、 D3 順偏導通， C3 充電至 2Vm 。

第二個負半週： D2 、 D4 順偏導通， C4 充電至 2Vm 。

▲ 圖 3-29 三倍與四倍倍壓器

1C

1Div mV

mV

3C

mV2

2C 4C

2D 3D 4D

mo Vv 3

mo Vv 4mV2

mV2


A15155D 適用 3 - 25

0

iv

t 0

ov

t

截波電路

iv

▲ 圖 3-30 截波電路的作用

R

D

0

iv

t iv

ovT T2

0

ov

t

T T2

截去負半週的波形

▲ 圖 3-31 半波整流器為一簡單的截波電路

ov


A15155D 適用 3 - 26

串聯式上截波器 -1

t0

mV

mV mV

ov

0R

D

iv

ov

iv

t

▲ 圖 3-33 串聯式上截波器

二極體的方向指向電壓輸入端。


A15155D 適用 3 - 27

串聯式上截波器 -2ov

iv

iv

t

mVmV 0

mV mV

mV

t

ov

0

▲ 圖 3-34 串聯式上截波器的轉換曲線oivv


A15155D 適用 3 - 28

串聯式下截波器 -1

iv

t0

mV

mV

ov

0

D

iv

ov

mV

R t

▲圖 3-35 串聯式下截波器


A15155D 適用 3 - 29

串聯式下截波器 -2

▲ 圖 3-36 串聯式下截波器的轉換曲線oivv

ov

iv

t

mV0

mV mV

mV

t

ov

mV

0iv


A15155D 適用 3 - 30

外加正偏壓之串聯式上截波器 -1

iv

0

mV

mV

0

1V

Riv ov

D1V

0

mV

mV

iv

1VVm

ov

t

1Vvi

波形截掉上方部位，且直流準位提高 1V

t t

1V

▲ 圖 3-37 外加正偏壓之串聯式上截波器


A15155D 適用 3 - 31

外加正偏壓之串聯式上截波器 -2ov

iv

t

mV0

mV mV

1V

t

ov

mV

0

1V

1VVm

iv1V

▲ 圖 3-38 外加正偏壓之串聯式上截波器的轉換曲線oivv


A15155D 適用 3 - 32

外加負偏壓之串聯式上截波器 -1

iv

0

mV

mV

0

1V

Riv ov

D1V

0

mV

mV

iv

1VVm

ov

1Vvi

波形截掉上方部位，且直流準位下降 1V

t

t

t

1V

▲ 圖 3-39 外加負偏壓之串聯式上截波器


A15155D 適用 3 - 33

外加負偏壓之串聯式上截波器 -2ov

iv

t

mV0

mV mV

1Vt

ov

mV

0

1V

1VVm

iv1V

▲ 圖 3-40 外加負偏壓之串聯式上截波器的轉換曲線oivv


A15155D 適用 3 - 34

外加正偏壓之串聯式下截波器 -1

iv

0

mV

mV

0

1V

Riv ov

D1V

0

mV

mV

iv

1VVm ov

t

1Vvi

波形截掉下方部位，且直流準位提高 1V

t t

1V

▲ 圖 3-41 外加正偏壓之串聯式下截波器


A15155D 適用 3 - 35

外加正偏壓之串聯式下截波器 -2

ov

iv

iv

t

mV0

mV mV

1V

t

ov

mV

0

1VVm

1V

1V

▲ 圖 3-42 外加正偏壓之串聯式下截波器的轉換曲線oivv


A15155D 適用 3 - 36

外加負偏壓之串聯式下截波器 -1

iv

0

mV

mV

0

1V

Riv ov

D1V

0

mV

mV

iv

ov

t

1Vvi

波形截掉下方部位，且直流準位下降 1V

1VVm t t

1V

▲ 圖 3-43 外加負偏壓之串聯式下截波器


A15155D 適用 3 - 37

外加負偏壓之串聯式下截波器 -2

ov

iv

t

mV0

mV mV

1Vt

ov

mV

0

1VVm

1V

iv1V

▲ 圖 3-44 外加負偏壓之串聯式下截波器的轉換曲線oivv


A15155D 適用 3 - 38

並聯式上截波器 -1

▲ 圖 3-46 並聯式上截波器

iv

0

mV

mV

0

iv

ov

R

D

ov

mV

t t


A15155D 適用 3 - 39

並聯式上截波器 -2

ov

iv

iv

t

mVmV 0

mV mV

mV

t

ov

0

▲ 圖 3-47 並聯式上截波器的轉換曲線oivv


A15155D 適用 3 - 40

並聯式下截波器 -1

iv

0

mV

mV

0

iv

ov

R

D

ov

mV

t t

▲圖 3-48 並聯式下截波器


A15155D 適用 3 - 41

並聯式下截波器 -2

ov

iv

iv

t

0

mV mV

mV

t

ov

mV

0

mV

▲ 圖 3-49 並聯式下截波器的轉換曲線oivv


A15155D 適用 3 - 42

外加正偏壓之並聯式上截波器 -1

iv

0

mV

mV

R

iv ovD

1V

mV

ov

的上方部位波形截掉 1V

t0t1V

▲ 圖 3-50 外加正偏壓之並聯式上截波器


A15155D 適用 3 - 43

外加正偏壓之並聯式上截波器 -2

ov

iv

iv

t

mVmV0

mV mV

mV

t

ov

0

1V

1V

1V

1V

▲ 圖 3-51 外加正偏壓之並聯式上截波器的轉換曲線oivv


A15155D 適用 3 - 44

外加負偏壓之並聯式上截波器 -1

iv

0

mV

mV

1V

R

iv ovD

1V

mV

ov

的上方部位波形截掉 1V

t0t

▲ 圖 3-52 外加負偏壓之並聯式上截波器


A15155D 適用 3 - 45

外加負偏壓之並聯式上截波器 -2

ov

iv

iv

t

mVmV0

mV mV

mV

t

ov

0

1V1V

1V

1V

▲ 圖 3-53 外加負偏壓之並聯式上截波器的轉換曲線oivv


A15155D 適用 3 - 46

外加正偏壓之並聯式下截波器 -1

iv

0

mV

mV

mV

R

iv ovD

1V

ov

的下方部位波形截掉 1V

t01V

t

▲ 圖 3-54 外加正偏壓之並聯式下截波器


A15155D 適用 3 - 47

外加正偏壓之並聯式下截波器 -2

ov

iv

iv

t

mVmV0

mV mV

t

ov

0

1V1V

mV

1V

1V

▲ 圖 3-55 外加正偏壓之並聯式下截波器的轉換曲線oivv


A15155D 適用 3 - 48

外加負偏壓之並聯式下截波器 -1

iv

0

mV

mV

1V

R

iv ov

mV

ov

的下方部位波形截掉 1V

t0D

1V

t

▲ 圖 3-56 外加負偏壓之並聯式下截波器


A15155D 適用 3 - 49

外加負偏壓之並聯式下截波器 -2ov

iv

iv

t

mVmV0

mV

mV

t

ov

0

1V

1V

mV

1V

1V

▲ 圖 3-57 外加負偏壓之並聯式下截波器的轉換曲線oivv


A15155D 適用 3 - 50

二極體雙準位截波器 -1

iv

0

mV

mV

2V

R

iv ov1D

1V

1V

ov

t02D

2Vt

▲ 圖 3-58 二極體雙準位截波器


A15155D 適用 3 - 51


ov

iv

iv

t

mVmV

mV mV

1V

t

ov

0

1V

2V

2V

1V

2V0

▲ 圖 3-59 二極體雙準位截波器的轉換曲線oivv


A15155D 適用 3 - 52


偏壓情況轉換曲線oi vv 輸出波形

同為正偏壓與 21 VV

o v

i v m V

m V

1 V 2 V

0

1V

t

ov

2V

同為負偏壓與 21 VV

ov

ivmVmV

1V2V

01V

t

ov

2V

▼ 表 3-2 二極體雙準位截波器在不同偏壓情況下的轉換曲線與輸出波形


A15155D 適用 3 - 53

稽納二極體截波器 -1

iv

0

mV

mV

1ZV

R

iv ov2ZV

ov

t01ZD 1ZV

2ZD 2ZVt

▲ 圖 3-60 稽納二極體截波器


A15155D 適用 3 - 54

稽納二極體截波器 -2

1ZV

ov

iv

iv

t

mVmV0

mV mV

2ZVt

ov

2ZV

1ZV

1ZV

2ZV0

▲ 圖 3-61 稽納二極體截波器的轉換曲線oivv


A15155D 適用 3 - 55

箝位電路

0

iv

t 0

ov

tdcV

iv ov

0

iv

t 0

ov

t

dcViv ov

(a) 正箝位器

(b) 負箝位器

▲ 圖 3-62 箝位作用


A15155D 適用 3 - 56

未加偏壓的正箝位器

iv R

ov

mV

C

D

ov

mV

t0t

iv

0

mV

mV

mV2

T T2 T T2

▲ 圖 3-63 未加偏壓之正箝位器


A15155D 適用 3 - 57

正箝位器的作用過程

▲ 圖 3-64 正箝位器的作用過程

(a) 負半週輸入 (b) 正半週輸入

R 0ov

mV

R mo Vv 2

C

onD

mV

mV

放電甚緩 off

D

mV

C


A15155D 適用 3 - 58

外加正偏壓之正箝位器

iv R

ov

1VVm

CD

1V

ov

12 VVm

1V0 tt

iv

0

mV

mV

T T2

1VVm

T T2

▲ 圖 3-66 外加正偏壓之正箝位器


A15155D 適用 3 - 59

外加負偏壓之正箝位器

ov

12 VVm

1VVm

0 t1V

t

iv

0

mV

mV

iv R

ov

1VVm

CD

1V

T T2 T T2

▲ 圖 3-67 外加負偏壓之正箝位器


A15155D 適用 3 - 60

未加偏壓的負箝位器

iv R

ov

mV

C

D

ov

mV2

mV

t0t

iv

0

mV

mV

T T2T T2

▲ 圖 3-68 未加偏壓之負箝位器


A15155D 適用 3 - 61

負箝位器的作用過程

R 0ov

m

V R mo Vv 2

mV

C

mV

onD

offD

放電甚緩

mV

C

(a) 正半週輸入 (b) 負半週輸入

▲ 圖 3-69 負箝位器的作用過程


A15155D 適用 3 - 62

外加正偏壓之負箝位器

iv R

ov

C

1VVm ov

12 VVm

1VVm

0 tt

iv

0

mV

mV

T T2

D

T T2

1V

1V

▲ 圖 3-70 外加正偏壓之負箝位器


A15155D 適用 3 - 63

外加負偏壓之負箝位器

ov

12 VVm

1VVm

1V0 tT T2t

iv

0

mV

mV

T T2 iv R

ov

C

1VVm

D

1V

▲ 圖 3-71 外加負偏壓之負箝位器

直流電源供應器

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