模电滤波电路

Io(AV)= Uo(AV)/RL
当符合基本条件时：Uo(AV)≈1.2U2
脉动系数S：采用近似波形计算。 以（Uomax－Uomin）为基波峰-峰值，则
U Omax U Omin T U Omax 2 4RLC T U Omax T 1 4RLC S T 4RLC 4R C T L U Omax ( 1 ) 1 4RLC T
t
u1
u1
u2
D4 D3 D1 C D2
S uo RL
b
当RL接入时（假设RL是u2在从0上升时接入的）： u2 t
加入滤波电容 时的波形 无滤波电容
uo
t
时的波形
uo
t
放电过程：
充电过程：
u2上升, u2大于电容上的电压uc, u2对电容充电， 此时二极管导通
u2下降， u2小于电容上的电压。
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，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。
1．电容滤波原理
分析， 其电路 如图所 示。
以单向桥式整流电容滤波为例进行
a u2 D4 D3 b D1 C D2 S uo RL
设uc每次充电到峰值Uomax= U2后按R 2LC放电的初始斜率 线性下降，经过τ=RLC放电 T 结束交于横轴； 并令在 2 （T为正弦波周 期）处为电容充放电转换时的电压值Uomin。 则：
U O ( AV )
U Omax U Omin 2
由相似三角形关系可得：
教材P524
U Omax U Omin U Omax
2、多倍压整流电路 + – u1 u2
D1 D2 C1 C3 D3 D4 C4 C5 D5 D6 C6
+C2–
u2的第一个正半周：u2、C1、D1构成回路，C1充 电到： u2的第一个负半周：u2、C2、D2 、C1构成回路， C2充电到： 多倍压整流电路适合大电压,小电流场合。
+ u1 u2
C1 – D2
1 2 ( R // R L ) ( ) C 2 1 ( R // R L ) 通常选择滤波元件的参数使得： C 2
2
U o1 m
RL R RL
1 C 2
U' o1m
U o1 m
RL 1 U' o1m R R L C 2 ( R // R L )
uo的脉动系数S与uo1的脉动系数S´的关系：
L uo1 C1 C2
Байду номын сангаасRL
uo
显然， LC – 型滤波电路输出电压的脉动系数 比只有LC滤波时更小，波形更加平滑；由于 在输入端接入了电容，因而较只有LC滤波时， 提高了输出电压。 请自行分析LC – 型滤波电路的输出 电压和脉动系数等基本参数。
P529 表 10.3.1
U o1 m jX C 1 U' o1m U' o1m 2 jX L jX C 1 LC
uo的脉动系数S与uo1的脉动系数S´的关系：
U o1m U'o1m 1 1 S S' 2 2 Uo 1 LC U'o 1 LC
３、LC – 型滤波电路
u1 u2
10.3.3 其它形式的滤波电路
一、电感滤波电路 电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感L 就构成了电感滤波电路。 L
u1
u2
RL
uo
电感滤波原理 u1 u2
L
RL
uo
对直流分量: XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上 对谐波分量: f 越高，XL 越大,电压大部分降在XL上。 因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。 当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压:
U o1 m U' o1m 1 1 S S' Uo C 2 ( R // R L ) U' o C 2 ( R // R L )
２、 L-C 型滤波电路
L
u1
u2 uo1
C
RL
uo
设uo1的直流分量为U´O，交流分量的基波的幅值 为U´O1m，： S' 0 .67 U U' 0 .9U
Uo(AV)≈0.9U2
二、复式滤波电路
改善滤波特性的方法：采取多级滤波。如： RC– 型滤波电路：在电容滤波后再接一级RC滤 波电路。 L-C 型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。 LC – 型滤波电路：在电容滤波后面再接L-C 型 滤波电路。 性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。
• 还有哪些常用的滤波电路？
10.3 滤波电路
交流 电压
整流
脉动 直流电压
滤波
直流 电压
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， 使其更接近于直流。 滤波的方法一般采用无源元件电容或电感，利 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
实际uo的波动没有近似波形误差大， 故实际S比计算值要小。
(a) 输出电压平均值Uo与时间常数 RLC 有关 RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大 T 一般取 RLC ( 3 ~ 5 ) ( 1.5 ~ 2.5 )T 2 近似估算: Uo(AV)≈1.2U2 (b) 流过二极管瞬时电流很大 RLC 越大 Uo越高负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大 (c) 二极管承受的最高反向电压： (d) 滤波电容应选用耐压>1.1 的电解电容。
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。
o o 2
U o1 m
R L //( jX C ) ' U o1 m jX L R L //( jX C )
U o1 m
R L //( jX C ) ' U o1 m jX L R L //( jX C )
1 R L 通常选择滤波元件的参数使得： C
u1
u1
桥式整流电容滤波电路
a u1 u1 u2 D4 D3 b D1 C D2 RL S uo
当RL未接入时(电容初始电压为 0)： u2 u o = u c= U2
设t1时刻 接通电源 整流电路为 电容充电 t1 充电结束
uo
uc
（Rint为充电回 路等效电阻）
没有电容 t 时的输出 波形
τc=RintC
U O ( AV ) 则：
T 2 RL C
U Omax U Omin T U Omax 2 4RLC
U Omax U Omin U Omax U Omin U Omax 2 2 T U Omax ( 1 ) 4RLC
即：
负载开路时： Uo(AV)≈1.414U2
１. RC – 型滤波器 改善滤波特性的方法：采取多级滤波
RC – 型滤波器
u1 u2 C1
R uo1´ C2 RL uo
R u1 u2 C1 uo的交流分量的基波的幅值： uo1´ C2 RL uo
U o1 m
U o1 m
R L //( jX C 2 ) U ' o1 m R R L //( jX C 2 ) 1 RL C 2 U' o1m R RL 1 2 2 ( R // R L ) ( ) C 2
u2
D4 D3 D1 C D2
S uo RL
b RL接入（且RLC较大）时 u2 电容充电时， 电容电压滞后 于u2。 uo RLC越小，输 出电压越低。
t
t
2．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，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。 输出电压可以近似看成锯 齿波，如图所示。
+ –
D3 D4
C3
+ –
D5 D6
C5
D1
+C2–
+C4–
+ C6–
u2的第二个正半周：u2、C1、C3 、D3 、C2构成回 路， C1补充电荷，C3充电到： u2的第二个负半周： u2、C2、C4、D4、C3 、C1构 成回路， C2补充电荷， C4充电到： 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。
10.3.2 倍压整流电路
利用滤波电容的充放电作用，将多个电容和二极 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 u2的正半周时：D1导通，D2截 止，理想情况下，电容C1的电 压：
u2的负半周时：D2导通， D1截止，理想情况下，电 容C2的电压： 输出端的电压： 即二倍压电压。
由UO(AV)的表达式可看出，C越大， UO(AV)也越 大，IO(AV)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C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 会影响整流管使用寿命。 所以一般选择整流管时ID(AV)＞（2~3） IO(AV) 。 改变RLC会对UO(AV)和S有影响，将UO(AV)和IO(AV) 的关系曲线称为输出特性，将S和IO(AV)的关系曲线称 为滤波特性，如果RLC越小，UO(AV)越低，则S越 大，而加大C可使滤波效果和负载能力增强，但 C不 能无限增大。 所以电容滤波形式电路一般适用于输出电流较 小且负载变化不大的场合。