電子學 第八版 Floyd 第十七章.

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1 電子學 第八版 Floyd 第十七章

2 摘要 電源調整 一個理想的電源提供一個定值的直流電壓，不管輸入電壓或是負載的情況是否有改變。
一個真正電源的輸出電壓會隨負載而改變，如下第二個圖所示。輸出也會隨輸入電壓而改變。 VNL VNL VFL 理想的電源 真正的電源

3 摘要 線調整率 線調整率(Line Regulation)是量測一個電源在輸入線電壓改變下，維持直流 輸出電壓穩定的能力。線調整率的公式是
線調整率也可以用每 VOUT 伏特的改變，除以 VIN (%/V) 的改變百分率來表示。

4 摘要 負載調整 負載調整率(Load Regulation)是量測一個電源在定值輸入電壓的情況下，無負載及滿負載之間，維持直流輸出電壓穩定的能力。它可以用一個負載電壓改變百分比來表示： 負載調整率也可以用每 mA 的輸出改變，除以負載電流 (%/mA) 的改變百分率來表示。 有時一個商業用的電源，其規格會顯示最大的誤差電壓，如下一張投影片所示。

5 摘要 負載調整 商業用電源供應器，譬如實驗室中的那種，有極佳的線電壓及負載調整規格。
BK 精準 1651A 是一個有三個輸出供應 (兩個 0-24 V 輸出及一個固定的 5 V 輸出)的例子。這種電源供應的電壓調整規格如下： 線調整率： ≤0.01% +3 mV (主 供應) ≤5 mV (固定的 5 V 供應) 負載調整率： ≤0.01%+3 mV (主 供應)

6 摘要 負載調整 有時一個電源供應相等的戴維寧阻抗被用來取代其負載調整規格。 在這種情況下， VOUT 可以藉由分壓法找到：
負載調整率可用以下阻抗的方式表示：

7 摘要 負載調整 例題： 解答： 一個電源有 25 mW 的輸出阻抗及 10.0 W 滿負載電流 0.50 A。 其負載調整率為何？
其無負載的輸出電壓為何？ 解答： (a) = 0.25% (b) 根據歐姆定律，VOUT = 5.0 V。 = V

8 摘要 串聯調整器 串聯調整器方塊圖： 基本串聯調整器電路： 控制元件藉由改變跨在電晶體集-射極電壓來維持一個定值的輸出電壓。 控制元件
參考電壓 誤差檢測器 取樣電路 控制元件 控制元件藉由改變跨在電晶體集-射極電壓來維持一個定值的輸出電壓。 誤差檢測器 取樣電路

9 摘要 串聯調整器 例題： 解答： 串聯調整器電路的輸出電壓是： (a) 串聯調整器輸出電壓為何？
(b) 如果負載電流是 200 mA，求 Q1 的功率消耗？ 解答： (a) 18 V 4.7 kW = 12.2 V 3.9 V 100 kW (b) P = VI = (18 V – 12.2 V)(0.2 A) 47 kW = 1.16 W

10 摘要 串聯調整器 限流用以防止過量的負載電流。當電流經由 R4 使得跨過 Q2 的 VBE 為 0.7V ，Q2 將導通。 這減少了流到 Q1 的基極電流，因而限制了負載電流。 電流限制是： 譬如說， 一個 1.4 W 電阻， 其限制電流約為 0.5 A。

11 摘要 串聯調整器 反摺限流使負載電流在過載的情況下，會較峰值下降許多。 Q2 在 VR5 +VBE = VR4 時開始導通及電流限制。VR5 的值則是應用分壓法求得： 過載時因為 VOUT 的值下降，因此造成 VR5 的值下降 。 這個表示只需要較少的電流就能維持 Q2 的導通，所以負載電流也跟著下降。

12 摘要 並聯調整器 並聯調整器方塊圖： 基本並聯調整器電路： 控制元件由改變電晶體內的集極電流來維持定值的輸出電壓。 控制元件 參考電壓
誤差檢測器 基本並聯調整器電路： （並聯） 取樣電路 控制 誤差檢測器 元件 控制元件由改變電晶體內的集極電流來維持定值的輸出電壓。 取樣 電路

13 摘要 並聯調整器 並聯調整器使用一個並聯電晶體來做控制元件。如果輸出電壓有改變，運算放大器感應到電壓的改變就會跟著更正 Q1 的偏壓。舉個例子，輸出電壓的減少會造成 VB 的減少及 VC 的增加。 雖然並聯調整器較串聯調整器沒有效率，但是它有固有的短路保護。當輸出是短路的時候，其電流值最大為 VIN/R1。

14 摘要 交換式調整器 所有的交換式調整器藉由依賴負載的工作週期，迅速地交換輸入電壓的開及關來控制輸出電壓。 因為使用的是高頻交換，它們通常都有電子雜訊。 減少工作週期會減少輸出電壓。 增加工作週期則增加輸出電壓。 開/關 控制 VOUT

15 摘要 交換式調整器 一個步降交換式調整器藉由控制一個串聯電晶體的工作週期來控制輸出電壓。工作週期會根據負載的要求而改變。
L 轉變極性 C 充電 off on 因為在所有的交換式調整器，電晶體不是 ON 就是 OFF，電晶體的功率消耗非常的小，而且調整器非常有效率。脈衝藉由一個 LC 濾波器變得更平滑。

16 摘要 交換式調整器 在一個步升交換式調整器中，控制元件工作如一個脈衝快速地交換接地。交換 ON 及 OFF 的時刻是由輸出 電壓來控制。
L 磁場崩解 L 磁場建立 on C 充電 C 放電 off 步升的現象是因為在交換時，電感改變極性，因而加增了 VIN 的事實。因此，輸出電壓較輸入電壓為大 。 on off

17 摘要 交換式調整器 一個反相交換式調整器，其輸出和輸入成相反的極性。它可以和一個正調整器聯合使用相同的輸入源。
on L 磁場崩解 - + C 充電 off on off L 磁場建立 C 放電 倒轉發生於電感極性的轉變。當二極體導通時，電容將充與輸入極性相反的電。 + -

18 摘要 IC 電壓調整器 積體電路(IC)電壓調整器可用作串聯調整器或交換式調整器。常用的三端點調整器在一個系統中通常使用分開的印刷電路板，因為不昂貴而且也可避免與大功率分佈系統(譬如收到雜訊)等的相關問題。 78XX 調整器 78XX 系列是一種有各種包裝，固定標準規格電壓輸出的正輸出調整器。 TO-220 封裝 D-PAK

19 摘要 IC 電壓調整器 78XX 系列唯一需要的外部元件是輸入及輸出電容及某種形式的散熱片。這些 IC 包括熱切斷保護及內部限流的裝置。
散熱片表面 78XX 系列主要用在需要固定輸出電壓的應用上，但是外加幾個元件，它們也可以產生可變電壓或電流。

20 摘要 IC 電壓調整器 79XX 系列是 78XX 系列負輸出的相應，但是接腳編號不同於 78XX 系列。其它的規格基本上相同。

21 摘要 IC 電壓調整器 LM317 是一個可調的正輸出 IC 調整器。在輸出及可調整端點之間有一個固定的 +1.25V參考電壓。沒有接地的接腳。 輸出電壓為： 例題： 求 VOUT 的值？ (假設 IADJ = 50 mA) +20 V +16.8 V 解答： 150 W 2 kW = 16.8 V

22 摘要 IC 電壓調整器 IC 調整器在切斷前將電流限制在一個最大的允許值。 如下電路所示使用一個外接的旁路電晶體來增加最大可用的負載電流。
Rext 的設定值決定 Qext 開始導通的點： 譬如，如果 Imax 是 1.0 A， Rext = 0.7 W 問題： Rext 需要最小的功率額定是多少？ 解答： P = I2R = (1 A)2(0.7 W) = 0.7 W

23 摘要 IC 電壓調整器 78S40 IC是一個包含了所有需要的元件來配置一個交換式調整器， 只需使用少數幾個外接元件。
它是一個通用的交換式調整器輔系統因為它可以被使用的人調成一個步降、步升、或是反相調整器。規格表顯示了這個型態的典型電路。 這是一個步降的型態。

24 選擇重要詞彙 調整器(Regulator) 線調整率(Line regulation) 負載調整率(Load regulation)
線性調整器(Linear regulator) 交換式調整器(Switching regulator) 一個基本上不論改變輸入電壓或是負載電流，依然維持定值輸出電壓的電子電路。 依輸入(線)電壓改變而改變輸出電壓的改變百分比。 依改變負載電流而改變輸出電壓的改變百分比。 一個控制元件運作線性區的電壓調整器。 一個控制元件作交換器的電壓調整器。