Download - 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
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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
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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
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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
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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
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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
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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:
輸出電壓有效值:
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
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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
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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
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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:
輸出電壓有效值:
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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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。
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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
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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
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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
旗立資訊版權所有
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
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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
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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
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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
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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
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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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
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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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
A15155D 適用 3 - 51
二極體雙準位截波器 -2
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
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A15155D 適用 3 - 52
二極體雙準位截波器 -3
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
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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
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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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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
旗立資訊版權所有
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