模电滤波电路

1、阅读提纲:10.3 滤波电路 电容滤波电路1.画出桥式整流电容滤波电路图，并说明滤波原理。2.如何计算桥式整流电容滤波电路的平均输出电压？当负载开路的时候输出电压为多少？实际电路中输出电压为多少？3.如何选择合适的滤波电容？ 倍压整流电路1.画出二倍压整流电路图，并说明其工作原理；2.画出多倍压整流电路图。 还有哪些常用的滤波电路？10.3 10.3 滤波电路滤波电路交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波直流直流电压电压 经过整流后的电源电压虽然没有交流变化成分，经过整流后的电源电压虽然没有交流变化成分，但其脉动较大，需要经过滤波电路消除其脉动成分，但其脉动较大，需要经过滤波

2、电路消除其脉动成分，使其更接近于直流。使其更接近于直流。 滤波的方法一般采用无源元件滤波的方法一般采用无源元件电容或电感电容或电感，利，利用其对电压、电流的储能特性达到滤波的目的。用其对电压、电流的储能特性达到滤波的目的。10.3.1 电容滤波电路电容滤波电路 电容滤波电路是使用最多也是最简单的滤波电路。其电容滤波电路是使用最多也是最简单的滤波电路。其结构为在整流电路的输出端并联一较大容量的电解电容，结构为在整流电路的输出端并联一较大容量的电解电容，利用电容对电压的充放电作用使输出电压趋于平滑。该形利用电容对电压的充放电作用使输出电压趋于平滑。该形式电路多用于小功率电源电路中。式电路多用于小功

3、率电源电路中。1电容滤波原理电容滤波原理以单向桥式整流电容滤波为例进行以单向桥式整流电容滤波为例进行a桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC分析，分析，其电路其电路如图所如图所示。示。当当RL未接入时未接入时(电容初始电压为电容初始电压为0)：u2tuot设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路为整流电路为电容充电电容充电充电结束充电结束没有电容没有电容时的输出时的输出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCucuo =uc= U22c=RintC（Rint为充电回为充电回路等效电阻）路等效电阻）当当RL接入时（假设接入时（假设RL是

4、是u2在从在从0上升时接入的）：上升时接入的）：u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot无滤波电容无滤波电容时的波形时的波形加入滤波电容加入滤波电容时的波形时的波形uot充电过程：充电过程：u2上升上升, u2大于电容上的电压大于电容上的电压uc,u2对电容充电，对电容充电，此时二极管导通此时二极管导通放电过程：放电过程：u2下降，下降， u2小于电容上的电压小于电容上的电压。电容电容C通过通过RL放电，放电，uc按指数规律下降，时间常数按指数规律下降，时间常数 = RL C二极管承受反向电压而截止。二极管承受反向电压而截止。u2tuot只有整流电路输出只有整流电路输出电压大于电

5、压大于uc时，才有时，才有充电电流。充电电流。因此二极管中的电因此二极管中的电流是脉冲波。流是脉冲波。二极管中的二极管中的电流电流u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC整流二极管的导通角整流二极管的导通角u2tuot电容充电时，电容充电时，电容电压滞后电容电压滞后于于u2。RLC越小，输越小，输出电压越低。出电压越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时2电容滤波电路的主要参数电容滤波电路的主要参数 因为滤波的过程中含有正弦波、指数曲线及谐波成分，因为滤波的过程中含有正弦波、指数曲线及谐波成分，一般很难用精确的数学表达式进行计算，所以一般使用

6、中多一般很难用精确的数学表达式进行计算，所以一般使用中多采用近似估算来确定其参数。采用近似估算来确定其参数。 输出电压可以近似看成锯输出电压可以近似看成锯齿波，如图所示。齿波，如图所示。 设设uc每次充电到峰值每次充电到峰值Uomax= U2后按后按RLC放电的初始斜率放电的初始斜率线性下降，经过线性下降，经过=RLC放电放电结束交于横轴；结束交于横轴；2 并令在并令在 （T为正弦波周为正弦波周期）处为电容充放电转换时的电压值期）处为电容充放电转换时的电压值Uomin。2T则：则：2UUUOminOmax)AV(O CR2TUUULOmaxOminOmax 由相似三角形关系可得：由相似三角形关

7、系可得：OmaxLOminOmaxUC4RT2UU 2UUUOminOmax)AV(O 则：则：2UUUOminOmaxOmax )C4RT1(ULOmax 即：即：)C4RT1(U2UL2O(AV) Io(AV)= Uo(AV)/RL教材教材P524负载开路时：负载开路时： Uo(AV)1.414U2当符合基本条件时：当符合基本条件时：Uo(AV)1.2U2脉动系数脉动系数S：采用近似波形计算。采用近似波形计算。以（以（UomaxUomin）为基波峰）为基波峰-峰值，则峰值，则OmaxLOminOmaxUC4RT2UU 1TC4R1TC4RT)C4RT1(UUC4RTSLLLOmaxOmax

8、L 实际实际uo的波动没有近似波形误差大，的波动没有近似波形误差大，故实际故实际S比计算值要小。比计算值要小。一般取一般取近似估算近似估算: Uo(AV)1.2U2(b) 流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很大RLC 越大越大 Uo越高越高负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大(a) 输出电压平均值输出电压平均值Uo与时间常数与时间常数 RLC 有关有关RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大(c) 二极管承受的最高反向电压：二极管承受的最高反向电压：22UURMT)5 .

9、25 . 1(2T)53(CRL (d) 滤波电容应选用耐压滤波电容应选用耐压1.1 的电解电容。的电解电容。2U2 由由UO(AV)的表达式可看出，的表达式可看出，C越大，越大， UO(AV)也越也越大，大，IO(AV)也会增大，而整流管的通电时间却越短，也会增大，而整流管的通电时间却越短，整流管的导通电流加大，如果整流管的导通电流加大，如果C太大则初始充电时太大则初始充电时间要长，整流管中通过的冲击电流时间加长，长时间要长，整流管中通过的冲击电流时间加长，长时间会影响整流管使用寿命。间会影响整流管使用寿命。 所以一般选择整流管时所以一般选择整流管时ID(AV)（23） IO(AV) 。 改

10、变改变RLC会对会对UO(AV)和和S有影响，将有影响，将UO(AV)和和IO(AV)的关系曲线称为的关系曲线称为输出特性输出特性，将，将S和和IO(AV)的关系曲线称的关系曲线称为为滤波特性滤波特性，如果，如果RLC越小，越小，UO(AV)越低，则越低，则S越越大，而加大大，而加大C可使滤波效果和负载能力增强，但可使滤波效果和负载能力增强，但 C不能无限增大。不能无限增大。 所以电容滤波形式电路一般适用于所以电容滤波形式电路一般适用于输出电流较输出电流较小且负载变化不大的场合小且负载变化不大的场合。10.3.2 10.3.2 倍压整流电路倍压整流电路 利用滤波电容的充放电作用，将多个电容和二

11、极利用滤波电容的充放电作用，将多个电容和二极管组合可获得倍数于变压器附边电压的输出电压。管组合可获得倍数于变压器附边电压的输出电压。1、二倍压整流电路、二倍压整流电路u2的正半周时：的正半周时：D1导通，导通，D2截截止，理想情况下，电容止，理想情况下，电容C1的电的电压：压：21CU2U u2的负半周时：的负半周时：D2导通，导通，D1截止，理想情况下，电截止，理想情况下，电容容C2的电压：的电压：21C22CU22UUU 输出端的电压：输出端的电压：22COU22UU 即二倍压电压。即二倍压电压。+22U2、多倍压整流电路、多倍压整流电路+222Uu2的第一个正半周：的第一个正半周：u2、

12、C1、D1构成回路，构成回路，C1充充电到：电到：22Uu2的第一个负半周：的第一个负半周：u2、C2、D2 、C1构成回路，构成回路，C2充电到：充电到：222UC1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6多倍压整流电路多倍压整流电路适合大电压,小电流场合。+22U+222U+222U+222U+222U+222UC1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6u2的第二个正半周：的第二个正半周：u2、C1、C3 、D3 、C2构成回构成回路，路， C1补充电荷，补充电荷，C3充电到：充电到：222Uu2的第二个负半周：的第二个负半周： u2、C2、C4、D4、C3 、C

13、1构构成回路，成回路， C2补充电荷，补充电荷， C4充电到：充电到：222U把电容接在相应电容组的两端，即把电容接在相应电容组的两端，即可获得所需的多倍压直流输出。可获得所需的多倍压直流输出。电路结构电路结构: 在桥式整流电路与负载间在桥式整流电路与负载间串入串入一电感一电感L就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。u2u1RLLuo10.3.3 其它形式的滤波电路其它形式的滤波电路一、电感滤波电路一、电感滤波电路电感滤波原理电感滤波原理对谐波分量对谐波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上。 因此，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得

14、到比较平滑的直流电压。Uo(AV)0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压: :u2u1RLLuo对直流分量对直流分量: XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上上二、复式滤波电路二、复式滤波电路改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波。如：采取多级滤波。如：L-C 型滤波电路：型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。在电感滤波后面再接一电容。RC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后再接一级在电容滤波后再接一级RC滤滤波电路。波电路。 性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。性能及应用场合分别与电容滤波

15、和电感滤波相似。LC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后面再接在电容滤波后面再接L-C 型型滤波电路。滤波电路。. . RC RC 型型滤波器滤波器改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波采取多级滤波uoRu2u1C1C2uo1 RLRC 型型滤波器滤波器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通常选择滤波元件的参数使得：通常选择滤波元件的参数使得：)/(12LRRCmoLLLmoURRCRRRU121)/(1moLLLmo

16、UCRRCRRRU122221)1()/(1uo的脉动系数的脉动系数S与与uo1的脉动系数的脉动系数S 的关系：的关系：SRRCUURRCUUSLomoLomo)/(1)/(12121、 L L- -C C 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoCRLuo1设设uo1的直流分量为的直流分量为U O，交流分量的基波的幅，交流分量的基波的幅值为值为U O1m，：，：29 .0 UUUoo67. 0SmoCLLCLmoUXRXXRU11)j/(j)j/(moCLLCLmoUXRXXRU11)j/(j)j/(通常选择滤波元件的参数使得：通常选择滤波元件的参数使得：LRC1momoCLCmoULCUXXXU121111jjjuo的脉动系数的脉动系数S与与uo1的脉动系数的脉动系数S 的关系：的关系：