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整流電路

整流電路. 類比電子實驗 單元三. 教材投影片放在 http://140.127.194.152/member/phd/9203003d.html. Online. 半導體 二極體 發光二極體 直流電源供給 半波整流 全波整流. 純半導體 (p.49). 四價元素 : 矽 (Si) 及鍺 (Ge), 其最外層軌道有 4 個價電子 純半導體 : 每個原子的 4 個價電子與鄰近原子 , 共用一個最外層軌道 , 使得每個原子的最外層軌道有 8 個價電子 ( 四對 價電子對 ), 物質特性呈現穩定狀況 . 價電子對 稱為共價鍵. N 型半導體 (p.51).

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  1. 整流電路 類比電子實驗 單元三 教材投影片放在 http://140.127.194.152/member/phd/9203003d.html

  2. Online • 半導體 • 二極體 • 發光二極體 • 直流電源供給 • 半波整流 • 全波整流

  3. 純半導體(p.49) • 四價元素: 矽(Si)及鍺(Ge),其最外層軌道有4個價電子 • 純半導體: 每個原子的4個價電子與鄰近原子,共用一個最外層軌道,使得每個原子的最外層軌道有8個價電子(四對價電子對),物質特性呈現穩定狀況. • 價電子對稱為共價鍵.

  4. N型半導體(p.51) • 摻雜(doping): 在四價元素(純矽或純鍺)加入少許三價或五價元素,使產生較多的電洞或自由電子,增加導電能力. • N型半導體: 在純半導體中均勻摻雜五價元素,每個五價元素與鄰近四價元素互成共價鍵,而多出一個電子.

  5. P型半導體 • P型半導體: 在純半導體中均勻摻雜三價元素,每個三價元素與鄰近四價元素互成共價鍵,而缺乏一個電子,在原子中造成一個空缺(電洞).

  6. P-N結合(p.52) • 當一塊P型半導體和N型導體結合在一起,接合面附近的電子會填入電洞. • 在靠近接合面,形成正離子及負離子,正離子排斥電洞,負離子排斥電子,阻止電子-電洞的繼續結合,達到平衡. • 此時,P-N接合面附近形成空乏區(depletion region),即沒有電子或電洞.

  7. 順向偏壓(Forward Bias)(p.53) • 順向偏壓: 電池的正端接P型,負端接N型 • 若外加電源E增大至超過空乏區的障礙電位,因電池的正端吸引電子排斥電洞,電池的負端吸引電洞排斥電子,使電子與電洞通過接合面結合,最造成電流通過P-N半導體. • 障礙電位,一般而言,鍺(Ge)為0.2~0.3V,矽(Si)為0.6~0.7V.

  8. 逆向偏壓(Reverse Bias)(p.54) • 逆向偏壓: 電池的正端接N型,負端接P型. • 則電子、電洞將受到E之吸引而遠離接合面,空乏區增大,則不會有電子-電洞越過接合面產生結合. • 當逆向偏壓不斷加大時,少數載體(電子或電洞)會撞擊、破壞共價鍵,而產生大量的電子-電洞對,逆向電流將大量增加,此現像稱為崩潰(Breakdown).

  9. 二極體之電壓-電流特性(p.55) • 把P-N接合體加上兩根引線,即為二極體

  10. 二極體之電壓-電流特性(cont.) • 當順向偏壓<切入電壓(Vcutin),電流IF很小,一旦超過切入電壓,電流IF急速上升.(Si: Vcutin=0.6V, Ge: Vcutin=0.2V) • 當有順向電流時,順向電壓(VF)幾乎為定值.(Si: VF=0.7~1.0V, Ge: VF= 0.3~0.6V)

  11. 二極體之電壓-電流特性(cont.) 切入電壓

  12. 二極體之電壓-電流特性(cont.)

  13. 二極體之電壓-電流特性(cont.) • 規格: 額定電流及耐壓(最大逆向電壓,peak inverse voltage, VPIV) • VPIV: 不使二極體發生崩潰的最大逆向電壓

  14. 二極體的量測 順向偏壓 逆向偏壓

  15. 發光二極體(LED)(p.61) • 當順向偏壓時會發光,逆向偏壓是不會發光 • 亮度與通過電流成正比

  16. 發光二極體(LED)(cont.)

  17. 直流電源供給(p.69)

  18. 直流電源供給(cont.) • 筆記電腦變電器(adapter)的標示 型號 插頭(內正外負) 輸入100V~240V交流電 額定電流1.8A, 頻率50~60Hz 輸出19V直流電 額定電流2.64A

  19. 半波整流電路(Half-wave-rectifier Circuit)(p.71) • 當交流電源VAC的正半週,二極體導通,負載RL獲得正半週, VAC的負半週,二極體不導通,負半週沒有輸出.

  20. 全波整流電路(Half-wave-rectifier Circuit)(p.73) • 使用有中心抽的變壓器,VAC 1= VAC 2. • 當交流電源VAC的正半週, VAC 1及VAC 2為上端正電下端負電,故D1導通,D2截止,負載RL由VAC 1供應. • 當交流電源VAC的正半週, VAC 1及VAC 2為上端負電下端正電,故D1截止,D2導通,負載RL由VAC 1供應. • 由於D1和D2輸流導通,故RL之波形為全波.

  21. 橋式整流(p.75)

  22. 橋式整流(cont.) • 當VAC為正半週時,D1與D2導通,電流路徑D1RL D2,當VAC為負半週時,D3與D4導通,電流路徑D3RL D4.

  23. 加上濾波電容器之整流電路(p.75) • 在前¼週(0~90°),Vin導通二極體D供電給負載RL,同時對電容器C充電,當Vin達到最大值後,電壓下降(90°~180°),此時電容對RL放電,負載RL由電容器C供電.

  24. 加上濾波電容器之整流電路(cont.) • 電容器之容量若愈大,儲存的電荷愈多,放電時電壓下降較小,若使用容量較小之電容器,則所儲存之電荷較少,放電時電壓下降較大. 充電 放電

  25. 四個二極體包裝(p.87) 交流輸入 直流輸出

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