3-1 整流電路 3-2 濾波電路 3-3 倍壓電路 3-4 截波電路 3-5 箝位電路 第三章 二極體之應用電路 3-1 整流電路 3-2 濾波電路 3-3 倍壓電路 3-4 截波電路 3-5 箝位電路

參考資料網址 全波整流（台師大物理教學示範實驗室）： http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/viewtopic.php?topic=17989 電容濾波器（台師大物理示範實驗室）： http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/viewtopic.php?topic=24249 雙準位截波器（台師大物理示範實驗室）： http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/viewtopic.php?topic=8378

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 變壓器 直流電壓輸出 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不平穩的波動 使輸出維持穩定電壓 ▲圖3-1 直流電源供應器方塊圖

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 半波整流電路

半波整流電路的工作原理 (a) 正半週 (b) 負半週 ▲圖3-3 正半波整流電路的作用過程

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： 公式3-1-1 輸出電壓有效值： (半波整流) 公式3-1-2 逆向峰值電壓： ▲圖3-5 半波整流輸出 　　　 電壓的平均值 (半波整流) 公式3-1-3

全波整流電路 全波整流電路能使負載上的電流，無論輸入在正或負半週時均有電流通過且維持同一方向，以大幅提高電源的效率；它能提供的平均值是半波整流電路的兩倍，圖3-6所示即為交流電壓經過全波整流後的輸出波形。全波整流電路依其結構的不同，可分為中間抽頭式整流電路和橋式整流電路兩種。 vi vo ▲圖3-6 全波整流電路的輸出入波形

中間抽頭式整流電路 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 中間抽頭式整流電路

中間抽頭式整流電路的工作原理 (a) 正半週 (b) 負半週 ▲圖3-8 中間抽頭式整流電路的作用過程

中間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： 公式3-1-4 公式3-1-5 ▲圖3-9 全波整流輸出 　　　 電壓的平均值 公式3-1-6

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

橋式整流電路的工作原理 (a) 正半週 (b) 負半週 ▲圖3-11 橋式整流電路的作用過程

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： （橋式整流） 公式3-1-7 公式3-1-8 逆向峰值電壓：　　　　 （橋式整流） 公式3-1-7 公式3-1-8 公式3-1-9

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 半波整流 全波整流 中間抽頭式 橋式 變壓器 無中間抽頭 ▼表3-1 半波整流與全波整流電路的性質比較 半波整流 全波整流 中間抽頭式 橋式 變壓器 無中間抽頭 有中間抽頭 二極體數目 1 2 4 輸出波形 脈動直流頻率 輸出峰值電壓與 次級線圈峰值電壓 輸出電壓平均值Vav 0.318Vm 0.636Vm 輸出電壓有效值Veff 0.5Vm 0.707Vm 二極體PIV值 Vm 2Vm

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。 vi vo ▲圖3-12 濾波電路的作用

漣波 輸出信號中不穩定的成分稱為漣波。 漣波因數： 公式3-2-1 公式3-2-2 ▲圖3-13 濾波電路的輸出波形

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路

電容濾波器工作原理 (a) 過程1 (b) 過程2 (c) 過程3 ▲圖3-16 電容濾波器的工作原理

負載為無限大時的濾波輸出 假設一理想狀況，電阻RL為無限大（即未加負載），則vo將在一短暫時間後就維持固定不變，此時的漣波百分率r% = 0。 ▲圖3-17 RL為無限大時的濾波輸出

不同電容濾波器輸出的漣波比較 RLC乘積值愈小，漣波變化較大；RLC乘積值愈大，漣波變化較小。 ▲圖3-18 不同電容濾波器輸出的漣波比較 (a) 高漣波（RLC較小） (b) 低漣波（RLC較大） ▲圖3-18 不同電容濾波器輸出的漣波比較

漣波百分率r% (1) 漣波有效值： 公式3-2-3 ▲圖3-19 漣波近似成鋸齒波

漣波百分率r% (2) 假設電源頻率為60Hz 半波： （其中RL單位 ，C單位 ） 全波： （其中RL單位 ，C單位 ） 半波： 全波： 公式3-2-4 半波： 全波： 公式3-2-5

全波整流電路之電容濾波 v t V 過程 (1) 過程 (2) D + - R C 電容充電 電容放電 (3) I (3) o m i 2 o v t m V 　過程 (1) 過程 (2) i 2 D 1 + - L R C 電容充電 電容放電 (3) I 3 (3)

半波整流器之二極體PIV值 (a) 未加電容濾波器 (b) 加上電容濾波器

RC 濾波器 ▲圖3-20 RC濾波器 ▲圖3-21 RC濾波器的等效電路圖示

π型濾波器 ▲圖3-22 π型濾波器 ▲圖3-23 π型濾波器的等效電路圖示

電感輸入型濾波器 電感濾波器 LC濾波器 ▲圖3-24 電感濾波器 ▲圖3-25 LC濾波器

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。 (a) 正半週 (b) 負半週 ▲圖3-27 半波二倍倍壓器的工作原理

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。 (a) 正半週 (b) 負半週 ▲圖3-29 全波二倍倍壓器的工作原理

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3-30 三倍與四倍倍壓器

串聯式截波器 輸出端與二極體為串聯的形式，故電路在二極體順偏導通時，輸出端才有輸出信號波形。 ▲圖3-32 串聯式截波器 陽極（A）指向輸出正端 上截波 陰極（K）指向輸出正端 下截波 (a) 上截波器 (b) 下截波器 ▲圖3-32 串聯式截波器

未加偏壓之串聯式上截波器 (1) 二極體的方向指向電壓輸入端。 ▲圖3-33 未加偏壓之串聯式上截波器

▲圖3-34 未加偏壓之串聯式上截波器的 vi - vo 轉換曲線 串聯式上截波器 (2) vi > 0時 vo = 0 vi < 0時 vo = vi ▲圖3-34 未加偏壓之串聯式上截波器的 vi - vo 轉換曲線

外加正偏壓之串聯式上截波器 (1) 正偏壓 上截波 ▲圖3-36 外加正偏壓之串聯式上截波器

▲圖3-37 外加正偏壓之串聯式上截波器的 vi - vo 轉換曲線 外加正偏壓之串聯式上截波器 (2) vi > -V1時 vo = 0 vi < -V1時 vo = vi + V1 ▲圖3-37 外加正偏壓之串聯式上截波器的 vi - vo 轉換曲線

外加負偏壓之串聯式上截波器 (1) 負偏壓 上截波 ▲圖3-38 外加負偏壓之串聯式上截波器

▲圖3-39 外加負偏壓之串聯式上截波器的 vi - vo 轉換曲線 外加負偏壓之串聯式上截波器 (2) vi > V1時 vo = 0 vi < V1時 vo = vi - V1 ▲圖3-39 外加負偏壓之串聯式上截波器的 vi - vo 轉換曲線

並聯式截波器 輸出端與二極體為並聯的形式，故電路在二極體逆偏截止時，輸出端才有輸出信號波形（註：順偏時的輸出為直流偏壓準位）。 陽極（A）指向輸出正端 上截波 陰極（K）指向輸出正端 下截波 (a) 上截波器 (b) 下截波器 ▲圖3-40 並聯式截波器

未加偏壓之並聯式上截波器 (1) ▲圖3-41 未加偏壓之並聯式上截波器

▲圖3-42 未加偏壓之並聯式上截波器的 vi - vo 轉換曲線 未加偏壓之並聯式上截波器 (2) vi > 0時 vo = 0 vi < 0時 vo = vi ▲圖3-42 未加偏壓之並聯式上截波器的 vi - vo 轉換曲線

外加正偏壓之並聯式上截波器 (1) 上截波 正偏壓 ▲圖3-44 外加正偏壓之並聯式上截波器

▲圖3-45 外加正偏壓之並聯式上截波器的 vi - vo 轉換曲線 外加正偏壓之並聯式上截波器 (2) vi > V1時 vo = V1 vi < V1時 vo = vi ▲圖3-45 外加正偏壓之並聯式上截波器的 vi - vo 轉換曲線

外加負偏壓之並聯式上截波器 (1) 上截波 負偏壓 ▲圖3-46 外加負偏壓之並聯式上截波器

▲圖3-47 外加負偏壓之並聯式上截波器的 vi - vo 轉換曲線 外加負偏壓之並聯式上截波器 (2) vi > -V1時 vo = -V1 vi < -V1時 vo = vi ▲圖3-47 外加負偏壓之並聯式上截波器的 vi - vo 轉換曲線

二極體雙準位截波器 (1) ▲圖3-48 二極體雙準位截波器

▲圖3-49 二極體雙準位截波器的 vi - vo 轉換曲線 二極體雙準位截波器 (2) ▲圖3-49 二極體雙準位截波器的 vi - vo 轉換曲線

二極體雙準位截波器 (3) ▼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 偏壓情況 vi - vo 轉換曲線 輸出波形 ▼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 偏壓情況 vi - vo 轉換曲線 輸出波形 V1與V2同為正偏壓 V1與V2同為負偏壓 註：在電路的設計上必須使V1 > V2或-V1> -V2，否則電路將產生極大的短路電流。

稽納二極體截波器 (1) ▲圖3-50 稽納二極體截波器

▲圖3-51 稽納二極體截波器的 vi - vo 轉換曲線 稽納二極體截波器 (2) ▲圖3-51 稽納二極體截波器的 vi - vo 轉換曲線

箝位電路 vi vo (a) 正箝位器 vi vo (b) 負箝位器 ▲圖3-52 箝位作用

未加偏壓的正箝位器 ▲圖3-53 未加偏壓之正箝位器

正箝位器的作用過程 (a) 負半週輸入 (b) 正半週輸入 ▲圖3-54 正箝位器的作用過程

外加正偏壓之正箝位器 ▲圖3-56 外加正偏壓之正箝位器

外加負偏壓之正箝位器 ▲圖3-57 外加負偏壓之正箝位器

未加偏壓的負箝位器 ▲圖3-58 未加偏壓之負箝位器

負箝位器的作用過程 (a) 正半週輸入 (b) 負半週輸入 ▲圖3-59 負箝位器的作用過程

外加正偏壓之負箝位器 ▲圖3-60 外加正偏壓之負箝位器

外加負偏壓之負箝位器 ▲圖3-61 外加負偏壓之負箝位器