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標簽 > 濾波器電路
濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復式濾波電路。
濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復式濾波電路。
濾波是信號處理中的一個(gè)重要概念。濾波分經(jīng)典濾波和現代濾波。
經(jīng)典濾波的概念，是根據傅里葉分析和變換提出的一個(gè)工程概念。根據高等數學(xué)理論，任何一個(gè)滿(mǎn)足一定條件的信號，都可以被看成是由無(wú)限個(gè)正弦波疊加而成。換句話(huà)說(shuō)，就是工程信號是不同頻率的正弦波線(xiàn)性疊加而成的，組成信號的不同頻率的正弦波叫做信號的頻率成分或叫做諧波成分。只允許一定頻率范圍內的信號成分正常通過(guò)，而阻止另一部分頻率成分通過(guò)的電路，叫做經(jīng)典濾波器或濾波電路。
濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復式濾波電路。
濾波是信號處理中的一個(gè)重要概念。濾波分經(jīng)典濾波和現代濾波。
經(jīng)典濾波的概念，是根據傅里葉分析和變換提出的一個(gè)工程概念。根據高等數學(xué)理論，任何一個(gè)滿(mǎn)足一定條件的信號，都可以被看成是由無(wú)限個(gè)正弦波疊加而成。換句話(huà)說(shuō)，就是工程信號是不同頻率的正弦波線(xiàn)性疊加而成的，組成信號的不同頻率的正弦波叫做信號的頻率成分或叫做諧波成分。只允許一定頻率范圍內的信號成分正常通過(guò)，而阻止另一部分頻率成分通過(guò)的電路，叫做經(jīng)典濾波器或濾波電路。
工作原理
當流過(guò)電感的電流變化時(shí)，電感線(xiàn)圈中產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢將阻止電流的變化。當通過(guò)電感線(xiàn)圈的電流增大時(shí)，電感線(xiàn)圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢與電流方向相反，阻止電流的增加，同時(shí)將一部分電能轉化成磁場(chǎng)能存儲于電感之中；當通過(guò)電感線(xiàn)圈的電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢與電流方向相同，阻止電流的減小，同時(shí)釋放出存儲的能量，以補償電流的減小。因此經(jīng)電感濾波后，不但負載電流及電壓的脈動(dòng)減小，波形變得平滑，而且整流二極管的導通角增大。
在電感線(xiàn)圈不變的情況下，負載電阻愈小，輸出電壓的交流分量愈小。只有在RL》》ωL時(shí)才能獲得較好的濾波效果。L愈大，濾波效果愈好。
另外，由于濾波電感電動(dòng)勢的作用，可以使二極管的導通角接近π，減小了二極管的沖擊電流，平滑了流過(guò)二極管的電流，從而延長(cháng)了整流二極管的壽命。
四種常見(jiàn)濾波電路
有源濾波電路
為了提高濾波效果，解決π型RC濾波電路中交、直流分量對R的要求相互矛盾的問(wèn)題，在RC電路中增加了有源器件-晶體管，形成了RC有源濾波電路。常見(jiàn)的RC有源濾波電路如圖Z0716所示。
它實(shí)質(zhì)上是由C1、Rb、C2組成的π型RC濾波電路與晶體管T組成的射極輸出器聯(lián)接而成的電路。該電路的優(yōu)點(diǎn)是：
1．濾波電阻Rb 接于晶體管的基極回路，兼作偏置電阻，由于流過(guò)Rb 的電流入很小，為輸出電流Ie的1／（1＋β），故Rb可取較大的值（一般為幾十k Ω），既使紋波得以較大的降落，又不使直流損失太大。
2．濾波電容C2接于晶體管的基極回路，便可以選取較小的電容，達到較大電容的濾波效果，也減小了電容的體積，便于小型化。如圖中接于基極的電容C2 折合到發(fā)射極回路就相當于（1＋β）C2的電容的濾波效果（因 ie = （1+ β ）ib之故）。
3．由于負載凡接于晶體管的射極，故 RL上的直流輸出電壓UE≈UB，即基本上同RC無(wú)源濾波輸出直流電壓相等。
這種濾波電路濾波特性較好，廣泛地用于一些小型電子設備之中。
復式濾波電路
復式濾波電路常用的有LCГ型、LCπ型和RCπ 型3種形式，如圖Z0715所示。它們的電路組成原則是，把對交流阻抗大的元件（如電感、電阻）與負載串聯(lián)，以降落較大的紋波電壓，而把對交流阻抗小的元件（如電容）與負載并聯(lián)，以旁路較大的紋波電流。其濾波原理與電容、電感濾波類(lèi)似，這里僅介紹RCπ型濾波。
圖Z0715（c）為RCπ型濾波電路，它實(shí)質(zhì)上是在電容濾波的基礎上再加一級RC濾波電路組成的。其濾波原理可以這樣解釋?zhuān)航?jīng)過(guò)電容C1濾波之后，C1兩端的電壓包含一個(gè)直流分量 與交流分量 ，作為RC2濾波的輸入電壓。對直流分量而言，C2 可視為開(kāi)路，RL上的輸出直流電壓為：
對于交流分量 而言，其輸出交流電壓為：
由式可見(jiàn)，R愈小，輸出的直流分量愈大；由式 可見(jiàn)，RC2愈大，輸出的交流分量愈小。濾波效果愈好。所以R受兩方面的制約，只能兼顧選擇。這種濾波電路較單電容濾波效果好，、但也只適用于負載電流不大的場(chǎng)合。
電感濾波電路
帶電感濾波的全波整流電路如圖Z0713 所示。濾波元件L串在整流輸出與負載RL之間（電感濾波一般不與半波整流搭配）。其濾波原理可用電磁感應原理來(lái)解釋。當電感中通過(guò)交變電流時(shí)，電感兩端便產(chǎn)生出一反電勢阻礙電流的變化：當電流增大時(shí)，反電勢會(huì )阻礙電流的增大，并將一部分能量以磁場(chǎng)能量?jì)Υ嫫饋?lái)；當電流減小時(shí)，反電勢會(huì )阻礙電流的減小，電感釋放出儲存的能量。這就大大減小了輸出電流的變化，使其變得平滑，達到了濾波目的。當忽略L(fǎng)的直流電阻時(shí)，RL上的直流電壓UL與不加濾波時(shí)負載上的電壓相同，即UL =0.9U2 GS0718
電感濾波原理，也可以用電感對交、直流分量感抗不同，使直流順利通過(guò)，使交流得受阻的原理來(lái)解釋。
與電容濾波相比，電感濾波有以下特點(diǎn)：
1．電感濾波的外特性和脈動(dòng)特性好。其外特性和脈動(dòng)特性如圖Z0714 所示。UL隨ＩL的增大下降不多，基本上是平坦的（下降是L的直流電阻引起的）；S隨ＩL的增大而減小。
2．電感濾波電路整流二極管的導通角 θ=π。
3．電感濾波輸出電壓較電容濾波為低。故一般電感濾波適用于輸出電壓不高，輸出電流較大及負載變化較大的場(chǎng)合。
電容濾波電路
整流電路雖然可將交流電變成直流電，但其脈動(dòng)成分較大，在一些要求直流電平滑的場(chǎng)合是不適用的，需加上濾波電路，以減小整流后直流電中的脈動(dòng)成分。
一般直流電中的脈動(dòng)成分的大小用脈動(dòng)系數來(lái)表示：
其中基波最大值為0.6U2，直流分量（平均值）為0.9 U2，故脈動(dòng)系數S≈0.67 。同理可求得半波整流輸出電壓的脈動(dòng)系數為S＝1.57，可見(jiàn)其脈動(dòng)系數是比較大的。一般電子設備所需直流電源的脈動(dòng)系數小于0.01，故整流輸出的電壓必須采取一定的措施，一方面盡量降低輸出電壓中的脈動(dòng)成分，另一方面盡量保存輸出電壓中的直流成分，使輸出電壓接近于較理想的直流電源的輸出電壓。這一措施就是濾波。
最基本的濾波元件是電感、電容。其濾波原理是：利用這些電抗元件在整流二極管導通期間儲存能量、在截止期間釋放能量的作用，使輸出電壓變得比較平滑；或從另一角度來(lái)看，電容、電感對交、直流成分反映出來(lái)的阻抗不同，把它們合理地安排在電路中，即可達到降低交流成分而保留直流成分的目的，體現出濾波作用。
常用的濾波電路有無(wú)源濾波和有源濾波兩大類(lèi)。其中無(wú)源濾波的主要形式有電容濾波，電感濾波和復式濾波（包括倒L型LC濾波，π型LC濾波和π型RC濾波等）。有源濾波的主要形式是有源RC濾波。
電容濾波
半波整流電容濾波電路如圖Z0710所示。其濾波原理如下：
電容C并聯(lián)于負載 RL的兩端，uL＝uC。在沒(méi)有并入電容C之前，整流二極管在u2的正半周導通，負半周截止，輸出電壓uL的波形如圖中紅線(xiàn)所示。并入電容之后，設在 ωt=0時(shí)接通電源，則當u2由零逐漸增大時(shí)，二極管D導通，除有一電流iL流向負載以外還有一電流iC向電容C充電，充電電壓uC的極性為上正下負。如忽略二極管的內阻，則uC 可充到接近u2的峰值u2m。在u2 達到最大值以后開(kāi)始下降，此時(shí)電容器上的電壓uc也將由于放電而逐漸下降。當u2＜uc時(shí)，D因反偏而截止，于是C以一定的時(shí)間常數通過(guò)RL 按指數規律放電，uc下降。直到下一個(gè)正半周，當u2 ＞uc時(shí)，D又導通。如此下去，使輸出電壓的波形如圖中藍線(xiàn)所示。顯然比未并電容C前平滑多了。
全波或橋式整流電容濾波的原理與半波整波電容濾波基本相同，濾波波形如圖Z0711 所示。
從以上分析可以看出：
加了電容濾波之后，輸出電壓的直流成分提高了，而脈動(dòng)成分降低了。這都是由于電容的儲能作用造成的。電容在二極管導通時(shí)充電（儲能），截止時(shí)放電（將能量釋放給負載），不但使輸出電壓的平均值增大，而且使其變得比較平滑了。
2．電容的放電時(shí)間常數（τ＝RLC）愈大，放電愈慢，輸出電壓愈高，脈動(dòng)成分也愈少，即濾波效果愈好。故一般C取值較大，RL也要求較大。實(shí)際中常按下式來(lái)選取C的值：
RLC≥（3～5＞T（半波） GS0714
RLC≥（3～5）T／2（全波、橋式） GS0715
3．電容濾波電路中整流二極管的導電時(shí)間縮短了，即導通角小于180°。而且，放電時(shí)間常數越大，導通角越小。因此，整流二極管流過(guò)的是一個(gè)很大的沖擊電流，對管子的壽命不利，選擇二極管時(shí)，必須留有較大余量。
4. 電容濾波電路的外特性（指UL與IL之間的關(guān)系）和脈動(dòng)特性（指S與IL 之間的關(guān)系）比較差，如圖Z0712 所示?？梢钥闯鲚敵鲭妷篣L和脈動(dòng)系數S隨著(zhù)輸出電流IL 的變化而變化。當IL＝0（即RL= ∞ ）時(shí)，UL = U2（電容充電到最大值后不再放電），S = 0。當IL增大（即RL減?。r(shí)，由于電容放電程度加快而使UL下降，UL 的變化范圍在 U2 ～0.9 U2之間（指全波或橋式），S變大。所以，電容濾波一般適用于負載電流變化不大的場(chǎng)合。
5．電容濾波電路輸出電壓的佑算。如果電容濾波電路的放電時(shí)間常數按式GS0714或GS0715 取值的話(huà)，則輸出電壓分別為：
UL＝（0.9～1.0）U2 （半波） GS0716
UL＝（1.1～1.2）U2 （全波） GS0717
電容濾波電路結構簡(jiǎn)單、使用方便、應用較廣。
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2019-11-05 標簽：濾波器電路 5961 0
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