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1、10.2 滤波电路,10.2.2 电容滤波电路,10.2.3 电感滤波电路*,10.2.1 滤波的基本原理,10.2.4 各种滤波电路的比较*,整流电路的输出电压虽然是单一方向的,但是脉动较大,含有较大的谐波成分,不能适应大多数电子线路及设备的需要,还需利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。,滤波电路是利用电抗性元件储能的特点来实现滤波。电容器C 对直流开路,对交流阻抗小,所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小,对交流阻抗大,因此L 应与负载串联。经过滤波电路后,减小了电路的脉动系数,改善了直流电压的质量。,图10.2.1 利用电抗性元件滤波,10.2.1 滤波的基本原理,1
2、0.2.2.1 电容滤波原理分析,在输入电压升高时,二极管导通,电容器C相当并联在u2两端, u2给C的充电,可把部分能量存储在电容器中。,当输入电压降低时,滤波电容与整流桥断开,电容两端电压以指数规律放电,就可以把存储的能量释放给负载。由于滤波电容向负载放电,负载上得到的输出电压就比较平滑,起到了滤波作用。,图10.2.2 电容滤波电路,充电,放电,分界点,10.2.2 电容滤波电路,图10.2.2(b) 电容滤波波形分析,指数放电快,设分界点在90,显然,二极管导电对应电容C充电;二极管截止对应电容C放电,那么这个分界点到底在那里?,正弦曲线下降慢,当分界点超过90,达到某一点,正弦曲线和
3、指数曲线的下降速率相等以后,二极管截止。,当下个半周正弦波上升超过uC时,二极管重新导通。,当变压器次级电压u2大于uC时,二极管导通, u2给电容器充电,电容器C相当并联在变压器次级绕组上, uC的波形近似为正弦形。,当u2达到90开始下降,此时二极管并不会截止。如果假使二极管截止,电容C就要向RL放电,由于正弦刚超过90下降很慢,而指数曲线则下降很快,仍然可以满足u2 uc ,二极管继续导电。,当超过90,达到某一点,正弦曲线和指数曲线的下降速率相等以后,二极管才真正截止。电容C以指数规律向RL放电,当下一个半周的正弦曲线上升超过uc 时,二极管重又导通。放电时间常数 d= RLC,二极管
4、导通角度为 180。,d,整流二极管导通的电角度称为导通角,d = RLC,图10.2.2(b) 电容滤波效果与时间常数的关系,电容滤波的效果是台高了C 放电段波形的高度,提高了输出电压平均值。显然,放电时间常数d = RLC越大 ,输出电压平均值越大,纹波越小,导通角越小。 注意,电容滤波的效果与 d有关,而不仅仅与C或RL的大小一个因素有关。例如负载开路时,即使滤波电容很小,输出电压纹波极小,近似等于uo=uc = 。, d增加,视频图象,10.2.2.2 电容滤波的几点结论,1输出电压平均值UO(AV),UO(AV)与放电时间常数RLC有关。RLC越大,电容器放电速度越慢,则输出电压所包
5、含的交流成分(纹波)越小,UO(AV)越大。为获得平滑的输出电压,一般取放电时间常数为,式中T为脉动电压的周期,对于半波整流是20ms,对于桥式整流是10ms。工程上也常将上式写成如下形式,如果再近似一些,在整流电路的内阻不太大,并且放电时间常数满足式(10.2.4)的关系时,可用下式,(10.2.3),(10.2.4),(10.2.5),由上式可知,为减小输出电压的脉动成分,采用的滤波电容器的容量越大越好,交流电源的频率越高越好。,电容滤波的输出电压波形很难用一个准确的解析表达式来描述,因此脉动系数常采用近似估算:,2. 脉动系数S,图10.2.2(b) 纹波与滤波时间常数的关系, d增加,
6、S减小,加入滤波电容以后,整流二极管的导通角。所以,整流二极管的导通时给电容充电,流过二极管的电流呈尖峰脉冲状。,3平均整流电流ID(AV),在电容滤波的整流电路中,整流二极管的平均整流电流,RLC值越大,滤波效果越好,导通角愈小。由于电容滤波后输出平均电流增大,所以整流二极管在短暂的导通时间内将流过一个很大的冲击电流,影响其寿命,因此应选用最大整流平均电流IF大于负载电流23倍的整流二极管。, 1,2,RLC增大,O,3, 1 2 3 ,图10.2.3 导通角与滤波时间常数的关系,电容滤波电路的外特性描述了整流电路输出电压的平均值UO(AV)与输出电流IO之间的关系。,4. 电容滤波电路的外
7、特性和滤波特性,(1) 外特性,当负载电阻RL越小,即IO愈大时, UO(AV)下降的很快,电路的带负载能力变差。,所以电容滤波电路适合应用于固定负载或输出电流较小、负载电流变化不大的场合。,图10.2.4(a) 电容滤波电路的外特性,电容滤波电路的滤波特性描述了当RL或C改变时,对脉动系数S的影响。,(2) 滤波特性,当负载电阻 RL 减小,即IO增大时,S增大;C减小时,则S增大。,所以在电容滤波电路中,增加C的容量,可以令S减小。,图10.2.4(b) 电容滤波电路的滤波特性,例10.1:已知图10.2.2电容滤波电路的输入电压是50Hz交流电,输出电压变化范围1214V,12V时对应的
8、负载电流是1A,14V时对应的负载电流是0.5A。试计算滤波电容的数值。,解:,对应1A时,负载电阻RL=12/1=12;对应0.5A时,负载电阻RL=14/0.5=28 由式(10.2.4)可得,取耐压为25V,容量为1800F的铝电解电容器。,图10.2.2 电容滤波电路,利用储能元件电感器L的电流不能突变的性质,把电感L与整流电路的负载RL相串联,也可以起到滤波的作用。,当输入电压升高时,电感 L 中的电流增加,因此电感 L 将存储部分磁场能量;当输入电压减小时,电感又以电流的形式将磁场能量释放出来,使负载电流变得平滑。,图10.2.5 电感滤波电路,10.2.3 电感滤波电路*,输出电压平均值,整流二极管正向平均电流,注意,L越大,RL越小,即滤波时间常数越大,滤波效果越好,所以电感滤波适用于负载电流较大且变化较大的场合。,图10.2.6 电感滤波电路波形图,视频图象,电感滤波电路的特性如下,左侧的是外特性,右侧为 滤波特性。,图10.2.7 电感滤波电路的特性曲线,(a)外特性,(b)滤波特性,类型,性能,适用场合,电感滤波,LC滤波,1.2*,小,小电流负载,0.9,大,大电流负载,0.9,大,适应性较强,1.2 *,小,小电流负载,电容滤波,RC 或LC 型滤波电路,10.2.4 各种滤波电路的比较*,