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什么是滤波电路以及如何分析滤波电路

时间:2018-05-29
 

   1. 什么是滤波电路
  滤波电路是将整流出来的直流脉动电压中的交流成分滤除的电路,以得到平滑实用的直流电压。滤波电路是有许多种类,例如,电容滤波电路、电感滤波电路、倒L型LC滤波电路、π型LC滤波电路、RC滤波电路等,如图5-74所示。由于电感元件大笨重,而且在负载电流突然变化时会产生较大的感应电动势,易造成半导体管的损坏,所以在实际电路中通常使用电容滤波电路和RC滤波电路,在一些要求较高的电路中,还使用有源滤波电路。


  2.怎么分析电容滤波电路
(1)电容滤波电路如图5-75所示。图中T为电源变压器,VD1``~VD4为整流二极管, C为滤波电容器,R1为负载电阻。


(2)电容滤波电路时利用电容器的充分电原理工作,其工作过程可用图5-76示意图进行说明。U0为整流电路输出的脉动电压,UC为滤波电路输出电压(即滤波电容C上电压)
  ①在t0时刻,Uc=0。t0~t1时刻,随着整流输出脉动电压U0的上升,U0>Uc,整流二极管导通,Uo向滤波电容C充电,使C上电压Uc迅速上升,充电电流为ic:同时,U0向负载电阻供电,供电电流为iR,如图5-76 (a)所示。


  ②到t1时刻,C上电压UC=U0。,充电停止。t1~t2时刻。U0处于下降和下一周期的上升阶段,但因为U0  ③t2~t3时刻,U0上升再次达到U0>Uc;整流二极管导通, U0又开始向c充电,补充C 上己放掉的电荷。
  ④t3~t4时刻,U0又处于U0  (3)从波形图可见,在起始的若干周期内,虽然滤波电容C时而充电、时而放电,但其电压 Uc的总趋势是上升的。经过若干周期以后,电路达到稳定状态,每个周期C的充放电情况都相同, 即C上充电得到的电荷刚好补充了上一次放电放掉的电荷。正是通过电容器C的充放电,使得输 出电压Uc保持基本恒定,成为波动较小的直流电。滤波电容C的容重越大,滤波效果相对就越好。
  (4)电容滤波电路虽然很简单,但是滤波效果不是很理想,输出电压中仍有交流分量,因 此实际电路中使用较多的是RC滤波电路。
  3.怎样分析RC虑波电路
  (1)RC虑波电路中采用了两个滤波电容C1、C2和一个滤波电阻R1组成π形状,如图5-77所示.RC滤波电路可看作是在C1电容滤波电路的基础上,再经过R1和C2的滤波,整个滤波电路的最终输出电压即为 C2上的电压Uc2。
 


  (2) R1和C2可看作是一个分压器,如图5-78所示,输出电压Uc2等于C1上电压Uc1经R1与C2分压后在C2上所得到的电压。对于C1初步滤波输出电压Uc1中的直流分量来说,C2的容抗极大,几乎没有影响,输出端直流电压的大小取决于滤波电阻R1与负载电阻RL的比 值,只要R1不是太大,就可保证RL得到绝大部分的直流输出电压。而对于Uc1中的交流分量来说,C2的容抗很小,交流分量很大部分被旁路到地。因此,RC滤波电路输出直流电压的纹 波很小。


   4.怎样分析有源虑波电路
  (1)利用晶体管的直流放大作用可以构成有源滤波电路,如图5-79所示,图中VT1为有源波管:R1是偏置电阻,为VT1提供合适的偏置电流:C2是基极旁路电容,使VT1基极可靠地交流接地,确保基极电流中无交流成分;C3为输出端滤波电容。


  (2)有源滤波电路工作原理是:虽然整流电路输出并加在VT1集电极的是脉动直流电压, 其中既有直流分量也有交流分量,但晶体管的集电极-发射极电流主要受基极电流的控制,而受 集电极电压变动的影响极微。由于C2的旁路滤波作用,VT1的基极电流中几乎没有交流分量, 从而使VT1对交流呈现极髙的阻抗,在其输出端(VT1发射极)得到的就是较纯净的直流电压( Uc3)。因为晶体管的发射极电流是基极电流的(1+β)倍,所以C2的作用相当于在输出端接 入了一个容量为(1+β)倍容量的大滤波电容。有源滤波电路具有直流压降小、滤波效果好的特点,主要应用在滤波要求髙的场合。

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