二極體整流、濾波電路
整流器
整流器是將雙向的電源輸入轉變成單向的輸出。常見的基本整流電路有半波整流器、中間抽頭變壓器全波整流器、橋式全波整流器等。
半波整流器
假設二極體為理想二極體,當二次側為正半週時,二極體導通,負載電壓等於二次側電壓;在其他情況,二極體截止,負載電壓等於0。如圖(1)所示。
由於負載電壓僅有正半週,所以負載電流是單一方向。
直流電壓或平均值電壓
。
(平均值定義:)
輸出頻率等於二次側輸入頻率。
(圖1) 半波整流器
[例題8]
如圖1,半波整流器一次側輸入電壓為,壓降變壓器匝數比為5:1,則峰值負載電壓是多少?負載直流電壓是多少?
Answer:
一次側電壓峰值
二次側電壓峰值
使用理想二極體模型,則負載電壓之峰值為34V。
負載直流電壓
由於二次側有接地之中間抽頭,此電路等於兩個半波整流器。上面的整流器處理二次側電壓的正半週,而下面的整流器處理二次側電壓的負半週。如圖(2)所示。
假設二極體為理想二極體,當二次側為正半週時,
導通,
截止,負載電壓為正且等於二次側電壓之半;當二次側為負半週時,
截止,
導通,負載電壓仍為正且等於二次側電壓之半。
整流後之負載電流在兩個半週均流動,且是單一方向流動。
直流電流或平均值電流
。
輸出頻率等於二次側輸入頻率的2倍。
(圖2) 中間抽頭變壓器全波整流器
[例題9]
如圖2,中間抽頭變壓器全波整流器一次側輸入電壓為,壓降變壓器匝數比為5:1,則峰值負載電壓是多少?負載直流電壓是多少?
Answer:
一次側電壓峰值
二次側電壓峰值
由於二次側繞組有接地之中間抽頭,二次側每一半週之正弦電壓峰值僅為17V。
使用理想二極體模型,則負載電壓之峰值為17V。
負載直流電壓
假設二極體為理想二極體,當二次側為正半週時,
、
導通,
、
截止,負載電壓為正且等於二次側電壓;當二次側為負半週時,
、
導通,
、
截止,負載電壓仍為正且等於二次側電壓。如圖(3)所示。
整流後之負載電流在兩個半週均流動,且是單一方向流動。
整流後之負載電壓是中間抽頭變壓器全波整流器的2倍。
直流電流或平均值電流
。
輸出頻率等於二次側輸入頻率的2倍。
(圖3) 橋式全波整流器
[例題10]
如圖3,橋式全波整流器一次側輸入電壓為,壓降變壓器匝數比為5:1,則峰值負載電壓是多少?負載直流電壓是多少?
Answer:
一次側電壓峰值
二次側電壓峰值
使用理想二極體模型,則負載電壓之峰值為34V。
負載直流電壓
半波電容濾波器
如圖(4)所示,
當二次側波形的前四分之一波形時,電容C充電而儲存電能,且將電容上的電壓充到峰值。
超過四分之一波形後,二極體變成反向偏壓而截止,C將經由負載電阻放電而釋放出儲能,因此輸出電壓也會下降。
當二次側電壓又再比C電壓高時,二極體再度導通,濾波電容C又開始充電而儲存電能。
由於C的充放電使濾波電路的輸出波形較整流電路的輸出波形平整。當時間常數RC愈大,波形愈平整。
(圖4) 半波電容濾波器