《整流與濾波》課件

整流與濾波整流和濾波是電子電路中至關(guān)重要的兩個(gè)步驟。整流將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，而濾波則平滑直流電，消除波動(dòng)和噪聲。整流電路的作用11.將交流電轉(zhuǎn)換為直流電整流電路的作用是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為直流負(fù)載供電，例如，將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源為手機(jī)充電。22.降低電壓波動(dòng)整流電路還可以降低直流電壓的波動(dòng)，使輸出的直流電壓更加穩(wěn)定，為負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電源。33.提高電壓效率整流電路可以提高電壓的利用效率，減少能量損失，使其更有效地將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。單相半波整流單相半波整流電路是最簡(jiǎn)單的整流電路之一。它使用一個(gè)二極管，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。半波整流電路僅利用交流電的正半周進(jìn)行整流，負(fù)半周則被阻斷，因此輸出電壓的波形只有正半周，而且包含較大的脈動(dòng)成分。半波整流電路的輸出電壓波形是單極性的，而且有較大的紋波，因此一般需要進(jìn)行濾波處理才能用于負(fù)載供電。單相全波整流電路結(jié)構(gòu)兩個(gè)二極管串聯(lián)連接，輸入交流信號(hào)，輸出直流信號(hào)。輸出波形全波整流電路可以將正負(fù)半周的交流信號(hào)都整流成直流信號(hào)，輸出波形為脈動(dòng)直流。應(yīng)用場(chǎng)景單相全波整流電路廣泛應(yīng)用于電源設(shè)備、直流電機(jī)、電子設(shè)備等。三相全波整流三相全波整流電路使用三個(gè)二極管，可以實(shí)現(xiàn)更高的整流效率。每個(gè)二極管分別對(duì)應(yīng)一個(gè)相位，當(dāng)其正向?qū)〞r(shí)，電流會(huì)流過(guò)該二極管并到達(dá)負(fù)載。與單相整流相比，三相整流可以產(chǎn)生更平滑的直流輸出，因?yàn)槿齻€(gè)相位交替導(dǎo)通，使輸出電流更均勻。三相全波整流電路廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備，例如電源供應(yīng)器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和焊接機(jī)。濾波電路的作用平滑輸出整流后的直流電壓含有大量的交流成分，濾波電路可以將其過(guò)濾掉，使輸出電壓更加平滑、穩(wěn)定。提高直流電壓濾波電路可以將整流后的電壓提高到所需的直流電壓水平，滿足電路對(duì)電壓的要求。RC濾波電路RC濾波電路由電阻和電容組成，利用電容的充放電特性來(lái)濾除特定頻率的信號(hào)。電容對(duì)低頻信號(hào)阻抗較低，對(duì)高頻信號(hào)阻抗較高，從而起到濾波作用。LC濾波電路LC濾波電路LC濾波電路由電感和電容組成，具有較高的濾波效果。電感電感可以阻止交流信號(hào)通過(guò)，但允許直流信號(hào)通過(guò)。電容電容可以儲(chǔ)存電荷，并對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行濾波。應(yīng)用LC濾波電路廣泛應(yīng)用于電源電路、信號(hào)處理等領(lǐng)域。濾波器的頻率特性濾波器是電子電路中用于選擇特定頻率信號(hào)的重要元件。它根據(jù)頻率特性對(duì)不同頻率的信號(hào)進(jìn)行處理，例如增強(qiáng)或衰減。1截止頻率濾波器開始衰減信號(hào)的頻率2通帶濾波器允許通過(guò)的頻率范圍3阻帶濾波器衰減的頻率范圍4滾降率濾波器在阻帶中衰減信號(hào)的速度高通濾波器高通濾波器，又稱高頻濾波器，只允許高于截止頻率的信號(hào)通過(guò)，而抑制低于截止頻率的信號(hào)。高通濾波器在音頻信號(hào)處理、圖像處理、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，例如去除低頻噪聲、提取高頻信息等。低通濾波器低通濾波器允許低頻信號(hào)通過(guò)，而阻擋高頻信號(hào)。它可以消除信號(hào)中的高頻噪聲，平滑信號(hào)波形，提取信號(hào)的低頻成分。低通濾波器廣泛應(yīng)用于音頻信號(hào)處理、圖像處理、控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。低通濾波器的濾波效果由截止頻率決定。截止頻率是指濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減的臨界頻率，高于截止頻率的信號(hào)被衰減，低于截止頻率的信號(hào)被通過(guò)。帶通濾波器帶通濾波器帶通濾波器只允許特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，而阻擋其他頻率的信號(hào)。它通過(guò)組合低通濾波器和高通濾波器實(shí)現(xiàn)。頻率響應(yīng)帶通濾波器有一個(gè)中心頻率，信號(hào)在中心頻率附近更容易通過(guò)。頻率響應(yīng)圖顯示了輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的幅值比。應(yīng)用無(wú)線通信音頻處理信號(hào)調(diào)制與解調(diào)帶阻濾波器帶阻濾波器又稱為陷波濾波器，是指在特定頻率范圍內(nèi)阻擋信號(hào)通過(guò)，而其他頻率信號(hào)則可以順利通過(guò)的濾波器。帶阻濾波器在電子電路設(shè)計(jì)中扮演著重要角色，廣泛應(yīng)用于信號(hào)處理、通信系統(tǒng)和音頻設(shè)備等領(lǐng)域，以消除特定頻率的干擾信號(hào)，提高系統(tǒng)性能和信號(hào)質(zhì)量。分壓式濾波器原理分壓式濾波器利用電容和電阻的串聯(lián)組合，對(duì)直流電源進(jìn)行濾波。輸出波形分壓式濾波器可以有效地濾除直流電源中的交流成分，提高直流電源的質(zhì)量。應(yīng)用場(chǎng)景分壓式濾波器在低功率應(yīng)用中較為常見，例如小型電子設(shè)備、電源適配器等。橋式濾波器橋式濾波器是一種常見的濾波器，它由四個(gè)二極管和一個(gè)電容器組成。橋式濾波器可以有效地濾除整流后的交流電中的紋波成分，輸出較為平穩(wěn)的直流電壓。橋式濾波器的工作原理是利用四個(gè)二極管將整流后的交流電中的負(fù)半周電流反向?qū)?，從而形成一個(gè)完整的直流電流回路，同時(shí)電容器起到緩沖作用，平滑電流波動(dòng)。有源濾波電路有源濾波電路利用了運(yùn)算放大器等主動(dòng)元件，通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波功能。與無(wú)源濾波電路相比，有源濾波電路具有更高的濾波效率，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的濾波特性，并且可以進(jìn)行增益調(diào)整。諧振現(xiàn)象電路共振LC串聯(lián)諧振電路，電路總阻抗最小，電流最大，此時(shí)頻率被稱為諧振頻率。振蕩現(xiàn)象在諧振狀態(tài)下，電路中的能量會(huì)在電容和電感之間來(lái)回振蕩，形成持續(xù)的交流信號(hào)。應(yīng)用范圍廣泛應(yīng)用于無(wú)線電通信、電子設(shè)備、濾波器和傳感器等領(lǐng)域。諧振電路的應(yīng)用無(wú)線電接收諧振電路可以用來(lái)選擇特定頻率的無(wú)線電波，實(shí)現(xiàn)無(wú)線電接收。無(wú)線電發(fā)射諧振電路可以用來(lái)產(chǎn)生特定頻率的無(wú)線電波，實(shí)現(xiàn)無(wú)線電發(fā)射。信號(hào)處理諧振電路可以用來(lái)濾除噪聲，提取特定頻率的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理。穩(wěn)壓電路的作用穩(wěn)定電壓穩(wěn)壓電路可以有效地穩(wěn)定電壓，確保設(shè)備正常工作，不受電壓波動(dòng)影響。輸出電壓穩(wěn)定，可以防止設(shè)備損壞，延長(zhǎng)使用壽命。提高可靠性穩(wěn)壓電路可以消除電壓波動(dòng)，提高電路的可靠性。例如，電源電路的電壓穩(wěn)定，可以確保計(jì)算機(jī)等設(shè)備的正常運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題。三端調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器三端穩(wěn)壓器是一種集成電路，可提供穩(wěn)定的輸出電壓。它們通常具有三個(gè)引腳：輸入、輸出和接地。三端穩(wěn)壓器廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備，例如電源、音頻放大器和計(jì)算機(jī)。開關(guān)穩(wěn)壓電路工作原理開關(guān)穩(wěn)壓電路利用開關(guān)器件的通斷來(lái)控制輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。效率高開關(guān)穩(wěn)壓電路的效率更高，因?yàn)殚_關(guān)器件的損耗很小。應(yīng)用廣泛開關(guān)穩(wěn)壓電路廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備，例如手機(jī)充電器、電腦電源等。恒流源電路恒流源電路是輸出電流恒定，而輸出電壓會(huì)隨著負(fù)載變化的電路。恒流源電路主要應(yīng)用于LED驅(qū)動(dòng)，激光器電源，精密儀器等。恒流源電路可分為線性恒流源和開關(guān)恒流源。常用電路參數(shù)的測(cè)量電壓測(cè)量使用萬(wàn)用表或示波器測(cè)量直流電壓或交流電壓。電流測(cè)量將萬(wàn)用表串聯(lián)到電路中測(cè)量電流，使用電流表或示波器。電阻測(cè)量斷開電路，使用萬(wàn)用表測(cè)量電阻值。頻率測(cè)量使用頻率計(jì)或示波器測(cè)量信號(hào)的頻率。性能指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)紋波系數(shù)反映輸出電壓的穩(wěn)定程度效率衡量能量轉(zhuǎn)換的有效性溫度漂移溫度變化對(duì)性能的影響負(fù)載能力最大輸出電流整流電路的工作原理1二極管的單向?qū)щ娦哉麟娐返暮诵脑嵌O管，它具有單向?qū)щ娦裕措娏髦荒茉谝粋€(gè)方向流動(dòng)。2交流電轉(zhuǎn)換為直流電當(dāng)交流電輸入時(shí)，二極管只允許正半周的電流通過(guò)，負(fù)半周的電流被阻斷，從而將交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電。3濾波電路的應(yīng)用由于脈動(dòng)直流電仍然含有交流成分，需要使用濾波電路來(lái)平滑波形，得到較為穩(wěn)定的直流電。濾波電路的設(shè)計(jì)1確定濾波類型根據(jù)應(yīng)用需求選擇低通、高通、帶通或帶阻濾波器2選擇濾波元件電容、電感或電阻，考慮成本、性能和尺寸3計(jì)算元件參數(shù)根據(jù)目標(biāo)濾波頻率和阻抗計(jì)算電容、電感值4電路模擬與優(yōu)化使用軟件模擬電路性能，調(diào)整參數(shù)以達(dá)到最佳濾波效果濾波電路設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的工程，需要考慮多種因素。首先要根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的濾波類型，然后選擇合適的濾波元件。接著需要根據(jù)目標(biāo)濾波頻率和阻抗計(jì)算電容、電感值，并通過(guò)電路模擬與優(yōu)化，調(diào)整參數(shù)以達(dá)到最佳濾波效果。濾波器的分類及特點(diǎn)11.被動(dòng)濾波器由電阻、電容和電感等無(wú)源元件組成，沒(méi)有能量增益，只改變信號(hào)的頻率特性。22.主動(dòng)濾波器使用放大器等有源器件，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的濾波功能，具有能量增益。33.數(shù)字濾波器通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)濾波功能，靈活性和可控性高，應(yīng)用廣泛。44.帶通濾波器允許特定頻率范圍的信號(hào)通過(guò)，抑制其他頻率。穩(wěn)壓電路的分類及應(yīng)用線性穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路使用三端穩(wěn)壓器，通過(guò)調(diào)整基準(zhǔn)電壓來(lái)控制輸出電壓。此類型穩(wěn)壓電路效率較低，適合低功率應(yīng)用，例如電子設(shè)備中的電源。開關(guān)穩(wěn)壓電路開關(guān)穩(wěn)壓電路利用開關(guān)器件和控制電路來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。此類型穩(wěn)壓電路效率較高，適合高功率應(yīng)用，例如電腦電源和服務(wù)器電源。如何選擇合適的整流濾波電路1負(fù)載類型確定負(fù)載類型，是直流還是交流，功率大小，對(duì)電壓穩(wěn)定性的要求等等。2輸出電壓整流濾波電路需要提供合適的輸出電壓，滿足負(fù)載的工作需求。3輸出電流選擇整流濾波電路時(shí)，需要考慮輸出電流的大小，確保能夠滿足負(fù)載的電流需求。4成本和效率權(quán)衡成本和效率，選擇最適合的方案。實(shí)踐應(yīng)用中的注意事項(xiàng)電路參數(shù)選擇合適的元件，例如電容、電感、二極管等，以滿足特定的應(yīng)用需求。