π型濾波電路

1、四 種 型 R C 濾 波 電 路?數(shù)字電源模擬電源阻抗公式： Z=R+i( L-1/ C) =2fR- 電阻 L 感抗 1/ C 容抗1 典型型 RC 濾波電路? 圖 7-27 所示是典型的型 RC 濾波電路。電路中的 C1 、C2 是兩只濾波電容， R1是濾波電阻， C1、R1和C2構(gòu)成一節(jié)型 RC 濾波電路。由于這種濾波電路的形 式如同字母且采用了電阻、電容，所以稱為型 RC 濾波電路。ADP3211AMNG( 集成電路 IC) 從電路中可以看出，型 RC 濾波電路接在整流 電路的輸出端。? 這一電路的濾波原理是：從整流電路輸出的電壓首先經(jīng)過(guò) C1 的濾波，將大部分 的交流成分濾除，見(jiàn)圖

2、中的交流電流示意圖。? 經(jīng)過(guò) C1濾波后的電壓，再加到由 R1和 C2構(gòu)成的濾波電路中，電容 C2進(jìn)一 步對(duì)交流成分進(jìn)行濾波，有少量的交流電流通過(guò)C2 到達(dá)地線，見(jiàn)圖中的電流所示。?這一濾波電路中共有兩個(gè)直流電壓輸出端，分別輸出 U 01 、U 02 兩個(gè)直流電壓。其 中，U01 只經(jīng)過(guò)電容 C1濾波；U 02 則經(jīng)過(guò)了 C1、R1和 C2電路的濾波，所以濾波效 果更好，直流輸出電壓 U 02 中的交流成分更小 ? 上述兩個(gè)直流輸出電壓的大小是不同的， U 01 電壓最高， 一般這一電壓直接加到 功率放大器電路，或加到需要直流工作電壓最高、工作電流最大的電路中，這是因 為這一路直流輸出電壓沒(méi)有

3、經(jīng)過(guò)濾波電阻，能夠輸出最大的直流電壓和直流電流； 直流輸出電壓 U02 稍低，這是因?yàn)殡娮?R1 對(duì)直流電壓存在電壓降， 同時(shí)由于濾波電 阻 R 1 的存在，這一濾波電路輸出的直流電流大小也受到了一定的限制。?2 多節(jié)型 RC 濾波電路 ? 關(guān)于實(shí)用的濾波電路中通常都是多節(jié)的，即有幾節(jié)型 RC 濾波電路組成，各 節(jié)型 RC 濾波電路之間可以是串聯(lián)連接，也可以是并聯(lián)連接。多節(jié)型 RC 濾波 電路也是由濾波電容和濾波電阻構(gòu)成 ? 圖 7-29 所示是多節(jié)型 RC 濾波電路。電路中，C1、C2、C3 是三只濾波電容， 其中 C1是第一節(jié)的濾波電容， C3 是最后一節(jié)的濾波電容。 R1和 R2是濾波電

4、阻。? 這一濾波電路的工作原理與上面的型 RC 濾波電路基本相同，這里再說(shuō)明下 列幾點(diǎn)。?3多節(jié)型 RC 濾波串、并聯(lián)電路 ?LC 濾波電路?LC濾波器也稱為 無(wú)源濾波器 ，是傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置。 LC 濾波器之所以稱為 無(wú)源濾波器，顧名思義，就是該裝置不需要額外提供電源。 LC 濾波器一般是由濾波 電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成，與諧波源并聯(lián)，除起濾波作用，還兼顧無(wú) 功補(bǔ)償?shù)男枰?無(wú)源濾波器，又稱 LC 濾波器，是利用電感、電容和電阻的組合設(shè)計(jì)構(gòu)成的濾 波電路，可濾除某一次或多次諧波，最普通易于采用的無(wú)源濾波器結(jié)構(gòu)是將電感與 電容串聯(lián)，可對(duì)主要次諧波（ 3、5、 7）構(gòu)成低阻抗旁路；單

5、調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾 波器、高通濾波器都屬于無(wú)源濾波器。 ?LC 濾波器的適用場(chǎng)合 ?無(wú)源 LC 電路不易集成，通常電源中整流后的濾波電路均采用無(wú)源電路，且在大電流負(fù)載時(shí)應(yīng)采用 LC電路。 ?有源濾波器適用場(chǎng)合 ?有源濾波器電路不適于高壓大電流的負(fù)載， 只適用于信號(hào)處理 ，濾波是信號(hào)處理 中的一個(gè)重要概念。濾波分經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。 ?經(jīng)典濾波 的概念，是根據(jù)富立葉 分析和變換提出的一個(gè)工程概念。根據(jù)高等數(shù)學(xué)理論，任何一個(gè)滿足一定條件的信 號(hào)，都可以被看成是由無(wú)限個(gè)正弦波疊加而成。換句話說(shuō)，就是工程信號(hào)是不同頻 率的正弦波線性疊加而成的，組成信號(hào)的不同頻率的正弦波叫做信號(hào)的頻率成分或 叫做諧波

6、成分。只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)成分正常通過(guò)，而阻止另一部分頻率 成分通過(guò)的電路，叫做經(jīng)典濾波器或?yàn)V波電路 ? ?電容濾波電路、電感濾波電路作用原理整流電路的輸出電壓不是純粹的直流，從示波器觀察整流電路的輸出，與直流 相差很大，波形中含有較大的脈動(dòng)成分，稱為紋波。為獲得比較理想的直流電壓， 需要利用具有儲(chǔ)能作用的電抗性元件（如電容 C、電感 L）組成的濾波電路來(lái)濾除整 流電路輸出電壓中的脈動(dòng)成分以獲得直流電壓。 ?常用的濾波電路有 無(wú)源濾波和有源濾波 兩大類。 無(wú)源濾波的主要形式 有電容濾 波、電感濾波和復(fù)式濾波 （包括倒 L型、LC濾波、 LC 型濾波和 RC型濾波等）。 有源濾波的主要形式

7、 是有源 RC濾波，也被稱作電子濾波器。直流電中的脈動(dòng)成分的 大小用 脈動(dòng)系數(shù) S 來(lái)表示，此 值越大，則濾波器的濾波效果越差 。?脈動(dòng)系數(shù) （S）= 輸出電壓交流分量的基波最大值輸出電壓的直流分量 ? 半波整流輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)為 S=1.57 全波整流和橋式整流的輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù) SO.67 對(duì)于全波和橋式整流電路采用 C型濾波電路后，其脈動(dòng)系數(shù) S=1（4（RLCT-1） 。（T 為整流輸出的直流脈動(dòng)電壓的周期。 ）?電阻濾波電路 ?RC- 型濾波電路，實(shí)質(zhì)上是在電容濾波的基礎(chǔ)上再加一級(jí) RC濾 波電路組成的。如圖 1（B）RC 濾波電路。若用 S表示 C1兩端電壓的脈動(dòng)系數(shù)，則輸 出

8、電壓兩端的脈動(dòng)系數(shù) S=（1/ C2R）S。?由分析可知，電阻 R的作用是將殘余的紋波電壓降落在電阻兩端，最后由 C2 再旁 路掉。在 值一定的情況下， R愈大， C2愈大，則脈動(dòng)系數(shù)愈小，也就是濾波效果 就越好。而 R 值增大時(shí)，電阻上的直流壓降會(huì)增大，這樣就增大了直流電源的內(nèi)部損耗；若增大 C2 的電容量，又會(huì)增大電容器的體積和重量，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也不現(xiàn)實(shí)。這 種電路一般用于負(fù)載電流比較小的場(chǎng)合 .?電感濾波電路 ?根據(jù)電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，由電容 C及電感 L 所組成的濾波電路的 基本形式如圖 1 所示。因?yàn)殡娙萜?C 對(duì)直流開(kāi)路，對(duì)交流阻抗小，所以 C 并聯(lián)在負(fù)L 應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。載

9、兩端。電感器 L 對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大，因此?圖 1?無(wú)源濾波電路的基本形式 ?并聯(lián)的電容器 C 在輸入電壓升高時(shí)，給電容器充電，可把部分能量存儲(chǔ)在電容器 中。而當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，電容兩端電壓以指數(shù)規(guī)律放電，就可以把存儲(chǔ)的能量釋 放出來(lái)。經(jīng)過(guò)濾波電路向負(fù)載放電，負(fù)載上得到的輸出電壓就比較平滑，起到了平 波作用。若采用電感濾波，當(dāng)輸入電壓增高時(shí)，與負(fù)載串聯(lián)的電感 L 中的電流增加， 因此電感 L 將存儲(chǔ)部分磁場(chǎng)能量，當(dāng)電流減小時(shí)，又將能量釋放出來(lái)，使負(fù)載電流 變得平滑，因此，電感 L 也有平波作用。 ?利用儲(chǔ)能元件電感器 L 的電流不能突變的特點(diǎn)，在整流電路的負(fù)載回路中串聯(lián) 一個(gè)電感，使輸

10、出電流波形較為平滑。因?yàn)殡姼袑?duì)直流的阻抗小，交流的阻抗大， 因此能夠得到較好的濾波效果而直流損失小。電感濾波缺點(diǎn)是體積大, 成本高.?橋式整流電感濾波電路如圖 2 所示。電感濾波的波形圖如圖 3所示。根據(jù)電感 的特點(diǎn)，當(dāng)輸出電流發(fā)生變化時(shí)， L 中將感應(yīng)出一個(gè)反電勢(shì)， 使整流管的導(dǎo)電角增大， 其方向?qū)⒆柚闺娏靼l(fā)生變化。在橋式整流電路中，當(dāng) u2 正半周時(shí)， D1、D3導(dǎo)電，電感中的電流將滯后 u2不到 90°。當(dāng) u2 超過(guò) 90°后開(kāi)始下降，電感上的反電勢(shì)有助于 D1、D3 繼續(xù)導(dǎo)電。當(dāng) u2 處于負(fù)半周時(shí)， D2、D4 導(dǎo)電，變壓器副邊電壓全部加到 D1、 D3兩端，致

11、使 D1、D3 反偏而截止，此時(shí)，電感中的電流將經(jīng)由 D2、 D4提供。由于橋式電路的對(duì)稱性和電 感中電流的連續(xù)性，四個(gè)二極管 D1、D3；D2、D4的導(dǎo)電角 都是 180°，這一點(diǎn)與 電容濾波電路不同。已知橋式整流電路二極管的導(dǎo)通角是 180°，整流輸出電壓是半個(gè)半個(gè)正弦波， 其平均值約為。電感濾波電路，二極管的導(dǎo)通角也是 180°，當(dāng)忽略電感器 L 的電阻 時(shí)，負(fù)載上輸出的電壓平均值也是。如果考慮濾波電感的直流電阻R，則電感濾波電路輸出的電壓平均值為?U0(AV) ?= R1 0.9U 2 ?R RL 2?要注意電感濾波電路的電流必須要足夠大，即 RL 不能太

12、大，應(yīng)滿足 L>>RL，此時(shí) I O( AV) 用下式計(jì)算 ?I =0.9U 2I 0(AV) =0(AV) RL 由于電感的直流電阻小，交流阻抗很大，因此直流分量經(jīng)過(guò)電感后的損失很小， 但是對(duì)于交流分量，在 L 和上分壓后，很大一部分交流分量降落在電感上，因而降 低了輸出電壓中的脈動(dòng)成分。電感 L 愈大， RL愈小，則濾波效果愈好，所以電感濾 波適用于負(fù)載電流比較大且變化比較大的場(chǎng)合。采用電感濾波以后，延長(zhǎng)了整流管 的導(dǎo)電角，從而避免了過(guò)大的沖擊電流。電容濾波原理詳解1 空載時(shí)的情況 ? 當(dāng)電路采用電容濾波，輸出端空載，如圖 4(a) 所示，設(shè)初始時(shí)電容電壓 UC為零。接入電源后

13、，當(dāng) u2在正半周時(shí)，通過(guò) D1、 D3向電容器 C 充電；在 u2的負(fù)半周時(shí)， 通過(guò) D2、 D4向電容器 C充電，充電時(shí)間常數(shù)為 ?TC=R int C 式中包括變壓器副邊繞組的直流電阻和二極管的正向?qū)娮琛Ｓ捎谝话愫苄。?電容器很快就充到交流電壓 u2的最大值，如波形圖 2(b)?的時(shí)刻。此后， u2 開(kāi)始 下降，由于電路輸出端沒(méi)接負(fù)載，電容器沒(méi)有放電回路，所以電容電壓值 uC不變， 此時(shí)，uC>u2，二極管兩端承受反向電壓， 處于截止?fàn)顟B(tài)，電路的輸出電壓 u0=uc= 2u2, 電路輸出維持一個(gè)恒定值。實(shí)際上電路總要帶一定的負(fù)載，有負(fù)載的情況如下。2帶載時(shí)的情況 ?圖 5 給出

14、了電容濾波電路在帶電阻負(fù)載后的工作情況。 接通交流電源后， 二極管 導(dǎo)通，整流電源同時(shí)向電容充電和向負(fù)載提供電流 , 輸出電壓的波形是正弦形。在 ? 時(shí)刻，即達(dá)到 u2?90°峰值時(shí)， u2開(kāi)始以正弦規(guī)律下降，此時(shí)二極管是否關(guān)斷，取決 于二極管承受的是正向電壓還是反向電壓。 ?先設(shè)達(dá) 90°后，二極管關(guān)斷，那么只有濾波電容以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載放電，從而維 持一定的負(fù)載電流。但是 90°后指數(shù)規(guī)律下降的速率快，而正弦波下降的速率小， 所以超過(guò) 90°以后有一段時(shí)間二極管仍然承受正向電壓，二極管導(dǎo)通。隨著u2 的下降，正弦波的下降速率越來(lái)越快， uC?的下降速率

15、越來(lái)越慢。所以在超過(guò) 90°后的某 一點(diǎn)，例如圖 5(b) 中的 t2 時(shí)刻，二極管開(kāi)始承受反向電壓，二極管關(guān)斷。此后只有 電容器 C 向負(fù)載以指數(shù)規(guī)律放電的形式提供電流，直至下一個(gè)半周的正弦波來(lái)到， u2 再次超過(guò) uC，如圖 5(b) 中的 t3 時(shí)刻，二極管重又導(dǎo)電。 以上過(guò)程電容器的放電時(shí)間常數(shù)為?Td=RLC電容濾波一般負(fù)載電流較小，可以滿足 td 較大的條件，所以輸出電壓波形的放電段 比較平緩，紋波較小，輸出脈動(dòng)系數(shù) S 小，輸出平均電壓 UO(AV)大，具有較好的濾 波特性。?以上濾波電路都有一個(gè)共性 , 那就是需要很大的電容容量才能滿足要求 , 這樣 一來(lái)大容量電容在

16、加電瞬間很有很大的短路電流 ,這個(gè)電流對(duì)整流二極管 , 變壓器沖 擊很大,所以現(xiàn)在一般的做法是在整流前加一的 ?功率型 NTC熱敏電阻來(lái)維持平衡 ,因 NTC熱敏電阻在常溫下電阻很大 ,加電后隨著溫度升高，電阻阻值迅速減小 ,這個(gè)電路 叫軟起動(dòng)電路。這種電路缺點(diǎn)是：斷電后，在熱時(shí)間常數(shù)內(nèi)， ?NTC熱敏電阻沒(méi)有恢 復(fù)到零功率電阻值，所以不宜頻繁的開(kāi)啟。 為什么整流后加上濾波電容在不帶負(fù)載時(shí)電壓為何升高？這是因?yàn)榧由蠟V波測(cè)得的 電壓是含有脈動(dòng)成分的峰值電壓， 加上負(fù)載后就是平均值， 計(jì)算：峰值電壓 =1.414 × 理論輸出電壓 有源濾波 - 電子電路濾波 ?電阻濾波本身有很多矛盾 , 電感濾波成本又高 , 故一般線路常采用有源濾波電 路,電路如圖 6。它是由 C1、R、C2組成的 型RC濾波電路與有源器件晶體管 T組 成的射極輸出器連接而成的電路。由圖 6 可知，流過(guò) R的電流 I R=I E(1+)=IR L (1+ ) 。流過(guò)電阻 R的電流僅為負(fù)載電流的 1/(1+ ) 所以可以采用較大的 R，與 C2 配合以獲得較好的濾波效果，以使 C2 兩端的電壓的脈動(dòng)成分減小