电路基础与集成电子技术-102滤波电路.ppt

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1、第第10章章 直流电源直流电源 10.2 滤波电路滤波电路 10.2.2 电容滤波电路电容滤波电路 10.2.3 电感滤波电路电感滤波电路*滤波的基本原理滤波的基本原理 各种滤波电路的比较各种滤波电路的比较*第第10章章 直流电源直流电源 整流电路的输出电压虽然是单一方向的，但是脉动较大，整流电路的输出电压虽然是单一方向的，但是脉动较大，含有较大的谐波成分，不能适应大多数电子线路及设备的需要，含有较大的谐波成分，不能适应大多数电子线路及设备的需要，还需利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。还需利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。滤波电路是利用滤波电路是利用电抗性元件储能电

2、抗性元件储能的特点来实现滤波。电的特点来实现滤波。电容器容器C 对直流开路，对交流阻抗小，所以对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两应该并联在负载两端。电感器端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应与负载应与负载串联。经过滤波电路后，减小了电路的脉动系数，改善了直流串联。经过滤波电路后，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。电压的质量。图图10.2.1 利用电抗性元件滤波利用电抗性元件滤波 滤波的基本原理滤波的基本原理 第第10章章 直流电源直流电源 10.2.2.1 电容滤波原理分析电容滤波原理分析 在输入电压升高时，二极管导通，电容

3、器在输入电压升高时，二极管导通，电容器C相当并联在相当并联在u2两端，两端，u2给给C的充电，可把部分能量存储在电容器中。的充电，可把部分能量存储在电容器中。当输入电压降低时，滤波电容与整流桥断开，电容两端当输入电压降低时，滤波电容与整流桥断开，电容两端电压以指数规律放电，就可以把存储的能量释放给负载。由电压以指数规律放电，就可以把存储的能量释放给负载。由于滤波电容向负载放电，负载上得到的输出电压就比较平滑，于滤波电容向负载放电，负载上得到的输出电压就比较平滑，起到了滤波作用。起到了滤波作用。图图10.2.2 电容滤波电路电容滤波电路充电充电放电放电分界点分界点10.2.2 电容滤波电路电容滤

4、波电路 第第10章章 直流电源直流电源 图图10.2.2(b)电容滤波波形分析电容滤波波形分析指数放电快指数放电快设分界点在设分界点在90 显然，二极管导电对应电容显然，二极管导电对应电容C充电；充电；二极管截止对应二极管截止对应电容电容C放电，那么这个分界点到底在那里？放电，那么这个分界点到底在那里？正弦曲线下降慢正弦曲线下降慢 当分界点超过当分界点超过90，达到某一点，正弦曲达到某一点，正弦曲线和和指数曲指数曲线的下降速率相等的下降速率相等以后，二极管截止。以后，二极管截止。当下个半周正弦波上升当下个半周正弦波上升超过超过uC时，时，二极管重新二极管重新导通。通。当变压器次级电压当变压器次

5、级电压u2大于大于uC时，二极管导通，时，二极管导通，u2给电容给电容器充电，电容器器充电，电容器C相当并联在变压器次级绕组上，相当并联在变压器次级绕组上，uC的波形的波形近似为正弦形。近似为正弦形。当当u2达到达到90开始下降，此时二极管并不会截止。如果假开始下降，此时二极管并不会截止。如果假使二极管截止，电容使二极管截止，电容C就要向就要向RL放电，由于正弦刚超过放电，由于正弦刚超过90下下降很慢，而指数曲降很慢，而指数曲线则线则下降很快，仍然可以下降很快，仍然可以满满足足u2 uc，二，二极管继续导电。极管继续导电。当超过当超过90，达到某一点，正弦曲线和指数曲线的下降速，达到某一点，正

6、弦曲线和指数曲线的下降速率相等以后，二极管才真正截止。率相等以后，二极管才真正截止。电容电容C以指数规律向以指数规律向RL放放电，当下一个半周的正弦曲线上升超过电，当下一个半周的正弦曲线上升超过uc 时，二极管重又导时，二极管重又导通。放电时间常数通。放电时间常数 d=RLC，二极管导通角度为，二极管导通角度为 180。d整流二极管导整流二极管导通的电角度称通的电角度称为导通角为导通角 d=RLC第第10章章 直流电源直流电源 图图10.2.2(b)电容滤波效果与时间常数的关系电容滤波效果与时间常数的关系 电容滤波的效果是台高电容滤波的效果是台高了了C 放电段波形的高度放电段波形的高度，提高了

7、，提高了输出电压平均值。显然，输出电压平均值。显然，放电时间常数放电时间常数 d=RLC越大越大，输出，输出电压平均值越大，纹波越小，电压平均值越大，纹波越小，导通角导通角 越小。越小。注意，电容滤波的效果与注意，电容滤波的效果与 d有关，而不仅仅与有关，而不仅仅与C或或RL的的大小一个因素有关。例如负载开路时，即使滤波电容很小，大小一个因素有关。例如负载开路时，即使滤波电容很小，输出电压纹波极小，近似等于输出电压纹波极小，近似等于uo=uc=。d增加增加 视频图象视频图象第第10章章 直流电源直流电源 10.2.2.2 电容滤波的几点结论电容滤波的几点结论1 1输出电压平均值输出电压平均值U

8、O(AV)UO(AV)与放电时间常数与放电时间常数RLC有关。有关。RLC越大，电容器放电越大，电容器放电速度越慢，则输出电压所包含的交流成分速度越慢，则输出电压所包含的交流成分(纹波纹波)越小越小,UO(AV)越越大。为获得平滑的输出电压，一般取放电时间常数为大。为获得平滑的输出电压，一般取放电时间常数为式中式中T为脉动电压的周期，对于半波整流是为脉动电压的周期，对于半波整流是20ms，对于桥式整，对于桥式整流是流是10ms。工程上也常将上式写成如下形式。工程上也常将上式写成如下形式如果再近似一些，在整流电路的内阻不太大，并且放电时间常如果再近似一些，在整流电路的内阻不太大，并且放电时间常数

9、满足式数满足式(10.2.4)的关系时，可用下式的关系时，可用下式(10.2.3)(10.2.4)(10.2.5)第第10章章 直流电源直流电源 由上式可知，为减小输出电压的脉动成分，采用的滤波电由上式可知，为减小输出电压的脉动成分，采用的滤波电容器的容量越大越好，交流电源的频率越高越好。容器的容量越大越好，交流电源的频率越高越好。电容滤波的输出电压波形很难用一个准确的解析表达式来电容滤波的输出电压波形很难用一个准确的解析表达式来描述，因此描述，因此脉动系数脉动系数常采用近似估算：常采用近似估算：2.脉动系数脉动系数S 图图10.2.2(b)纹波与滤波时间常数的关系纹波与滤波时间常数的关系 d

10、增加，增加，S减小减小第第10章章 直流电源直流电源 加入滤波电容以后，整流二极管的导通角加入滤波电容以后，整流二极管的导通角 2 3 图图10.2.3 导通角与滤波时间常数的关系导通角与滤波时间常数的关系第第10章章 直流电源直流电源 电容滤波电路的外特性描述了整流电路输出电压的平电容滤波电路的外特性描述了整流电路输出电压的平均值均值UO(AV)与输出电流与输出电流IO之间的关系。之间的关系。4.电容滤波电路的外特性和滤波特性电容滤波电路的外特性和滤波特性 (1)外特性外特性 当负载电阻当负载电阻RL越越小，即小，即IO愈大时，愈大时，UO(AV)下降的很快，电下降的很快，电路的带负载能力变

11、差。路的带负载能力变差。所以电容滤波电所以电容滤波电路适合应用于固定负路适合应用于固定负载或输出电流较小、载或输出电流较小、负载电流变化不大的负载电流变化不大的场合。场合。图图10.2.4(a)电容滤波电路的外特性电容滤波电路的外特性第第10章章 直流电源直流电源 电容滤波电路的滤波特性描述了当电容滤波电路的滤波特性描述了当RL或或C改变时，对改变时，对脉动系数脉动系数S的影响。的影响。(2)滤波特性滤波特性 当当 负负 载载 电电 阻阻 RL 减减小小，即即IO增增大大时时，S增增大大；C减减小小时时，则则S增增 大大。所以在电容滤波电所以在电容滤波电路中，增加路中，增加C的容量，的容量，可

12、以令可以令S减小。减小。图图10.2.4(b)电容滤波电路的滤波特性电容滤波电路的滤波特性第第10章章 直流电源直流电源 例：已知图电容滤波电路的输入电压是例：已知图电容滤波电路的输入电压是50Hz交流电，输出电压交流电，输出电压变化范围变化范围1214V，12V时对应的负载电流是时对应的负载电流是1A，14V时对应的时对应的负载电流是。试计算滤波电容的数值。负载电流是。试计算滤波电容的数值。解：解：对应对应1A时，负载电阻时，负载电阻RL=12/1=12；对应时，负载；对应时，负载电阻电阻RL=14/0.5=28 由式由式(10.2.4)可得可得取耐压为取耐压为25V，容量为，容量为1800

13、 F的铝电解电容器。的铝电解电容器。图图10.2.2 电容滤波电路电容滤波电路第第10章章 直流电源直流电源 利用储能元件电感器利用储能元件电感器L的电流不能突变的性质，把电感的电流不能突变的性质，把电感L与整流电路的负载与整流电路的负载RL相串联，也可以起到滤波的作用。相串联，也可以起到滤波的作用。当输入电压升高时，电感当输入电压升高时，电感 L 中的电流增加，因此电感中的电流增加，因此电感 L 将存储部分磁场能量；当输入电压减小时，电感又以电流的将存储部分磁场能量；当输入电压减小时，电感又以电流的形式将磁场能量释放出来，使负载电流变得平滑。形式将磁场能量释放出来，使负载电流变得平滑。图图1

14、0.2.5 电感滤波电路电感滤波电路10.2.3 电感滤波电路电感滤波电路*第第10章章 直流电源直流电源 输出电压平均值输出电压平均值整流二极管正向平均电流整流二极管正向平均电流注意 L越大，越大，RL越小，即滤波时间常数越大，滤波效果越好，越小，即滤波时间常数越大，滤波效果越好，所以电感滤波适用于负载电流较大且变化较大的场合。所以电感滤波适用于负载电流较大且变化较大的场合。图图10.2.6 电感滤波电路波形图电感滤波电路波形图视频图象视频图象第第10章章 直流电源直流电源 电感滤波电路的特性如下，左侧的是外特性，右侧为电感滤波电路的特性如下，左侧的是外特性，右侧为滤波特性。滤波特性。图图10.2.7 电感滤波电路的特性曲线电感滤波电路的特性曲线(a)外特性外特性(b)滤波特性滤波特性第第10章章 直流电源直流电源 类型类型性能性能适用场合适用场合电感滤波电感滤波LC滤波滤波1.2*小小小电流小电流负载负载大大大电流大电流负载负载大大适应性适应性较强较强1.2*小小小电流小电流负载负载电容滤波电容滤波RC 或或LC 型型滤波电路滤波电路 各种滤波电路的比较各种滤波电路的比较*第第10章章 直流电源直流电源