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1、电路基路基础和集成和集成电子子实施技施技术-滤波波电路路 整流整流电路的路的输出出电压虽然是然是单一方向的，但是脉一方向的，但是脉动较大，大，含有含有较大的大的谐波成分，不能适波成分，不能适应大多数大多数电子子线路及路及设备的需要，的需要，还需利用需利用滤波波电路将脉路将脉动的直流的直流电压变为平滑的直流平滑的直流电压。 滤波波电路是利用路是利用电抗性元件抗性元件储能的特点来能的特点来实现滤波。波。电容器容器C 对直流开路，直流开路，对交流阻抗小，所以交流阻抗小，所以C应该并并联在在负载两两端。端。电感器感器L对直流阻抗小，直流阻抗小，对交流阻抗大，因此交流阻抗大，因此L 应与与负载串串联。经
2、过滤波波电路后，减小了路后，减小了电路的脉路的脉动系数，改善了直流系数，改善了直流电压的的质量。量。图10.2.1 利用利用电抗性元件抗性元件滤波波10.2.1 滤波的基本原理波的基本原理 10.2.2.1 电容容滤波原理分析波原理分析 在在输入入电压升高升高时，二极管，二极管导通，通，电容器容器C相当并相当并联在在u2两端，两端， u2给C的充的充电，可把部分能量存，可把部分能量存储在在电容器中。容器中。 当当输入入电压降低降低时，滤波波电容与整流容与整流桥断开，断开，电容两端容两端电压以指数以指数规律放律放电，就可以把存，就可以把存储的能量的能量释放放给负载。由。由于于滤波波电容向容向负载
3、放放电，负载上得到的上得到的输出出电压就比就比较平滑，平滑，起到了起到了滤波作用。波作用。图10.2.2 电容容滤波波电路路充充电放放电分界点分界点10.2.2 电容容滤波波电路路 图10.2.2(b) 电容容滤波波形分析波波形分析指数放指数放电快快设分界点在分界点在90 显然，二极管然，二极管导电对应电容容C充充电；二极管截止二极管截止对应电容容C放放电，那么，那么这个分界点到底在那里？个分界点到底在那里？正弦曲正弦曲线下降慢下降慢 当分界点超当分界点超过90，达到某一点，正弦曲达到某一点，正弦曲线和和指数曲指数曲线的下降速率相等的下降速率相等以后，二极管截止。以后，二极管截止。 当下个半周
4、正弦波上升当下个半周正弦波上升超超过uC时，二极管重新二极管重新导通。通。 当当变压器次器次级电压u2大于大于uC时，二极管，二极管导通，通， u2给电容容器充器充电，电容器容器C相当并相当并联在在变压器次器次级绕组上，上， uC的波形的波形近似近似为正弦形。正弦形。 当当u2达到达到90开始下降，此开始下降，此时二极管并不会截止。如果假二极管并不会截止。如果假使二极管截止，使二极管截止，电容容C就要向就要向RL放放电，由于正弦，由于正弦刚超超过90下下降很慢，而指数曲降很慢，而指数曲线则下降很快，仍然可以下降很快，仍然可以满足足u2 uc ，二，二极管极管继续导电。 当超当超过90，达到某一
5、点，正弦曲，达到某一点，正弦曲线和指数曲和指数曲线的下降速的下降速率相等以后，二极管才真正截止。率相等以后，二极管才真正截止。电容容C以指数以指数规律向律向RL放放电，当下一个半周的正弦曲，当下一个半周的正弦曲线上升超上升超过uc 时，二极管重又，二极管重又导通。放通。放电时间常数常数 d= RLC，二极管，二极管导通角度通角度为 180。 d整流二极管整流二极管导通的通的电角度称角度称为导通角通角 d = RLC图10.2.2(b) 电容容滤波效果与波效果与时间常数的关系常数的关系 电容容滤波的效果是台高波的效果是台高了了C 放放电段波形的高度段波形的高度，提高了，提高了输出出电压平均平均值
6、。显然，然，放放电时间常数常数 d = RLC越大越大 ，输出出电压平均平均值越大，越大，纹波越小，波越小，导通角通角 越小。越小。 注意，注意，电容容滤波的效果与波的效果与 d有关，而不有关，而不仅仅与与C或或RL的的大小一个因素有关。例如大小一个因素有关。例如负载开路开路时，即使，即使滤波波电容很小，容很小，输出出电压纹波极小，近似等于波极小，近似等于uo=uc = 。 d增加增加 视频图象象10.2.2.2 电容容滤波的几点波的几点结论1 1输出出电压平均平均值UO(AV) UO(AV)与放与放电时间常数常数RLC有关。有关。RLC越大，越大，电容器放容器放电速度越慢，速度越慢，则输出出
7、电压所包含的交流成分所包含的交流成分(纹波波)越小越小,UO(AV)越越大。大。为获得平滑的得平滑的输出出电压，一般取放，一般取放电时间常数常数为式中式中T为脉脉动电压的周期，的周期，对于半波整流是于半波整流是20ms，对于于桥式整式整流是流是10ms。工程上也常将上式写成如下形式。工程上也常将上式写成如下形式如果再近似一些，在整流如果再近似一些，在整流电路的内阻不太大，并且放路的内阻不太大，并且放电时间常常数数满足式足式(10.2.4)的关系的关系时，可用下式，可用下式(10.2.3)(10.2.4)(10.2.5) 由上式可知，由上式可知，为减小减小输出出电压的脉的脉动成分，采用的成分，采
8、用的滤波波电容器的容量越大越好，交流容器的容量越大越好，交流电源的源的频率越高越好。率越高越好。 电容容滤波的波的输出出电压波形很波形很难用一个准确的解析表达式来用一个准确的解析表达式来描述，因此脉描述，因此脉动系数常采用近似估算：系数常采用近似估算： 2. 脉脉动系数系数S 图10.2.2(b) 纹波与波与滤波波时间常数的关系常数的关系 d增加，增加，S减小减小 加入加入滤波波电容以后，整流二极管的容以后，整流二极管的导通角通角 2 3 图10.2.3 导通角与通角与滤波波时间常数的关系常数的关系 电容容滤波波电路的外特性描述了整流路的外特性描述了整流电路路输出出电压的平的平均均值UO(AV
9、)与与输出出电流流IO之之间的关系。的关系。 4. 电容容滤波波电路的外特性和路的外特性和滤波特性波特性 (1) 外特性外特性 当当负载电阻阻RL越越小，即小，即IO愈大愈大时， UO(AV)下降的很快，下降的很快，电路的路的带负载能力能力变差。差。 所以所以电容容滤波波电路适合路适合应用于固定用于固定负载或或输出出电流流较小、小、负载电流流变化不大的化不大的场合。合。图10.2.4(a) 电容容滤波波电路的外特性路的外特性 电容容滤波波电路的路的滤波特性描述了当波特性描述了当RL或或C改改变时，对脉脉动系数系数S的影响。的影响。 (2) 滤波特性波特性 当当负 载 电阻阻 RL 减减小小，即
10、即 IO增增 大大时，S增增大大； C减减 小小时，则S增增 大大 。 所以在所以在电容容滤波波电路中，增加路中，增加C的容量，的容量，可以令可以令S减小。减小。图10.2.4(b) 电容容滤波波电路的路的滤波特性波特性例例10.1：已知：已知图10.2.2电容容滤波波电路的路的输入入电压是是50Hz交流交流电，输出出电压变化范化范围1214V，12V时对应的的负载电流是流是1A，14V时对应的的负载电流是流是0.5A。试计算算滤波波电容的数容的数值。解：解： 对应1A时，负载电阻阻RL=12/1=12 ；对应0.5A时，负载电阻阻RL=14/0.5=28 由式由式(10.2.4)可得可得取耐
11、取耐压为25V，容量，容量为1800 F的的铝电解解电容器。容器。图10.2.2 电容容滤波波电路路 利用利用储能元件能元件电感器感器L的的电流不能突流不能突变的性的性质，把，把电感感L与整流与整流电路的路的负载RL相串相串联，也可以起到，也可以起到滤波的作用。波的作用。 当当输入入电压升高升高时，电感感 L 中的中的电流增加，因此流增加，因此电感感 L 将存将存储部分磁部分磁场能量；当能量；当输入入电压减小减小时，电感又以感又以电流的流的形式将磁形式将磁场能量能量释放出来，使放出来，使负载电流流变得平滑。得平滑。图10.2.5 电感感滤波波电路路10.2.3 电感感滤波波电路路* 输出出电压平均平均值整流二极管正向平均整流二极管正向平均电流流注意 L越大，越大，RL越小，即越小，即滤波波时间常数越大，常数越大，滤波效果越好，波效果越好，所以所以电感感滤波适用于波适用于负载电流流较大且大且变化化较大的大的场合。合。 图10.2.6 电感感滤波波电路波形路波形图视频图象象类型型性能性能适用适用场合合电感感滤波波LC滤波波1.2*小小小小电流流负载0.9大大大大电流流负载0.9大大适适应性性较强1.2 *小小小小电流流负载电容容滤波波RC 或或LC 型型滤波波电路路10.2.4 各种各种滤波波电路的比路的比较*
