电容滤波电路 电感滤波电路作用原理

为什么整流后加上滤波电容在不带负载时电压为何升高？这是因为加上滤
波测得的电压是含有脉动成分的峰值电压，加上负载后就是平均值，计算：峰值
电压=1.414×理论输出电压
有源滤波-电子电路滤波
电阻滤波本身有很多矛盾,电感滤波成本又高,故一般线路常采用有源滤波电路,
电路如图6。它是由 C1、R、C2组成的π型 RC 滤波电路与有源器件晶体管 T 组
样一来大容量电容在加电瞬间很有很大的短路电流,这个电流对整流二极管,变
压器冲击很大,所以现在一般的做法是在整流前加一的 功率型 NTC 热敏电阻来
维持平衡,因 NTC 热敏电阻在常温下电阻很大,加电后随着温度升高，电阻阻值
迅速减小,这个电路叫软起动电路。这种电路缺点是：断电后，在热时间常数内，
NTC 热敏电阻没有恢复到零功率电阻值，所以不宜频繁的开启。
到了削减。
从 RL 负载电阻两端看，基极回路的滤波元件 R、C2折合到射极回路，相当
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于 R 减小了(1+β)倍，而 C2增大了(1+β)倍。这样所需的电容 C2只是一般 RCπ
型滤波器所需电容的1／β，比如晶体管的直流放大系数β=50，如果用一般 RCπ
型滤波器所需电容容量为1000µF，如采用电子滤波器，那么电容只需要20µF
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3、L 形 RC 滤波电路
L 形 RC 滤波电路就是在普通电容滤波电路中电容器前面加个电阻器，电阻器是 串联在电路中，而电容器是并联在电路中，这时电阻器和电容器形成了的 L 字 形状，所以称它们为 L 形 RC 滤波电路。它的滤波原理和滤波效果都和普通电容 滤波电路是差不多，这时电容器和电阻器也构成了分压电路，因为电容的容抗很 小，所以对交流分量的分压衰减很大，这样交流量通过电容器短路接地，达到滤 波的目的。对于直流电压部分，由于电容器对直流电呈隔离状态，这时电容器对 电阻器没有分压作用，直流不会流过电容器。在这种滤波电路中，如果电阻器的 阻值不变时，加大滤波电容的容量可以提高滤波效果，滤波电容的容量越大越好。
到了平波作用。若采用电感滤波，当输入电压增高时，与负载串联的电感 L 中
的电流增加，因此电感 L 将存储部分磁场能量，当电流减小时，又将能量释放
出来，使负载电流变得平滑，因此，电感 L 也有平波作用。
利用储能元件电感器 L 的电流不能突变的特点，在整流电路的负载回路中串联 一个电感，使输出电流波形较为平滑。因为电感对直流的阻抗小，交流的阻抗大， 因此能够得到较好的滤波效果而直流损失小。电感滤波缺点是体积大 ,成本 高.838电子 桥式整流电感滤波电路如图2所示。电感滤波的波形图如图2所示。根据电感的 特点，当输出电流发生变化时，L 中将感应出一个反电势，使整流管的导电角增 大，其方向将阻止电流发生变化。
，电路输出维持一个恒定值。实际上电路总要带一定的
负载，有负载的情况如下。 2．带载时的情况 图5给出了电容滤波电路在带电阻负载后的工作情况。接通交流电源后，二极管 导通，整流电源同时向电容充电和向负载提供电流,输出电压的波形是正弦形。 在 时刻，即达到 u2 90°峰值时，u2开始以正弦规律下降，此时二极管是否关 断，取决于二极管承受的是正向电压还是反向电压。 先设达到90°后，二极管关断，那么只有滤波电容以指数规律向负载放电，从而 维持一定的负载电流。但是90°后指数规律下降的速率快，而正弦波下降的速率 小，所以超过90°以后有一段时间二极管仍然承受正向电压，二极管导通。随着 u2的下降，正弦波的下降速率越来越快，uC 的下降速率越来越慢。所以在超过 90°后的某一点，例如图5(b)中的 t2时刻，二极管开始承受反向电压，二极管 关断。此后只有电容器 C 向负载以指数规律放电的形式提供电流，直至下一个 半周的正弦波来到，u2再次超过 uC，如图5(b)中的 t3时刻，二极管重又导电。
由分析可知，电阻 R 的作用是将残余的纹波电压降落在电阻两端，最后由 C2再旁路掉。在ω值一定的情况下，R 愈大，C2愈大，则脉动系数愈小，也就 是滤波效果就越好。而 R 值增大时，电阻上的直流压降会增大，这样就增大了 直流电源的内部损耗；若增大 C2的电容量，又会增大电容器的体积和重量，实 现起来也不现实。这种电路一般用于负载电流比较小的场合.新艺图库 电感滤波电路
以上过程电容器的放电时间常数为
电容滤波一般负载电流较小，可以满足 td 较大的条件，所以输出电压波形 的放电段比较平缓，纹波较小，输出脉动系数 S 小，输出平均电压 UO(AV)大， 具有较好的滤波特性。
（a）电路图
（b）
波形图
图5带载时桥式整流滤波电路
以上滤波电路都有一个共性,那就是需要很大的电容容量才能满足要求,这
图2电感滤波电路 838电子在桥式整流电路中，当 u2正半周时，D1、D3导电，电感中的电流 将滞后 u2不到90°。当 u2超过90°后开始下降，电感上的反电势有助于 D1、 D3继续导电。当 u2处于负半周时，D2、D4导电，变压器副边电压全部加到 D1、D3两端，致使 D1、D3反偏而截止，此时，电感中的电流将经由 D2、D4 提供。由于桥式电路的对称性和电感中电流的连续性，四个二极管 D1、D3； D2、D4的导电角θ都是180°，这一点与电容滤波电路不同。
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2、电感滤波电路
电感滤波电路的原理也和电容器滤波差不多，也是因为电感器的通直阻交特性和 储能特性。从储能方面来解释的话和电容器是一样的原理，从通直阻交特性方面 来解释电感器的滤波电路时，电感器是把单向脉动性直流电压分解出来的交流电 压部分进行阻碍，而电容器却是短路接地。电感量越大滤波效果越好，由电感器 单独作滤波电路的情况很少，一般会和电容一起组合使用。
就满足要求了。采用此电路可以选择较大的电阻和较小的电容而达到同样的滤波 效果，因此被广泛地用于一些小型电子设备的电源之中。
图6
无源滤波电路：若滤波电路仅由无源元件（电阻、电容、电感）组成。 有源滤波电路：若滤波电路不仅由无源元件，还由有源元件（双极型管、单极型 管、集成运放）组成。 有源电路说白点就是元件必须有工作电源支持。无源电路中的器件不需要工作电 源支持。 这里可理解源就是电源。 无源电路中的信号如果没有外部信号补充最后将衰减为零，有源元件定义为可以 给外部电路提供大于零的平均功率的元件，而且该平均功率可以持续无限长的时 间；反之，则是无源元件。 这时候可理解源就是有源元件提供的信号源。 LC 滤波主要是电感的电阻小,直流损耗小.对交流电的感抗大,滤波效果好.缺点是 体积大,笨重.成本高.用在要求高的电源电路中. RC 滤波中的电阻要消耗一部分直流电压,R 不能取得很大,用在电流小要求不高 的电路中.RC 体积小,成本低.滤波效果不如 LC 电路.
图3电感滤波电路波形图 已知桥式整流电路二极管的导通角是180°，整流输出电压是半个半个正弦波， 其平均值约为 。电感滤波电路，二极管的导通角也是180°，当忽略电感器 L 的 电阻时，负载上输出的电压平均值也是 。如果考虑滤波电感的直流电阻 R，则 电感滤波电路输出的电压平均值为
要注意电感滤波电路的电流必须要足够大，即 RL 不能太大，应满足 wL>>RL， 此时 IO（AV）可用下式计算
滤波电路
1、电容滤波电路
分析电容滤波电路工作原理时，主要是用到了电容器的隔直通交特性和储能特 性。前面整流电路输出的脉动性直流电压可分解成一个直流电压和一组频率不同 的交流电，交流电压部分就会从电容器流过到地，而直流电压部分却因电容器的
通交隔直特性而不能接地才流到下一级电路。这样电容器就把原单向脉动性直流 电压中的交流部分的滤去掉了。 另外电容滤波电路也可以用电容储能特性来解释，当单向脉动直流电压处于高峰 值时电容就充电，而当处于低峰值电压时就放电，这样把高峰值电压存储起来到 低峰值电压处再释放。把高低不平的单向脉动性直流电压转换成比较平滑的直流 电压。 滤波电容的容量通常比较大，并且往往是整机电路中容量最大的一只电容器。滤 波电容的容量大，滤波效果好。电容滤波电路是各种滤波电路中最常用一种。
由于电感的直流电阻小，交流阻抗很大，因此直流分量经过电感后的损失很小， 但是对于交流分量，在 wL 和 上分压后，很大一部分交流分量降落在电感上， 因而降低了输出电压中的脉动成分。电感 L 愈大，RL 愈小，则滤波效果愈好， 所以电感滤波适用于负载电流比较大且变化比较大的场合。采用电感滤波以后， 延长了整流管的导电角，从而避免了过大的冲击电流。
电容滤波原理详解 1．空载时的情况 当电路采用电容滤波，输出端空载，如图4(a)所示，设初始时电容电压 uC 为零。
接入电源后，当 u2在正半周时，通过 D1、D3向电容器 C 充电；当在 u2的负 半周时，通过 D2、D4向电容器 C 充电，充电时间常数为
（
a
）
电
路
图
（b）波形图
图4 空载时桥式整流电容滤波电路
成 的 射 极 输 出 器 连 接 而 成 的 电 路 。 由 图 6 可 知 ， 流 过 R 的 电 流 IR=IE ／
(1+β)=IRL／(1+β)。流过电阻 R 的电流仅为负载电流的1/(1+β)．所以可以
采用较大的 R，与 C2配合以获得较好的滤波效果，以使 C2两端的电压的脉动
成分减小，输出电压和 C2两端的电压基本相等，因此输出电压的脉动成分也得
根据电抗性元件对交、直流阻抗的不同，由电容 C 及电感 L 所组成的 滤波电路的基本形式如图1所示。因为电容器 C 对直流开路，对交流阻抗小，所 以 C 并联在负载两端。电感器 L 对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此 L 应与负 载串联。
（A）电容滤波 动系数 S=(1/ωC2R')S'
（B） C-R-C 或 RC-π型电阻滤波 脉
（C） L-C 电感滤波
（D） π型滤波或叫 C-L-C 滤波
图1 无源滤波电路的基本形式
并联的电容器 C 在输入电压升高时，给电容器充电，可把部分能量存储在电容
器中。而当输入电压降低时，电容两端电压以指数规律放电，就可以把存储的能
量释放出来。经过滤波电路向负载放电，负载上得到的输出电压就比较平滑，起
半波整流输出电压的脉动系数为 S=1．57，全波整流和桥式整流的输出电 压的脉动系数 S≈O．67。对于全波和桥式整流电路采用 C 型滤波电路后，其脉 动系数 S=1／(4(RLC／T-1)。(T 为整流输出的直流脉动电压的周期。)新艺图 库 电阻滤波电路 RC-π型滤波电路，实质上是在电容滤波的基础上再加一级 RC 滤波电路组成的。 如图1(B)RC 滤波电路。若用 S 表示 C1两端电压的脉动系数，则输出电压两端 的脉动系数 S=(1/ωC2R)S。
式中 包括变压器副边绕组的直流电阻和二极管的正向导通电阻。由于 一般很
小，电容器很快就充到交流电压 u2的最大值 ，如波形图2（b） 的时刻。此后，
u2开始下降，由于电路输出端没接负载，电容器没有放电回路，所以电容电压
值 uC 不变，此时，uC＞u2，二极管两端承受反向电压，处于截止状态，电路
的输出电压
如果滤波电容的容量不变，加大电阻器的阻值也可以提高滤波效果，但是滤波电 阻的阻值不能太大，因为滤波电阻的阻值太大的话，直流输出电压就会变小。
整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从示波器观察整流电路的输出，与直 流相差很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。为获得比较理想的直流电 压，需要利用具有储能作用的电抗性元件（如电容、电感）组成的滤波电路来滤 除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。
常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤 波、电感滤波和复式滤波(包括倒 L 型、LC 滤波、LCπ型滤波和 RCπ型滤波等)。 有源滤波的主要形式是有源 RC 滤波，也被称作电子滤波器。直流电中的脉动成 分的大小用脉动系数来表示，此值越大，则滤波器的滤波效果越差。 脉动系数(S)=输出电压交流分量的基波最大值／输出电压的直流分量