目錄

前言

電容濾波電路

1.濾波原理

2.輸出電壓平均值

3.脈動系數(shù)

4.整流二極管的導(dǎo)通角

5.電容濾波電路的輸出特性和濾波特性

倍壓整流電路

其他形式的濾波電路

1,電感濾波電路

2.復(fù)式濾波電路

3.各種濾波電路的比較

前言

????????整流電路的輸出電壓雖然是單一方向的，但是含有較大的交流成分，不能適應(yīng)大多數(shù)電子電路及設(shè)備的需要。因此，一般在整流后，還需利用濾波電路將脈動的直流電壓變成平滑的直流電壓。與用于信號處理的濾波電路相比，直流電源中濾波電路的顯著特點(diǎn)是：均采用無源電路；理想情況下，濾去所以交流成分，而只保留直流成分；能夠輸出較大電流；而且，因為整流管工作在非線性狀況(即導(dǎo)通或截止)，故而濾波特性的分析方法也不盡相同。

電容濾波電路

????????電容濾波電路是最常見也是最簡單的濾波電路，在整流電路的輸出端(即負(fù)載電阻兩端)并聯(lián)一個電容即構(gòu)成電容濾波電路，如下圖(a)所示。濾波電容容量較大，因而一般均采用電解電容，在接線時要注意電解電容的正、負(fù)極。電容濾波電路利用電容的充放電作用，使輸出電壓趨于平滑。

1.濾波原理

????????當(dāng)變壓器二次電壓處于正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓時，二極管導(dǎo)通，電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻，另一路對電容C充電。因為在理想情況下，變壓器二次側(cè)無損耗，二極管導(dǎo)通電壓為零，所以電容兩端電壓與相等，見圖(b)中曲線的ab段。當(dāng)上升到峰值后開始下降，電容通過負(fù)載電阻放電，其電壓也開始下降，趨勢與基本相同，見圖(b)中曲線的bc段。但是由于電容按指數(shù)規(guī)模放電，所以當(dāng)下降到一定數(shù)組后，的下降速度小于的下降速度，使大于從而導(dǎo)致反向偏置而變?yōu)榻刂?。此?#xff0c;電容C繼續(xù)通過放電，按指數(shù)規(guī)模緩慢下降，見圖(b)cd段。

????????當(dāng)?shù)呢?fù)半周幅值變化到恰好大于時，因加正向電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，再次對C充電，上升到的峰值后又開始下降；下降到一定數(shù)值時變?yōu)榻刂?#xff0c;C對放電，按指數(shù)規(guī)模下降；放電到一定數(shù)值時變?yōu)閷?dǎo)通，重復(fù)上述過程。

????????從圖(b)所示波形可以看出，經(jīng)濾波后的輸出電壓不僅變得平滑，而且平均值也得到提高。若考慮變壓器內(nèi)阻和二極管的導(dǎo)通電阻，則的波形如圖(c)所示，陰影部分為整流電路內(nèi)阻上的壓降。

????????從以上分析可知，電容充電時，回路電阻為整流電路的內(nèi)阻，即變壓器內(nèi)阻和二極管的導(dǎo)通電阻之和，其數(shù)值很小，因而時間常數(shù)很小。電容放電時，回路電阻為，放電時間常數(shù)為,通常遠(yuǎn)大于充電的時間常數(shù)。因此，濾波效果取決于放電時間。電容愈大，負(fù)載電阻愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大，如下圖所示。換言之，當(dāng)濾波電容容量一定時，若負(fù)載電阻減小(即負(fù)載電流增大)，則時間常數(shù)減小，放電速度加快，輸出電壓平均值隨即下降，且脈動變大。

2.輸出電壓平均值

????????濾波電路輸出電壓波形難于用解析式來描述，近似估算時，可將圖(c)所示波形近似為鋸齒波，如下圖所示。圖中T為電網(wǎng)電壓的周期。設(shè)整流電路內(nèi)阻較小而較大，電容每次充電均可達(dá)到的峰值(即)，然后按放電的起初斜率直線下降，經(jīng)交于橫軸，且在T/2處的數(shù)值為最小值,則輸出電壓平均值為

?同時按相似三角形關(guān)系可得

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????????????????

因而????????????????????????????????????????????? ?

?????????上式表明，當(dāng)負(fù)載開路，即時，.當(dāng)時，

????????????????????????????????????????????????????????????????????

????????為了獲得較好的濾波效果，在實際電路中，應(yīng)選擇濾波電容的容量滿足的條件。由于采用電解電容，考慮到電網(wǎng)電壓的波動范圍為±10%，電容的耐壓值應(yīng)大于。在半波整流電路中，為了獲得較好的濾波效果，電容容量應(yīng)選得更大些。

3.脈動系數(shù)

????????在上圖所示的近似波形中，交流分量的基波的峰—峰值為()，根據(jù)可得基波峰值為

????????????????????????????????????????????????????????????????????

因此，脈動系數(shù)為????????

或?????????????????????????????????????????????????????????????

?????????應(yīng)當(dāng)指出，由于上圖所示鋸齒波所含的交流分量大于濾波電路輸出電壓實際的交流分量，因而根據(jù)上式計算出的脈動系數(shù)大于實際數(shù)值。

4.整流二極管的導(dǎo)通角

????????在未加濾波電容之前，無論哪種整流電路中的二極管均有半個周期處于導(dǎo)通狀態(tài)，也稱二極管的導(dǎo)通角等于。加濾波電容后，只有當(dāng)電容充電時，二極管才導(dǎo)通，因此，每只二極管的導(dǎo)通角小于。而且，的值愈大，濾波效果愈好，導(dǎo)通角將俞小。由于電容濾波后輸出平均電流增大，而二極管的導(dǎo)通角反而減小，所以整流二極管在短暫的時間內(nèi)將流過一個很大的沖擊電流為電容充電，如下圖所示。這對二極管的壽命很不利，所以必須選用較大容量的整流二極管，通常應(yīng)選擇其最大整流平均電流大于負(fù)載電流的2~3倍。

5.電容濾波電路的輸出特性和濾波特性

????????當(dāng)濾波電容C選定后，輸出電壓平均值和輸出電流平均值的關(guān)系成為輸出特性，脈動系數(shù)S和輸出電流平均值的關(guān)系稱為濾波特性。根據(jù) ?和?????可畫出輸出特性如下圖(a)所示，濾波特性如圖(b)所示。曲線表明，C愈大電路帶負(fù)載能力俞強(qiáng)，濾波效果愈好；愈大(即負(fù)載電阻俞小)，俞低，S的值愈大。

????????綜上所述，電容濾波電路簡單易行，輸出電壓平均值高，適用于負(fù)載電流較小且變化也較小的場合。

倍壓整流電路

????????利用濾波電容的存儲作用，由多個電容和二極管可以獲得幾倍于變壓器二次電壓的輸出電壓，稱之為倍壓整流電路。

????????下圖所示為二倍壓整流電路，為變壓器二次電壓有效值。其工作原理簡述如下：當(dāng)正半周時，A點(diǎn)為“+”，B點(diǎn)為“-”，使得二極管導(dǎo)通，截止；充電，電流如圖實線所示；上電壓極性右為“+”，左為“-”，最大值可達(dá)。當(dāng)負(fù)半周時，A點(diǎn)為“-”，B點(diǎn)為“+”，上電壓于變壓器二次電壓相加，使得導(dǎo)通，截止；充電，電流如圖中虛線所示；上電壓的極性下為“+”，上為“-”，最大值可達(dá)。可見，是對電荷的存儲作用，使輸出電壓(即電容上的電壓)為變壓器二次電壓峰值的2倍，利用同樣原理可以實現(xiàn)所需倍速的輸出電壓。

????????下圖所示為多倍壓整流電路，在空載情況下，根據(jù)上述分析方法可得，上電壓為，上電壓均為2。因此，以兩端作為輸出端，輸出電壓的值為；以兩端作為輸出端，輸出電壓的值為2；以和上電壓相加作為輸出，輸出電壓的值為3······以此類推，從不同位置輸出，可獲得的4、5、6倍的輸出電壓。應(yīng)當(dāng)指出，為了簡便起見，分析這類電路時，總是設(shè)電路空載，且已處于穩(wěn)態(tài)；當(dāng)電路帶上負(fù)載后，輸出電壓將不可能達(dá)到峰值的倍數(shù)。

其他形式的濾波電路

1,電感濾波電路

????????在大電流負(fù)載情況下，由于負(fù)載電阻很小，若采用電容濾波電路，則電容容量勢必很大，而且整流二極管的沖擊電流也非常大，這就使得整流管和電容器的選擇變得很困難，甚至不太可能，在此情況下應(yīng)當(dāng)采用電感濾波。在整流電路與負(fù)載電阻之間串聯(lián)一個電感線圈L就構(gòu)成電感濾波，如下圖所示。由于電感線圈的電感量要足夠大，所以一般需要采用有鐵芯的線圈。

????????電感的基本性質(zhì)是當(dāng)流過它的電流變化時，電感線圈中產(chǎn)生的感生電動勢將阻止電流的變化。當(dāng)通過電感線圈的電流增大時，電感線圈產(chǎn)生的自感電動勢與電流方向相反，阻止電流的增加，同時將一部分電腦轉(zhuǎn)化成磁場能存儲于電感之中；當(dāng)通過電感線圈的電流減小時，自感電動勢與電流方向相同，阻止電流的減小，同時釋放出存儲的能力，以補(bǔ)償電流的減小。因此，經(jīng)電感濾波后，不但負(fù)載電流及電壓的脈動減小，波形變得平滑，而且整流二極管的導(dǎo)通角增大。

????????整流電路輸出電壓可分解為兩部分，一部分為直流分量，它就是整流電路輸出電壓的平均值，對于全波整流電路，其值約為0.9；另一部分為交流分量；如上圖所標(biāo)注。電感線圈對直流分量呈現(xiàn)的電抗很小，就是線圈本身的電阻R；而對交流分量呈現(xiàn)的電抗為。所以若二極管的導(dǎo)通角近似為，則電感濾波后的輸出電壓平均值

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輸出電壓的交流分量

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????????從“電感濾波后的輸出電壓平均值”可以看出，電感濾波電路輸出電壓平均值小于整流電路輸出電壓平均值，在線圈電阻可忽略的情況下，。從“輸出電壓的交流分量”可以看出，在電感線圈不變的情況下，負(fù)載電阻愈小(即負(fù)載電流愈大)，輸出電壓的交流分量愈小，脈動愈小。注意，只有在遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于時，才能獲得較好的濾波效果。顯然，L愈大，濾波效果愈大。

????????另外，由于濾波電感電動勢的作用，可以使二極管的導(dǎo)通角等于，減小了二極管的沖擊電流，平滑了流過二極管???????電流，從而延長了整流二極管的壽命。

2.復(fù)式濾波電路

????????當(dāng)單獨(dú)使用電容或電感進(jìn)行濾波，效果仍不理想時，可采用復(fù)式濾波電路。電容和電感是基本的濾波元件，利用它們對直流量和交流量呈現(xiàn)不同電抗的特點(diǎn)，只要合理地接入電路都可以達(dá)到濾波的目的。下圖(a)所示為LC濾波電路，圖(b)(c)所示為兩種型濾波電路。

3.各種濾波電路的比較

????????下表中列出各種濾波電路性能的比較。構(gòu)成濾波電路的電容及電感應(yīng)足夠大，為二極管的導(dǎo)通角，凡角小的，整流管的沖擊電流大；凡角大的，整流管的沖擊電流小。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的直流电源_滤波电路的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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