电路基础与集成电子技术-10[1]2_滤波电路123

第10章直流电源2010.0210.2滤波电路10.2.2电容滤波电路10.2.3电感滤波电路*10.2.1滤波的基本原理10.2.4各种滤波电路的比较*第10章直流电源2010.02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，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。滤波电路是利用电抗性元件储能的特点来实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。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。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。CRLLRLUIUIUOUO+-+-+-+-图10.2.1利用电抗性元件滤波10.2.1滤波的基本原理第10章直流电源2010.02u1VD4u2VD3VD2VD1RL10.2.2.1电容滤波原理分析在输入电压升高时，二极管导通，电容器C相当并联在u2两端，u2给C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，起到了滤波作用。CuCuO图10.2.2电容滤波电路tOuO充电放电分界点10.2.2电容滤波电路第10章直流电源2010.02图10.2.2(b)电容滤波波形分析指数放电快设分界点在90˚显然，二极管导电对应电容C充电；二极管截止对应电容C放电，那么这个分界点到底在那里？tOuOt正弦曲线下降慢当分界点超过90˚，达到某一点，正弦曲线和指数曲线的下降速率相等以后，二极管截止。当下个半周正弦波上升超过uC时，二极管重新导通。当变压器次级电压u2大于uC时，二极管导通，u2给电容器充电，电容器C相当并联在变压器次级绕组上，uC的波形近似为正弦形。当u2达到90˚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C就要向RL放电，由于正弦刚超过90˚下降很慢，而指数曲线则下降很快，仍然可以满足u2uc，二极管继续导电。当超过90˚，达到某一点，正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。电容C以指数规律向RL放电，当下一个半周的正弦曲线上升超过uc时，二极管重又导通。放电时间常数d=RLC，二极管导通角度为180˚。d整流二极管导通的电角度称为导通角θd=RLCu1VD4uCCu2VD3VD2VD1uORL第10章直流电源2010.02图10.2.2(b)电容滤波效果与时间常数的关系电容滤波的效果是台高了C放电段波形的高度，提高了输出电压平均值。显然，放电时间常数d=RLC越大，输出电压平均值越大，纹波越小，导通角越小。注意，电容滤波的效果与d有关，而不仅仅与C或RL的大小一个因素有关。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uo=uc=。tOuOt22Ud增加视频图象第10章直流电源2010.0210.2.2.2电容滤波的几点结论1．输出电压平均值UO(AV)UO(AV)与放电时间常数RLC有关。RLC越大，电容器放电速度越慢，则输出电压所包含的交流成分(纹波)越小,UO(AV)越大。为获得平滑的输出电压，一般取放电时间常数为2)5~3(LdTCRτ10)~(6LCR式中T为脉动电压的周期，对于半波整流是20ms，对于桥式整流是10ms。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，并且放电时间常数满足式(10.2.4)的关系时，可用下式(10.2.3)(10.2.4)2O(AV)2.1UU(10.2.5)第10章直流电源2010.02TCRTUUSLO(AV)1OM4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。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，因此脉动系数常采用近似估算：2.脉动系数S图10.2.2(b)纹波与滤波时间常数的关系tOuOtd增加，S减小第10章直流电源2010.02O(AV)LD(AV)L22UIIR加入滤波电容以后，整流二极管的导通角θπ。所以,整流二极管的导通时给电容充电，流过二极管的电流呈尖峰脉冲状。3．平均整流电流ID(AV)在电容滤波的整流电路中，整流二极管的平均整流电流第10章直流电源2010.02RLC值越大，滤波效果越好，导通角愈小。由于电容滤波后输出平均电流增大，所以整流二极管在短暂的导通时间内将流过一个很大的冲击电流，影响其寿命，因此应选用最大整流平均电流IF大于负载电流2~3倍的整流二极管。12RLC增大uotO3iDtO123图10.2.3导通角与滤波时间常数的关系第10章直流电源2010.02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UO(AV)与输出电流IO之间的关系。4.电容滤波电路的外特性和滤波特性(1)外特性OIoC减小Uo22U29.0U当负载电阻RL越小，即IO愈大时，UO(AV)下降的很快，电路的带负载能力变差。所以电容滤波电路适合应用于固定负载或输出电流较小、负载电流变化不大的场合。图10.2.4(a)电容滤波电路的外特性第10章直流电源2010.02电容滤波电路的滤波特性描述了当RL或C改变时，对脉动系数S的影响。(2)滤波特性当负载电阻RL减小，即IO增大时，S增大；C减小时，则S增大。所以在电容滤波电路中，增加C的容量，可以令S减小。OIoC减小S图10.2.4(b)电容滤波电路的滤波特性第10章直流电源2010.02例10.1：已知图10.2.2电容滤波电路的输入电压是50Hz交流电，输出电压变化范围12~14V，12V时对应的负载电流是1A，14V时对应的负载电流是0.5A。试计算滤波电容的数值。解：u1VD4uCCu2VD3VD2VD1uORL对应1A时，负载电阻RL=12/1=12；对应0.5A时，负载电阻RL=14/0.5=28由式(10.2.4)可得LminLminLmin=2π3146CRfCRCRLmin661600μF31431412CR取耐压为25V，容量为1800F的铝电解电容器。图10.2.2电容滤波电路第10章直流电源2010.02u1u2VD4uOVD1VD2VD3iORLuO'L利用储能元件电感器L的电流不能突变的性质，把电感L与整流电路的负载RL相串联，也可以起到滤波的作用。当输入电压升高时，电感L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，电感又以电流的形式将磁场能量释放出来，使负载电流变得平滑。图10.2.5电感滤波电路10.2.3电感滤波电路*第10章直流电源2010.022LLO(AV)9.0URRRUOωtiOIOOωtu23π4ππ2π22UOωtu'O22U输出电压平均值整流二极管正向平均电流2O(AV)L0.9UIR注意L越大，RL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。图10.2.6电感滤波电路波形图u1u2D4uOD1D2D3iORLuO'L视频图象第10章直流电源2010.0200I0I00()UAV20.9US67%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。图10.2.7电感滤波电路的特性曲线(a)外特性(b)滤波特性第10章直流电源2010.02类型性能2O(AV)/UU导通角适用场合电感滤波LC滤波1.2*小小电流负载0.9大大电流负载0.9大适应性较强1.2*小小电流负载电容滤波RC或LC型滤波电路10.2.4各种滤波电路的比较*第10章直流电源2010.02