电子技术基础-15滤波电路的类型和应用

1、 滤波电路的类型和应用滤波电路的类型和应用赤壁市机电信息技术学校赤壁市机电信息技术学校杨杨展展Email: 将不同频率交流信号分开，让特定频段内的信号通过，而将不同频率交流信号分开，让特定频段内的信号通过，而对其他频率范围内的信号抑制或衰减的过程。对其他频率范围内的信号抑制或衰减的过程。 具有这种功能的电路称为具有这种功能的电路称为滤波器滤波器。1.滤波的定义滤波的定义一、滤波的概念一、滤波的概念2.滤波器的分类滤波器的分类（1）按内部是否有电源和有源器件：）按内部是否有电源和有源器件：有源滤波器有源滤波器：一般由集成运放和：一般由集成运放和RC网络组成，由电源向集成运网络组成，由电源向集成运

2、 放提供能量。放提供能量。无源滤波器无源滤波器：一般由电容、电感、电阻等无源元件构成。：一般由电容、电感、电阻等无源元件构成。 一、滤波的概念一、滤波的概念（2）按幅频特性：）按幅频特性：低通滤波器低通滤波器(Low Pass Filter) ：通低频阻高频通低频阻高频高通滤波器高通滤波器(High Pass Filter) ：通通高高频阻低频频阻低频带通滤波器带通滤波器(Band Pass Filter) ：通中频阻高、低频通中频阻高、低频带阻滤波器带阻滤波器(Band Elimination Filter) ：通高、低频阻中频通高、低频阻中频AfOAfOAfOAfO通带通带阻带阻带通带通带

3、阻带阻带通带通带阻带阻带通带通带阻带阻带通带通带阻带阻带 一、滤波的概念一、滤波的概念3.几种常见无源滤波电路结构几种常见无源滤波电路结构 一、滤波的概念一、滤波的概念4.电容、电感的性质电容、电感的性质1.1.对电流也有阻碍作用，分别称为容抗和感抗。对电流也有阻碍作用，分别称为容抗和感抗。C1X2 fC LX2 fL 交流电频率交流电频率f f越高，越高，X XC C越小；越小；f f越小，越小，X XC C越大；所以越大；所以电容在交流电路中的作用是电容在交流电路中的作用是通高频阻低频通高频阻低频。交流电频率交流电频率f f越高，越高，X XL L越大；越大；f f越小，越小，X XL L

4、越小；所以越小；所以电感在交流电路中的作用是电感在交流电路中的作用是通低频阻高频通低频阻高频。2.2.当两端电压增大时，电容当两端电压增大时，电容/ /电感从电源取用能量，称为电感从电源取用能量，称为充电充电； 当两端电压减小时，电容当两端电压减小时，电容/ /电感向电源放还能量，称为电感向电源放还能量，称为放电放电。3.3.充放电的持续时间称为时间常数充放电的持续时间称为时间常数 RC LR 一、滤波的概念一、滤波的概念5.5.电容充放电过程的微观分析电容充放电过程的微观分析( (1).1).充电过程充电过程. .由于由于电荷量电荷量增加，由增加，由C=Q/UC=Q/U知：知：U=Q/CU=

5、Q/C，电压，电压U U增大；电位差增大；电位差为零时为零时, U=E, U=E. .电位差较大电位差较大时时电流较大电流较大; ;电位差减小时电流减小电位差减小时电流减小; ;电位差电位差为为 0 0时电流时电流为为 0 0结论结论： 电容器电容器在充电过程中，电容器两端电压由小变大，在充电过程中，电容器两端电压由小变大，最后最后等等于电源电压；而电流却由大变小，最后变为零。于电源电压；而电流却由大变小，最后变为零。tEuC/iCOiCuc 一、滤波的概念一、滤波的概念5.5.电容充放电过程的微观分析电容充放电过程的微观分析（2 2）. .放电过程放电过程. .在电场力作用下，两极板间的正负

6、电荷不断中和，电容器上在电场力作用下，两极板间的正负电荷不断中和，电容器上的电压随着放电而下降，直至两极板电荷完全中和，的电压随着放电而下降，直至两极板电荷完全中和，UC为为. . 电位差较大时电流较大；电位差减小电位差较大时电流较大；电位差减小时时电流减小；电位差电流减小；电位差为为 0时电流时电流为为 0。结论：结论： 电容器电容器在放电过程中，电容器两端的电压由大变小在放电过程中，电容器两端的电压由大变小，最后，最后变为零；放电电流也由大变小，最后变为零。变为零；放电电流也由大变小，最后变为零。 tEuC/iCOiCucic=uc/R 1整流电路的输出为什么需要滤波？整流电路的输出为什么

7、需要滤波？P17二、几种整流滤波电路二、几种整流滤波电路2电容和电感为什么可以构成滤波器？电容和电感为什么可以构成滤波器？P173几种常见的滤波器的电路结构？几种常见的滤波器的电路结构？P17 （1）电路结构）电路结构1.电容器半波整流滤波电路电容器半波整流滤波电路二、几种整流滤波电路二、几种整流滤波电路 v2为第一个正半周为第一个正半周当当 v2 vC 时，时，VD 导通，对导通，对 C 充电。如图（充电。如图（b）所示。）所示。 v2 由由 0 开始上升，但当开始上升，但当 v2 vC 时，时，VD 导通，继续对导通，继续对 C 充电，但因为电容器上有充电，但因为电容器上有剩余电压，充电时

8、间缩短。剩余电压，充电时间缩短。当当 v2 vC 时，时，VD 截止，电容通截止，电容通过过 RL 放电。放电。直流电流：直流电流：LOORVI 电容的充放电反复进行，直电容的充放电反复进行，直到电容器到电容器 C 上充电上升的电压等于上充电上升的电压等于放电下降的电压时，进入稳定状态。放电下降的电压时，进入稳定状态。波形如图（波形如图（d d）所示。）所示。 （3）各电量波形图对应关系）各电量波形图对应关系u2tOtOuc接通电源接通电源C充电充电C放电时刻放电时刻C放电时刻放电时刻C充电时刻充电时刻t0t1t2t3t4t5t6t7t8 T0-t1时刻，时刻，u2正半周增大，正半周增大，二极

9、管二极管正偏正偏导通导通，电容器开始充电，电容器开始充电， uc开始开始增大。增大。T1-t2时刻，时刻，u2过正半周最大值开始减小，但仍比过正半周最大值开始减小，但仍比uc大，大，二极管二极管仍仍 正偏正偏导通导通，电容器仍，电容器仍 继续充电，继续充电，uc继续继续增大增大。t2时刻后，时刻后，u2uc，二极管，二极管截止截止，电容器开始放电，电容器开始放电， uc开始开始减小减小。 t3-t4时刻，时刻，u2处于负半周处于负半周u2uc ，二极管，二极管截止截止，电容器继续放电。，电容器继续放电。 t5时刻时刻后后，u2uc ，二极管开始，二极管开始导通导通，电容器开始充电，电容器开始充

10、电，uc增大增大。t4时刻后，时刻后，u2进入正半周，进入正半周， u2开始增大，在开始增大，在t5时刻前，时刻前， 仍有仍有u2 uc，二极管继续二极管继续截止截止，电容器，电容器开始继续放电。开始继续放电。 t5-t6时刻，时刻，u2uc ，二极管持续，二极管持续导通导通，电容器持续充电，电容器持续充电，uc增大增大。 t6-t7时刻，时刻，u2uc ，二极管持续，二极管持续导通导通，电容器持续充电，电容器持续充电，uc增大增大。t7时刻后，时刻后，u2uc，二极管再次，二极管再次截止截止，电容器又开始放电，电容器又开始放电， uc开开 始始减小减小。（4）充放电过程）充放电过程 （1）电

11、路结构和波形图）电路结构和波形图2.电容器全波整流滤波电路电容器全波整流滤波电路二、几种整流滤波电路二、几种整流滤波电路 （2）各电量波形图对应关系）各电量波形图对应关系u2tOuctOD1导通导通D2截止截止C充电充电D1、D2均截止均截止C放电放电D1截止截止D2导通导通C充电充电D1、D2均截止均截止C放电放电D1导通导通D2截止截止C充电充电D1、D2均截止均截止C放电放电 输出电压（平均值）：输出电压（平均值）： 全波整流电路输出的是全波脉动直流电，输入电压正全波整流电路输出的是全波脉动直流电，输入电压正负半周对电容负半周对电容 C 充电两次，充电方向相同，电容充电两次，充电方向相同

12、，电容 C 对负载放对负载放电时间缩短。电时间缩短。半波：半波：VO V2 全波：全波：VO 1.2 1.2 V2 （3）电路特点及计算公式）电路特点及计算公式 图示采用图示采用 型型 RC RC 滤波电路的桥式整流器。滤波电路的桥式整流器。1 型型 RC 滤波电路滤波电路电路中电路中 C C1 1 的作用和上面讲的滤波作用相同，的作用和上面讲的滤波作用相同，R R 和和 C C2 2 起起进一步平滑作用，进一步平滑作用， C C2 2 越大，效果越好。只是电阻越大，效果越好。只是电阻 R R 上的直上的直流压降使输出电压降低。流压降使输出电压降低。三、其他几种滤波电路简介三、其他几种滤波电路

13、简介 2.1单相整流电路单相整流电路2 型型 LC 滤波电路滤波电路图示为图示为 型型 LC LC 滤波电路。滤波电路。滤波作用最好，适用于负载电阻小，电流大，滤波电滤波作用最好，适用于负载电阻小，电流大，滤波电压要求比较高的场合。压要求比较高的场合。 这种滤波电路线圈体积大、笨重、成本高。这种滤波电路线圈体积大、笨重、成本高。 3 型型 LC 滤波电路滤波电路图示为图示为 型型 LC LC 滤波电路。滤波电路。图中图中 L L 为电感量很大的铁心线圈，使加到为电感量很大的铁心线圈，使加到 R RL L 上的交流上的交流成分减小，所以这种滤波器的平滑滤波作用比成分减小，所以这种滤波器的平滑滤波

14、作用比 RC RC 滤波器好。滤波器好。三、其他几种滤波电路简介三、其他几种滤波电路简介 4电感滤波电路电感滤波电路图示为图示为 电感电感滤波电路滤波电路。 输出电压较平坦，适用于输出电流较大，负载变化较大的场输出电压较平坦，适用于输出电流较大，负载变化较大的场合合。二极管上的电流为连续波形。二极管上的电流为连续波形。 这种这种滤波电路线圈体积大、笨重、成本滤波电路线圈体积大、笨重、成本高，易引起电磁干扰高，易引起电磁干扰 三、其他几种滤波电路简介三、其他几种滤波电路简介 类型类型电容滤波电容滤波 电感滤波电感滤波RC-型型LC-型型LC- 型型UO1.2U20.9U21.2U21.2U20.

15、9U2二极管冲击电流大小大大小负载能力差强差较强强适用场合小电流大电流小电流小电流大电流其他特点 电路简单 笨重价高R上有直流压降一般L较小，R较大一般L较大C较小L笨重价高5几种滤波电路对比几种滤波电路对比 1单相半波整流电路负载所获得的电压、电流是正弦半波，单相半波整流电路负载所获得的电压、电流是正弦半波，其电压平其电压平均值均值 ；整流二极管的极限参数选择：应使；整流二极管的极限参数选择：应使 IVM IO， VM 。单相整流滤波电路小结单相整流滤波电路小结2O45. 0VV 22V2O9 . 0VV 3单相桥式整流电路为全波整流电路，在电源正、负半周单相桥式整流电路为全波整流电路，在电源正、负半周时，两组电路轮流工作，所以二极管中的电流平均值仅为负载时，两组电路轮流工作，所以二极管中的电流平均值仅为负载电流的一半。电流的一半。 2单相全波整流电路采用全波整流，使输出电压平均值提单相全波整流电路采用全波整流，使输出电压平均值提高一倍，即高一倍，即 。全波整流电路的主要缺点是管子的耐压。全波整流电路的主要缺点是管子的耐压值需要提高一倍，电源变压器需要有中心抽头，因此元器件费值需要提高一倍，电源变压器需要有中心抽头，因此元器件费用增