DC直流電源工作原理

1、第第3章二極體的應(yīng)用電路章二極體的應(yīng)用電路3-1二極體整流電路二極體整流電路3-2濾波電路濾波電路3-3倍壓電路倍壓電路3-4截波電路與箝位電路截波電路與箝位電路總目錄總目錄節(jié)目錄節(jié)目錄3-1二極體整流電路二極體整流電路(1)一個(gè)完整的電源供應(yīng)器應(yīng)包含變壓器、整流 電路、濾波電路及電壓調(diào)整電路。(2)目前電力公司所提供的為頻率60Hz的交流 電。1.電源供應(yīng)器電源供應(yīng)器2.半波整流半波整流 (1)整流：將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)直流電壓。 (2)半波整流：輸出波形為輸入波形的一半。 (3)工作原理 (a)圖在輸入訊號(hào)正半週時(shí)輸出。 (b)圖在輸入訊號(hào)負(fù)半週時(shí)輸出。節(jié)目錄節(jié)目錄節(jié)目錄節(jié)目錄 (4)半波

2、整流後的電壓及其直流值dcmm2m2mrmsmmrmsmrmsrms1VV0.318VVV12VV0.5V242I0.5IPVI (5)漣波頻率=輸入電源頻率 (6)二極體之PIV值負(fù)載為R，PIV=Vm負(fù)載為C，PIV=2Vm節(jié)目錄節(jié)目錄3.全波整流全波整流 (1)中間抽頭全波整流 輸入交流電壓不論是正半週或負(fù)半週，其 輸出電流均以同一方向流經(jīng)負(fù)載R，而產(chǎn) 生同一極性的電壓輸出。 全波整流所提供的直流值是半波整流的兩 倍。節(jié)目錄節(jié)目錄節(jié)目錄節(jié)目錄 全波整流後的電壓及其電流值 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 中間抽頭式全波整流與半波整流相較： A.優(yōu)點(diǎn)

3、：效率高。 B.缺點(diǎn)：必須採(cǎi)用中間抽頭的變壓器，其 體積大，成本高。dcmmrmsdcmmrms2mdcdcdcmm2L2VV0.636V0.9V2II0.636I0.9VV224PVIVIR節(jié)目錄節(jié)目錄 (2)橋式整流 橋式整流是全波整流器的一種改良電 路。 工作原理：不論正半週或負(fù)半週，在電路 導(dǎo)通時(shí)，電流流經(jīng)電阻器R之方向是一致 的。節(jié)目錄節(jié)目錄節(jié)目錄節(jié)目錄 橋式整流後的電壓及其電流值與中間抽頭 全波整流一樣。公式如下： 漣波頻率=輸入電源頻率的兩倍 二極體之PIV值=Vmdcmmdcmm2VV0.636V2II0.636I 橋式整流與中間抽頭全波整流相較： A.優(yōu)點(diǎn) (a)不需要使用中

4、間抽頭式變壓器，因之 體積縮小，設(shè)計(jì)上較簡(jiǎn)單，價(jià)錢(qián)也較 便宜。 (b)每個(gè)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 一半，即PIV=Vm。 B.缺點(diǎn)：必須使用四個(gè)二極體。節(jié)目錄節(jié)目錄節(jié)目錄節(jié)目錄 (3)半波整流與全波整流電路之比較節(jié)目錄節(jié)目錄3-2濾波電路濾波電路1.漣波因數(shù)與電壓調(diào)整漣波因數(shù)與電壓調(diào)整 (1)濾波電路：將脈動(dòng)直流電壓濾為一較平穩(wěn)的 直流電壓。節(jié)目錄節(jié)目錄 (2)漣波因數(shù) 定義(rms)r(rms)dcr(rms)dcVrVV%r%100%r 100%V 漣波電壓漣波因數(shù)平均直流電壓漣波 半波整流的漣波百分率r(rms)mdcmV0.385V%r100

5、%100%=121%V0.318V 漣波因數(shù)（或漣波百分比）愈小者，濾波性能愈佳。 全波整流的漣波百分率mm0.308V%r100%=48%0.636V節(jié)目錄節(jié)目錄 (3)電壓調(diào)整 定義 如果全負(fù)載電壓和無(wú)負(fù)載電壓的值相 同，則%V.R.=0%，為最佳期望值。NLFLFLNLFLFLVVV.R.VVV%V.R.%100%V無(wú)負(fù)載電壓全負(fù)載電壓電壓調(diào)整全負(fù)載電壓電壓調(diào)整LSSSLSLLSSLREERRR%V.R.100%100%RRERR節(jié)目錄節(jié)目錄2.電源濾波器的種類(lèi)電源濾波器的種類(lèi) (1)電容濾波器 電容濾波器：濾波器的輸入端為電容器 者。 dcdcr(rms)Ldcdcmr(rms)dcd

6、cdcL2.4I2.4VVCR C4.17IVVCV2.4Ir%100%100%VCV2.4r%100%R C 式中：Idc單位是mA，C是F，Vdc是V， RL是k。 漣波因數(shù)是直接隨負(fù)載電流而變（Idc上升，r%下降），同時(shí)和電容量的大小成反比。節(jié)目錄節(jié)目錄節(jié)目錄節(jié)目錄 (2)電阻電容濾波器 RC濾波器：於電容濾波器之後再加一節(jié)R 和C組成。 優(yōu)缺點(diǎn) A.優(yōu)點(diǎn)：濾波效果較單一電容濾波器為 佳。 B.缺點(diǎn)：輸出直流電壓降低，且成本較 高。 節(jié)目錄節(jié)目錄 RC濾波器的直流操作LdcdcLRVVR+R RC濾波器的交流操作C2r(rms)r(rms)22C2XVVR +(X) 節(jié)目錄節(jié)目錄 選用

7、R、C值時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng) 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。 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 愈佳。 C. 由A、B所述，C1、R、C2數(shù)值愈大時(shí)， 濾波效果愈佳。 D. 因?yàn)?，所以全波整流比半波整 流有較佳的濾波效果（全波整流之漣波頻 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）。C221X2fC RC濾波器的電壓調(diào)整NLFLFLLFLdcdcLVV%V.R.100%VRVVVRR節(jié)目錄節(jié)目錄節(jié)目錄節(jié)目錄 (3) 型濾波器 電路：由C1、L、C2組成 型濾波器。 直流操作

8、 交流操作 RL/XC2 XC2 （ RLXC2） 結(jié)論 A.電感L愈大，電容C2愈大，濾波效果愈 佳。 B.採(cǎi)用全波整流，可以提高濾波效果。LdcdcLdcdcdcRVVRRVVI R節(jié)目錄節(jié)目錄節(jié)目錄節(jié)目錄 (4)電感濾波器 電感濾波器是以電感反抗電流變化的特性 來(lái)完成濾波作用。節(jié)目錄節(jié)目錄 公式mLdcsfLdcmdcLsfL2VRVRRRRV2V1IRRRRR 優(yōu)缺點(diǎn) A.優(yōu)點(diǎn)：適用於重負(fù)載。 B.缺點(diǎn)：輸出電壓較電容濾波器低。式中 Rs：電源變壓器次級(jí)圈內(nèi)阻 Rf：二極體順向動(dòng)態(tài)電阻 R ：電感器中的電阻節(jié)目錄節(jié)目錄3-3倍壓電路倍壓電路1.半波兩倍倍壓器半波兩倍倍壓器 (1)電路結(jié)

9、構(gòu)：兼具整流與濾波的功能。 (2)倍壓電路是一種輕負(fù)載、高電壓、低電流的 電源電路。 (3)電源訊號(hào)是每一週向C2充電一次，其漣波頻 率等於電源頻率，此為半波工作。 (4)Vo=VC2=2Vm（上負(fù)、下正）。 (5)C1之耐壓=Vm，C2之耐壓=2Vm。 (6)每一個(gè)二極體之PIV值= 2Vm 。節(jié)目錄節(jié)目錄節(jié)目錄節(jié)目錄2.全波兩倍倍壓器全波兩倍倍壓器 (1)電源訊號(hào)的正、負(fù)半週皆有電流向輸出端的 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(gè)二極體的PIV值=2Vm。節(jié)目錄節(jié)目錄3.三倍及四倍

10、倍壓器三倍及四倍倍壓器 (1)半波三倍及四倍倍壓器 此為半倍兩倍倍壓器的推廣形式。 Vo 電容器耐壓：C1=Vm，C2=C3=C4=2Vm。 每一個(gè)二極體的PIV值=2Vm。三倍=Vo1=VC1+VC3=Vm+2Vm=3Vm （左正、右負(fù)）。四倍=Vo2=VC2+VC4=2Vm+2Vm=4Vm （左正、右負(fù)）。節(jié)目錄節(jié)目錄 (2)全波三倍倍壓器 電路結(jié)構(gòu)：上半部分為正半波二倍壓，下 半部分則為負(fù)半波一倍壓，兩者串聯(lián)而 成。 Vo=VC2+VC3=2Vm+Vm=3Vm。 電容器耐壓：C1=C3=Vm，C2=2Vm。 每一個(gè)二極體的PIV值=2Vm。節(jié)目錄節(jié)目錄 (3)全波四倍倍壓器 電路結(jié)構(gòu)：上

11、半部分由正半波二倍壓，下 半部分則由負(fù)半波二倍壓，兩者串聯(lián)而 成。 Vo=VC2+VC4=2Vm+2Vm=4Vm。 電容器耐壓：C1=C3=Vm，C2= C4= 2Vm。 每一個(gè)二極體的PIV值=2Vm。節(jié)目錄節(jié)目錄3-4截波電路與箝位電路截波電路與箝位電路1.截波電路截波電路 (1)功能：用來(lái)截掉部分高於或低於某些特定準(zhǔn) 位的訊號(hào)電壓。 (2)基本元件：二極體與電阻器（直流電池VR）。 (3)依電路結(jié)構(gòu)區(qū)分節(jié)目錄節(jié)目錄 (4)欲繪出截波器之Vi 與Vo 特性曲線，應(yīng)該把握 下列三個(gè)步驟： 判斷直流參考電壓VR 是否與輸入電壓Vi 接 觸，找出轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 A.若有接觸，則轉(zhuǎn)折點(diǎn)為 （ VR ,

12、0 ） 或 （ +VR , 0 ）。 B.若沒(méi)有接觸，則轉(zhuǎn)折點(diǎn)為 （ +VR , +VR ） 或（ VR , VR ）。 若有輸出波形，斜率 m = 1；若沒(méi)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(jié)目錄節(jié)目錄2.串聯(lián)截波器串聯(lián)截波器 (1)簡(jiǎn)單的串聯(lián)截波器 工作原理 當(dāng)Vi 0時(shí)，二極體因逆向偏壓而截 止，Vo=0。 當(dāng)Vi 0時(shí)，二極體因順向偏壓而導(dǎo) 通，Vo=Vi。節(jié)目錄節(jié)目錄 (2)加偏壓的串聯(lián)截波器 工作原理 A.先將Vi 下降VR 值。 B.再取0V以下部分輸出。 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

13、 VAB）輸入電壓的基準(zhǔn)電位而已（若Vo 經(jīng)二極體接觸到VR 的正端，則直流電壓準(zhǔn)位為正電壓；又若Vo 接觸到VR 的負(fù)端，則直流電壓準(zhǔn)位為負(fù)電壓）。節(jié)目錄節(jié)目錄 (3)數(shù)種基本串聯(lián)截波器節(jié)目錄節(jié)目錄3.並聯(lián)截波器並聯(lián)截波器 (1)簡(jiǎn)單的並聯(lián)截波器 工作原理 當(dāng)Vi 0時(shí)，二極體因順向偏壓而導(dǎo) 通，Vo=0。 當(dāng)Vi 0時(shí)，二極體因逆向偏壓而截 止，Vo=Vi。節(jié)目錄節(jié)目錄 (2)加偏壓的並聯(lián)截波器 工作原理 A.當(dāng)Vi VR時(shí)，二極體因順向偏壓而導(dǎo) 通，Vo= VR 。 B.當(dāng)Vi VR時(shí)，二極體因逆向偏壓而截 止，Vo=Vi。節(jié)目錄節(jié)目錄 在並聯(lián)截波器電路中 A.與輸出端並聯(lián)的直流電池VR

14、，其功用是 在決定二極體導(dǎo)通或截止的基準(zhǔn)電位。 B.二極體的箭頭方向就是輸出端所保留訊 號(hào)的部分。 (A)若箭頭方向朝下（即 ）則基準(zhǔn)電位VR 以下的輸入訊號(hào)全部可以輸出；而基準(zhǔn) 電位VR以上的輸入訊號(hào)則全部被截掉。 (B)若箭頭方向朝上（即 ）則基準(zhǔn)電位VR 以上的輸入訊號(hào)全部可以輸出；而基準(zhǔn) 電位VR以下的輸入訊號(hào)則全部被截掉。節(jié)目錄節(jié)目錄 (3)數(shù)種基本並聯(lián)截波器節(jié)目錄節(jié)目錄4.雙向截波器雙向截波器 (1)基本雙向截波器 工作原理 當(dāng)Vi為正半週時(shí)，D2 OFF A.當(dāng)ViV1時(shí)，D1 ON，Vo=V1。 當(dāng)Vi為負(fù)半週時(shí)，D1 OFF A.當(dāng)|Vi|V2|時(shí)，D2 ON，Vo=V2。節(jié)

15、目錄節(jié)目錄 (2)數(shù)種基本雙向截波器節(jié)目錄節(jié)目錄5.箝位電路箝位電路 (1)功能：將輸入訊號(hào)的位準(zhǔn)予以上移或下移， 並不改變輸入訊號(hào)的波形。 (2)基本元件：二極體D、電容器C及電阻器R （直流電池VR）。 (3)類(lèi)別：負(fù)箝位器與正箝位器。 (4)注意事項(xiàng) D均假設(shè)為理想，RC的時(shí)間常數(shù)也足夠 大，不致使輸出波形失真。 任何交流訊號(hào)都可以產(chǎn)生箝位作用。節(jié)目錄節(jié)目錄6.負(fù)箝位器負(fù)箝位器 (1)簡(jiǎn)單型 工作原理 Vi正半週時(shí)，D ON，C充電至V值， Vo=0V。 Vi負(fù)半週時(shí)，D OFF，Vo=2V。節(jié)目錄節(jié)目錄 工作原理 Vi正半週時(shí)，二極體D ON，C被充電至V值（左正、右負(fù)），Vo=+V1(a)圖或V1(b)圖。 Vi負(fù)半週時(shí)，二極體D OFF，RC時(shí)間常數(shù)足夠大，Vo=VC+Vi（負(fù)半週）=2V。 (2)加偏壓型節(jié)目錄節(jié)目錄 (3)數(shù)種負(fù)箝位器節(jié)目錄節(jié)目錄7.正箝位器正箝位器 (1)簡(jiǎn)單型 工作原理 Vi負(fù)半週時(shí)，D ON，C充電至V值（左負(fù)、右正），V