模電濾波電路

1、閱讀提綱:10.3 濾波電路 電容濾波電路1.畫出橋式整流電容濾波電路圖，并說明濾波原理。2.如何計算橋式整流電容濾波電路的平均輸出電壓？當負載開路的時候輸出電壓為多少？實際電路中輸出電壓為多少？3.如何選擇合適的濾波電容？ 倍壓整流電路1.畫出二倍壓整流電路圖，并說明其工作原理；2.畫出多倍壓整流電路圖。 還有哪些常用的濾波電路？10.3 10.3 濾波電路濾波電路交流交流電壓電壓脈動脈動直流電壓直流電壓整流整流濾波濾波直流直流電壓電壓 經(jīng)過整流后的電源電壓雖然沒有交流變化成分，經(jīng)過整流后的電源電壓雖然沒有交流變化成分，但其脈動較大，需要經(jīng)過濾波電路消除其脈動成分，但其脈動較大，需要經(jīng)過濾波

2、電路消除其脈動成分，使其更接近于直流。使其更接近于直流。 濾波的方法一般采用無源元件濾波的方法一般采用無源元件電容或電感電容或電感，利，利用其對電壓、電流的儲能特性達到濾波的目的。用其對電壓、電流的儲能特性達到濾波的目的。10.3.1 電容濾波電路電容濾波電路 電容濾波電路是使用最多也是最簡單的濾波電路。其電容濾波電路是使用最多也是最簡單的濾波電路。其結(jié)構(gòu)為在整流電路的輸出端并聯(lián)一較大容量的電解電容，結(jié)構(gòu)為在整流電路的輸出端并聯(lián)一較大容量的電解電容，利用電容對電壓的充放電作用使輸出電壓趨于平滑。該形利用電容對電壓的充放電作用使輸出電壓趨于平滑。該形式電路多用于小功率電源電路中。式電路多用于小功

3、率電源電路中。1電容濾波原理電容濾波原理以單向橋式整流電容濾波為例進行以單向橋式整流電容濾波為例進行a橋式整流電容濾波電路橋式整流電容濾波電路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC分析，分析，其電路其電路如圖所如圖所示。示。當當RL未接入時未接入時(電容初始電壓為電容初始電壓為0)：u2tuot設設t1時刻接時刻接通電源通電源t1整流電路為整流電路為電容充電電容充電充電結(jié)束充電結(jié)束沒有電容沒有電容時的輸出時的輸出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCucuo =uc= U22c=RintC（Rint為充電回為充電回路等效電阻）路等效電阻）當當RL接入時（假設接入時（假設RL是

4、是u2在從在從0上升時接入的）：上升時接入的）：u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot無濾波電容無濾波電容時的波形時的波形加入濾波電容加入濾波電容時的波形時的波形uot充電過程：充電過程：u2上升上升, u2大于電容上的電壓大于電容上的電壓uc,u2對電容充電，對電容充電，此時二極管導通此時二極管導通放電過程：放電過程：u2下降，下降， u2小于電容上的電壓小于電容上的電壓。電容電容C通過通過RL放電，放電，uc按指數(shù)規(guī)律下降，時間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律下降，時間常數(shù) = RL C二極管承受反向電壓而截止。二極管承受反向電壓而截止。u2tuot只有整流電路輸出只有整流電路輸出電壓大于電

5、壓大于uc時，才有時，才有充電電流。充電電流。因此二極管中的電因此二極管中的電流是脈沖波。流是脈沖波。二極管中的二極管中的電流電流u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC整流二極管的導通角整流二極管的導通角u2tuot電容充電時，電容充電時，電容電壓滯后電容電壓滯后于于u2。RLC越小，輸越小，輸出電壓越低。出電壓越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且接入（且RLC較大）時較大）時2電容濾波電路的主要參數(shù)電容濾波電路的主要參數(shù) 因為濾波的過程中含有正弦波、指數(shù)曲線及諧波成分，因為濾波的過程中含有正弦波、指數(shù)曲線及諧波成分，一般很難用精確的數(shù)學表達式進行計算，所以一般使用

6、中多一般很難用精確的數(shù)學表達式進行計算，所以一般使用中多采用近似估算來確定其參數(shù)。采用近似估算來確定其參數(shù)。 輸出電壓可以近似看成鋸輸出電壓可以近似看成鋸齒波，如圖所示。齒波，如圖所示。 設設uc每次充電到峰值每次充電到峰值Uomax= U2后按后按RLC放電的初始斜率放電的初始斜率線性下降，經(jīng)過線性下降，經(jīng)過=RLC放電放電結(jié)束交于橫軸；結(jié)束交于橫軸；2 并令在并令在 （T為正弦波周為正弦波周期）處為電容充放電轉(zhuǎn)換時的電壓值期）處為電容充放電轉(zhuǎn)換時的電壓值Uomin。2T則：則：2UUUOminOmax)AV(O CR2TUUULOmaxOminOmax 由相似三角形關系可得：由相似三角形關

7、系可得：OmaxLOminOmaxUC4RT2UU 2UUUOminOmax)AV(O 則：則：2UUUOminOmaxOmax )C4RT1(ULOmax 即：即：)C4RT1(U2UL2O(AV) Io(AV)= Uo(AV)/RL教材教材P524負載開路時：負載開路時： Uo(AV)1.414U2當符合基本條件時：當符合基本條件時：Uo(AV)1.2U2脈動系數(shù)脈動系數(shù)S：采用近似波形計算。采用近似波形計算。以（以（UomaxUomin）為基波峰）為基波峰-峰值，則峰值，則OmaxLOminOmaxUC4RT2UU 1TC4R1TC4RT)C4RT1(UUC4RTSLLLOmaxOmax

8、L 實際實際uo的波動沒有近似波形誤差大，的波動沒有近似波形誤差大，故實際故實際S比計算值要小。比計算值要小。一般取一般取近似估算近似估算: Uo(AV)1.2U2(b) 流過二極管瞬時電流很大流過二極管瞬時電流很大RLC 越大越大 Uo越高越高負載電流的平均值越大負載電流的平均值越大 ; 整流管導電時間越短整流管導電時間越短 iD的峰值電流越大的峰值電流越大(a) 輸出電壓平均值輸出電壓平均值Uo與時間常數(shù)與時間常數(shù) RLC 有關有關RLC 愈大愈大 電容器放電愈慢電容器放電愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大(c) 二極管承受的最高反向電壓：二極管承受的最高反向電壓：22UURMT)5 .

9、25 . 1(2T)53(CRL (d) 濾波電容應選用耐壓濾波電容應選用耐壓1.1 的電解電容。的電解電容。2U2 由由UO(AV)的表達式可看出，的表達式可看出，C越大，越大， UO(AV)也越也越大，大，IO(AV)也會增大，而整流管的通電時間卻越短，也會增大，而整流管的通電時間卻越短，整流管的導通電流加大，如果整流管的導通電流加大，如果C太大則初始充電時太大則初始充電時間要長，整流管中通過的沖擊電流時間加長，長時間要長，整流管中通過的沖擊電流時間加長，長時間會影響整流管使用壽命。間會影響整流管使用壽命。 所以一般選擇整流管時所以一般選擇整流管時ID(AV)（23） IO(AV) 。 改

10、變改變RLC會對會對UO(AV)和和S有影響，將有影響，將UO(AV)和和IO(AV)的關系曲線稱為的關系曲線稱為輸出特性輸出特性，將，將S和和IO(AV)的關系曲線稱的關系曲線稱為為濾波特性濾波特性，如果，如果RLC越小，越小，UO(AV)越低，則越低，則S越越大，而加大大，而加大C可使濾波效果和負載能力增強，但可使濾波效果和負載能力增強，但 C不能無限增大。不能無限增大。 所以電容濾波形式電路一般適用于所以電容濾波形式電路一般適用于輸出電流較輸出電流較小且負載變化不大的場合小且負載變化不大的場合。10.3.2 10.3.2 倍壓整流電路倍壓整流電路 利用濾波電容的充放電作用，將多個電容和二

11、極利用濾波電容的充放電作用，將多個電容和二極管組合可獲得倍數(shù)于變壓器附邊電壓的輸出電壓。管組合可獲得倍數(shù)于變壓器附邊電壓的輸出電壓。1、二倍壓整流電路、二倍壓整流電路u2的正半周時：的正半周時：D1導通，導通，D2截截止，理想情況下，電容止，理想情況下，電容C1的電的電壓：壓：21CU2U u2的負半周時：的負半周時：D2導通，導通，D1截止，理想情況下，電截止，理想情況下，電容容C2的電壓：的電壓：21C22CU22UUU 輸出端的電壓：輸出端的電壓：22COU22UU 即二倍壓電壓。即二倍壓電壓。+22U2、多倍壓整流電路、多倍壓整流電路+222Uu2的第一個正半周：的第一個正半周：u2、

12、C1、D1構(gòu)成回路，構(gòu)成回路，C1充充電到：電到：22Uu2的第一個負半周：的第一個負半周：u2、C2、D2 、C1構(gòu)成回路，構(gòu)成回路，C2充電到：充電到：222UC1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6多倍壓整流電路多倍壓整流電路適合大電壓,小電流場合。+22U+222U+222U+222U+222U+222UC1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6u2的第二個正半周：的第二個正半周：u2、C1、C3 、D3 、C2構(gòu)成回構(gòu)成回路，路， C1補充電荷，補充電荷，C3充電到：充電到：222Uu2的第二個負半周：的第二個負半周： u2、C2、C4、D4、C3 、C

13、1構(gòu)構(gòu)成回路，成回路， C2補充電荷，補充電荷， C4充電到：充電到：222U把電容接在相應電容組的兩端，即把電容接在相應電容組的兩端，即可獲得所需的多倍壓直流輸出。可獲得所需的多倍壓直流輸出。電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu): 在橋式整流電路與負載間在橋式整流電路與負載間串入串入一電感一電感L就構(gòu)成了電感濾波電路。就構(gòu)成了電感濾波電路。u2u1RLLuo10.3.3 其它形式的濾波電路其它形式的濾波電路一、電感濾波電路一、電感濾波電路電感濾波原理電感濾波原理對諧波分量對諧波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,電壓大部分降在電壓大部分降在XL上。上。 因此，因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。在輸出端得

14、到比較平滑的直流電壓。Uo(AV)0.9U2當忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓當忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓: :u2u1RLLuo對直流分量對直流分量: XL=0 相當于短路相當于短路,電壓大部分降在電壓大部分降在RL上上二、復式濾波電路二、復式濾波電路改善濾波特性的方法：改善濾波特性的方法：采取多級濾波。如：采取多級濾波。如：L-C 型濾波電路：型濾波電路：在電感濾波后面再接一電容。在電感濾波后面再接一電容。RC 型濾波電路：型濾波電路：在電容濾波后再接一級在電容濾波后再接一級RC濾濾波電路。波電路。 性能及應用場合分別與電容濾波和電感濾波相似。性能及應用場合分別與電容濾波

15、和電感濾波相似。LC 型濾波電路：型濾波電路：在電容濾波后面再接在電容濾波后面再接L-C 型型濾波電路。濾波電路。. . RC RC 型型濾波器濾波器改善濾波特性的方法：改善濾波特性的方法：采取多級濾波采取多級濾波uoRu2u1C1C2uo1 RLRC 型型濾波器濾波器uoRu2u1C1C2uo1 RLuo的交流分量的基波的幅值：的交流分量的基波的幅值：moCLCLmoUXRRXRU1221)j/()j/(moLLLmoUCRRCRRRU122221)1()/(1通常選擇濾波元件的參數(shù)使得：通常選擇濾波元件的參數(shù)使得：)/(12LRRCmoLLLmoURRCRRRU121)/(1moLLLmo

16、UCRRCRRRU122221)1()/(1uo的脈動系數(shù)的脈動系數(shù)S與與uo1的脈動系數(shù)的脈動系數(shù)S 的關系：的關系：SRRCUURRCUUSLomoLomo)/(1)/(12121、 L L- -C C 型濾波電路型濾波電路u2u1LuoCRLuo1設設uo1的直流分量為的直流分量為U O，交流分量的基波的幅，交流分量的基波的幅值為值為U O1m，：，：29 . 0 UUUoo67. 0SmoCLLCLmoUXRXXRU11)j/(j)j/(moCLLCLmoUXRXXRU11)j/(j)j/(通常選擇濾波元件的參數(shù)使得：通常選擇濾波元件的參數(shù)使得：LRC1momoCLCmoULCUXXXU121111jjjuo的脈動系數(shù)的脈動系數(shù)S與與uo1的脈動系數(shù)的脈動系數(shù)S 的關系：的關系：