电容滤波电路滤波原理.pdf

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1、 电容滤波电路滤波原理 滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容 滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。当u2为正半周并且数值大于电容两端电压 uC时，二极管D1和D3管导通，D2和D4管截止,电流一路流经负载电阻RL，另一路对电容C充电。当uCu2导致D1和D3管反向偏置而截止，电容通过负载电阻Ca）电路 单相桥式整流电容滤波电路及稳态吋的波形分析 当u2为负半周幅值变化到恰好大于uC时，D2和D4因加正向电压变为导通状态，u2再次对 C充电，uC上升到u2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时 D2和D4变为截止，C对RL放 电，uC按指数规

2、律下降；放电到一定数值时 D1和D3变为导通，重复上述过程。RL C对充放电的影响 电容充电时间常数为rDC,因为二极管的rD很小，所以充电时间常数小，充电速度快;RLC为放电时间常数，因为RL较大，放电时间常数远大于充电时间常数，因此，滤波效果取决 于放电时间常数。电容C愈大，负载电阻RL愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大，如图所示。U 琴 古 5代不同时UG的波形 四、电容反馈式振荡电路X.RL放电，uC按指数规律缓慢下降。0 501 A A 1.电路组成 为了获得较好的输出电压波 形，若将电感反馈式振荡电路中的 电容换成电感，电感换成电容，并 在转换后将两个电容的公共端接 地，

3、且增加集电极电阻Rc,就可得 到电容反馈式振荡电路，如右图所 示。因为两个电容的三个端分别接 在晶体管的三个极，故也称为电容 三点式电路。2工作原理 根据正弦波振荡电路的判断方法，观察如上图所示电路，包含了放大电路、选频网络、反馈网络和非线性元件（晶体管）四个部分；放大电路能够正常工作；断开反馈，加频率为 fo的输入电压，给定其极性，判断出从 C2上所获得的 反馈电压极性与输入电压相同，所示。只要电路参数选择得当，3.振荡频率及起振条件 振荡频率 反馈系数 起振条件 4.优缺点 h*频率可调的选频阖络 故电路弦波振荡的相位条件，各点瞬时极性如图 电路就可以满足幅值条件，而产生正弦波振荡。心2

4、电容反馈式K荡电路 G 电容反馈式振荡电路的 输出电压波形 好，但若用改变电容的方法来调节振荡频 率，则会影响电路的反馈系数和起振条件；而若用改变电感的方法来调节振荡频率，则 比较困难。在振荡频率可调范围不大的情况 下，可采用如右图所示电路作为选频网络。5.稳定振荡频率的措施 若要提高电容反馈式振荡电路的频率，要减小 Ci、C2的电容量和 L 的电感量。实际上，当 Ci和 C2减小到一定程度时，晶体管的极间电容和电路中的杂散电容 将纳入 Ci和C2之中，从而影响振荡频率。这些电容等效为放大电路的输入电容 Ci和输出电容 Co，改进型电路和等效电器如下图所示。由于极间电容受温度的影 响，杂散电容

5、又难于确定，为了稳定振荡频率，在电感支路串联一个小容量电容 C3,而且 C3VVC1,C3VVC2，这样 -1-1-fa 5 G+；G+G 5 G 振荡频率 D 2开書可2开迟耳 几乎与 C1 和 C2 无关，也与 Ci和 Co无关，所以频率稳定度咼。7.1.3 LC正弦波振荡电路 LC 正弦波振荡电路与 RC 桥式正弦波振荡电路的组成原则在本质上是相同 的，只是选频网络采用 LC 电路。在 LC 振荡电路中，当 f 二 fo时，放大电路的放大 倍数数值最大，而其余频率的信号均被衰减到零；引入正反馈后，使反馈电压作 为放大电路的输入电压，以维持输出电压，从而形成正弦波振荡。由于 LC 正弦 波

6、振荡电路的振荡频率较高，所以放大电路多采用分立元件电路。一、LC 谐振回路的频率特性 LC 正弦波振荡电路中的选频网络采用 LC 并联网络，如图所示。图（a）为理想 电路，无损耗，谐振频率为/二 玄应（推导过程）在信号频率较低时，电容的容抗（血二忌厂 很大，网络呈感性；在信号频率较高时，电感的 uh 感抗（兀 F 曲）很大，网络呈容性；只有当 f=fo 时，网络才呈纯阻性，且阻抗最大。这时电路产生电 流谐振，电容的电场能转换成磁场能，而电感的 磁场能又转换成电场能，两种能量相互转换。实际的 LC 并联网络总是有损耗的，各种 损耗等效成电阻 R,如图（b）所示。电路的导纳 为 Y=J曲+-A+嗣

7、 回路的品质因数 R丘扯（推导过程）上式表明，选频网络的损耗愈小，谐振频率相同时，电容容量愈小，电感数 值愈大。当f=fo时，电抗（推导过程）当网络的输入电流为 Io 时，电容和电感的电流约为 QI。=7=J GC+根据式 2 R+嗣，可得适用于频率从零到无穷大时 LC 并联网络 电抗的表达式 Z=1/Y,其频率特性如下图所示。Q 值愈大，曲线愈陡，选频特性 愈好。O-况下的网绕 LC并联网络 o 蹲虑庖路损耗时的两竭 S LC 并联网络电杭的频率特性 若以 LC 并联网络作为共射放大电路 的集电极负载，如右图所示，则电路的电 压放大倍数 Al=0 I 根据 LC 并联网络的频率特性，当 f=

8、fo 时，电压放大倍数的数值最大，且无附加 相移（原因）。对于其余频率的信号，电 压放大倍数不但数值减小，而且有附加相 移。电路具有选频特性，故称之为选频放宙矗2 大电路。若在电路中引入正反馈，并能用 反馈电压取代输入电压，则电路就成为正 弦波振荡电路。根据引入反馈的方式不 同，LC 正弦波振荡电路分为变压器反馈 式、电感反馈式和电容反馈式三种电路。三、电感反馈式振荡电路 潼示蛮ifez 兄 Cs e I 选频放大电路 十ffc 1.电路组成 为了克服变压器反馈式振荡 电路中变压器原边线圈和副边线 圈耦合不紧密的缺点，可将变压 器反馈式振荡电路的 Ni和 N2合 并为一个线圈，如右图所示，为

9、了加强谐振效果，将电容 C 跨接 在整个线圈两端，便得到电感反 馈式振荡电路。G T 电感反窗式振荡电路 2.工作原理 观察电路它包含了放大电路、选频网络、反馈网络和非线性元件（晶体管）四个部分，而且放大电路能够正常工作。用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件：断开反馈，加频 率为 fo的输入电压，给定其极性，判断出从 N2上获得的反馈电压极性与输入电压 相同，故电路满足正弦波振荡的相位条件，各点瞬时极性如上图所示。只要电路参数选择得当，电路就可满足幅值条件，而产生正弦波振荡。如下图所示为电感反馈式振荡电路的交流通路，原边线圈的三个端分别接在 晶体管的三个极，故称电感反馈式振荡电路为

10、 电感三点式电路。Mo 电感反馆式振躇电路的交流通路 3.振荡频率及起振条件 振荡频率 A -，-L 2 汗4(8+?+2M)C 反馈系数 起振条件 4.优缺点 电感反馈式振荡电路中 N2与 Ni之间耦合紧密，振幅大，易起振；当 C 采用 可变电容时，可以获得调节范围较宽的振荡频率，最高振荡频率可达几十 由于反馈电压取自电感，对高频信号具有较大的电抗，反馈信号中含有较多的高 次谐波分量，输出电压波形不好。滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。旁路电容用在有电阻连接时，接在电阻两端MHz。使交流信

11、号顺利通过。1.关于去耦电容蓄能作用的理解 1去耦电容主要是去除高频如 RF信号的干扰，干扰的进入方式是通过电磁辐射。而实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位的。你可以把总电源看作密云水库，我们大楼内的家家户户都需要供水，这时候，水不是直接来自于水库，那样距离太远了，等水过来，我们已经渴的不行了。实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer的作用。如果微观来看，高频器件在工作的时候，其电流是不连续的，而且频率很高,而器件VCC到总电源有一段距离，即便距离不长，在频率很高的情况下，阻抗Z=i*wL+R,线路的电感影响也会非常大，会导致器件在需要电流的时候，不能被及时供给。而

12、去耦电容可以弥补此不足。这也是为什么很多电路板在高频器件 VCCt脚处放置小电容的原因之一（在vcc引脚上通常并联一个去藕电容，这样交流分量就从这个电容接地。）2）有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供 个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到 2.旁路电容和去耦电容的区别 去耦：去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的 RF能量。去耦电容还可 以为器件 供局部化的DC电压源，它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。旁路：从元件或电缆中转移出不想要的共模 RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的 能量进入敏感的部分，另外还可

13、以提供基带滤波功能（带宽受限）。我们经常可以看到，在电源和地之间连接着去耦电容，它有三个方面的作用：一是作为本集 成电路的蓄能电容；二是滤除该器件产生的高频噪声，切断其通过供电回路进行传播的通路;三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。在电子电路中,去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用，电容所处的位置不同,称呼就不一样了。对于同一个电路来说，旁路（bypass）电容是把输入信号中的高频噪声作 为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（decoupling）电容也称退耦电容，是把 输出信号的干扰作为滤除对象。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是 0.1u，O.Olu等，而去耦合电容一般

14、比较大,是10u或者更大，依据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。数字电路中典型的去耦电容值是 0.1卩F。这个电容的分布电感的典型值是 5卩Ho 0.1 uF的 去耦电容有5uH的分布电感，它的并行共振频率大约在 7MHz左右，也就是说，对于10MHz 以下的噪声有较好的去耦效果，对 40MHz以上的噪声几乎不起作用。1 u F、10uF的电容，并行共振频率在20MHZ以上,去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片 充放电电容，或1个蓄能电容，可选10uF左右。最好不用电解电容，电解电容是两层薄膜 卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯

15、电容。去耦电 容的选用并不严格，可按 C=1/F，即 10MHZ取 0.1 u F,100MHZ取 0.01 u Fo 补充：电容器选用及使用注意事项:1,一般在低频耦合或旁路，电气特性要求较低时，可选用纸介、涤纶电容器；在高频高压电 路中，应选用云母电容器或瓷介电容器；在电源滤波和退耦电路中，可选用电解电容器。2,在振荡电路、延时电路、音调电路中，电容器容量应尽可能与计算值一致。在各种滤波及 网（选频网络），电容器容量要求精确；在退耦电路、低频耦合电路中，对同两级精度的要 求不太严格。3,电容器额定电压应高于实际工作电压，并要有足够的余地，一般选用耐压值为实际工作电 压两倍以上的电容器。4,优先选用绝缘电阻高，损耗小的电容器，还要注意使用环境。呵呵,去偶电容有时侯，用的是一个大电容和一个小电容并联使用，这样更好滤除电路的谐波，使电路输入电源更平稳.信号输入 衣 融T歳电容 盍电容 一 _11 LI