π型滤波电路

1、Revised as of 23 November 2020四种口型RC滤波电路数字电源模拟电源阻抗公式：Z=R+i(cuL-l/uC)u=2nfR电阻wL感抗 1/wC容抗1 典型n型rc滤波电路图7-27所示是典型的n型RC滤波电路。电路中的Cl、C2是两只滤波电容，Ri是 滤波电阻，Gl、Ri和C2构成一节n型RC滤波电路。由于这种滤波电路的形式如同 字母口且采用了电阻、电容，所以称为n型RC滤波电路。(集成电路IC)从电路中可 以看出，n型rc滤波电路接在整流电路的输出端。这一电路的滤波原理是:从整流电路输出的电压首先经过C1的滤波，将大部分的交流 成分滤除，见图中的交流电流示意图。经

2、过C1滤波后的电压，再加到由R1和C2构成的滤波电路中，电容C2进一步对交流 成分进行滤波，有少量的交流电流通过C2到达地线，见图中的电流所示。賊直流电由J：电容C2具有隔直作用.直流电漩不能流过电容C2,而只能流过电阻R1, 见图中所示.所以、R1和C2分压电胳对点流电压不存在分压嵌减的作用.这样朮流 电压通过R1输出。对交流电因为C2的容呈很大.容抗很小，所以R】、C2构成的分压电豁对交流成分的衰 减靈很大，达到了i波的目的9R阻值不变 C2大则滤波效 果好加大濾波电容C2的容星町以提高滤波效果，这是因为C2容墩大容抗小，对交 流成分的囊减童更大。RI的阻值不 能太大因为流过负载的直流电流

3、流过电阻会在R1上产生很大的血流电压降便滤 波电略输出的直流输岀电压仏减小：R1的阻值越大左R1上的电压降越大.使滤 波电路输岀的玄流电压氏，越低；流过负载的宜流电流越大时.在R1上的电压降也越 大，使直流输出电压仏也越低.C2容址不变 时R1大则滤波 效果好加犬R1的阻值可以提禹滤波效果.这是因为加人R1后分压衰减电路对交流成 分衰减也增大.所以滤波效果更好，C1容虽不能CI是第-节滤波电容.加大它的容鈕可以捉爲滤波效果但是C1去大后，在开 机时对C1的充电时间很长.这一充电电流是流过整流二极符的，石普半流太大、太大时间太长时.会损坏整流二极管，所以采用这种兀型RC滤波电關册潇储事 些.通过

4、R1和C2再来进一步提高滤波效果豐乡爲鑑忠这一滤波电路中共有两个直流电压输出端，分别输出Uoi、U02两个直流电压丁其中，Uoi只经过电容Ci滤波；U02则经过了 Ci、Ri和C2电路的滤波，所以滤波效果 更好，直流输出电压U02中的交流成分更小。上述两个直流输出电压的大小是不同的，Uoi电压最高，一般这一电压直接加到功率放 大器电路，或加到需要直流工作电压最高、工作电流最大的电路中，这是因为这一路直 流输出电压没有经过滤波电阻，能够输出最大的直流电压和直流电流；直流输出电压 Uo2稍低，这是因为电阻Ri对直流电压存在电压降，同时由于滤波电阻Ri的存在， 这一滤波电路输出的直流电流大小也受到了

5、一定的限制。2多节口型RC滤波电路关于实用的滤波电路中通常都是多节的，即有几节n型RC滤波电路组成，各节n型 RC滤波电路之间可以是串联连接，也可以是并联连接。多节n型RC滤波电路也是由 滤波电容和滤波电阻构成。图7-29所示是多节ri型RC滤波电路。电路中，Clx C2. C3是三只滤波电容，其中C1是第一节的滤波电容，C3是最后一节的滤波电容。R1和R2是滤波电阻。R1IP人 歸nr ici217-20參节旳RC滤波电路諏电子网Tww.SIdnr.cQmCJ这一滤波电路的工作原理与上面的n型RC滤波电路基本相同，这里再说明下列几点。滤波电阻问 题这-滤波电路是多愀型RC滤波电路.实用电路中

6、妙似右更多节啲北型RC滤 波电路.在多节趣RC波波电路中，前血的滤波电阻毗值较小，后面的可以较大，这 是因为流过前面滤波电矶的应流工作电流比较犬.后面的比较小，这样，的*波电肌上 的直流电压降比较小.对直流输出电压的人小影响不太大。多路输出间 题多节7型RC滤波电路屮，整流电路 滤波电路输出端输出的总电流烫分成儿路， 见图中所示、/楚总电流，分成、八Z多加型RC滤波电路中，越往拆的直流输出电压越低，并JL直流输出电艾护響流 成饨少駛擁3 多节n型RC滤波串、并联电路LC滤波电路LC滤波器也称为无源滤波器，是传统的谐波补偿装置。LC滤波器之所以称为无源滤波 器，顾名思义，就是该装置不需要额外提供

7、电源。LC滤波器一般是由滤波电容器、电 抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用，还兼顾无功补偿的需要。 无源滤波器，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路， 可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可 对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波 器都属于无源滤波器。LC滤波器的适用场合无源LC电路不易集成，通常电源中整流后的滤波电路均采用无源电路，且在大电流 负载时应采用LC电路。有源滤波器适用场合有源滤波器电路不适于高压大电流的负载，只适用于信号处理，滤波是信号处理中 的一个重要概念。

8、滤波分经典滤波和现代滤波。经典滤波的概念，是根据富立叶分析和 变换提出的一个工程概念。根据高等数学理论，任何一个满足一定条件的信号，都可以 被看成是由无限个正弦波叠加而成。换句话说，就是工程信号是不同频率的正弦波线性 叠加而成的，组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。只允 许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做经 典滤波器或滤波电路电容滤波电路、电感滤波电路作用原理整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从示波器观察整流电路的输出，与直流相差 很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。为获得比较理想的直流电压，需要利用 具有储能作用的电抗性元

9、件（如电容C、电感L）组成的滤波电路来滤除整流电路输出 电压中的脉动成分以获得直流电压。常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、 电感滤波和复式滤波（包括倒L型、LC滤波、LC兀型滤波和RCti型滤波等）。有源滤波 的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。直流电中的脉动成分的大小用脉动 系数S来表示，此值越大，则滤波器的滤波效果趣差。脉动系数（S）=输出电压交流分量的基波最大值/输出电压的直流分量半波整流输出电压的脉动系数为S=全波整流和桥式整流的输出电压的脉动系数SU对于全波和桥式整流电路采用c型滤波电路后，其脉动系数S=1 / （4（RLC / T-l

10、）o （T为整流输出的直流脉动电压的周期）电阻滤波电路RC-tt型滤波电路，实质上是在电容滤波的基础上再加一级RC滤波电 路组成的。如图1 (B)RC滤波电路。若用S表示C1两端电压的脉动系数，则输出电压两 端的脉动系数S=(l/oC2R)So由分析可知，电阻R的作用是将残余的纹波电压降落在电阻两端，最后由C2再旁路 掉。在co值一定的情况下，R愈大，C2愈大，则脉动系数愈小，也就是滤波效果就越 好。而R值增大时，电阻上的直流压降会增大，这样就増大了直流电源的内部损耗；若 增大C2的电容量，又会增大电容器的体积和重量，实现起来也不现实。这种电路一般 用于负载电流比较小的场合.电感滤波电路根据电

11、抗性元件对交、直流阻抗的不同，由电容C及电感L所组成的滤波电路的基本 形式如图1所示。因为电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C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。L1锚入ZZ(1儿显滤皱或叫C-L-C输入t HrlCl(C) C电感滤波图1?无源滤波电路的基本形式并联的电容器C在输入电压升高时，给电容器充电，可把部分能量存储在电容器 中。而当输入电压降低时，电容两端电压以指数规律放电，就可以把存储的能量释放出 来。经过滤波电路向负载放电，负载上得到的输出电压就比较平滑，起到了平波作用。 若采用电感滤波，当输入电压增高时，与负载串联的电感L中的电流増加，

12、因此电感L 将存储部分磁场能量，当电流减小时，又将能量释放出来，使负载电流变得平滑，因 此，电感L也有平波作用。利用储能元件电感器L的电流不能突变的特点，在整流电路的负载回路中串联一个 电感，使输出电流波形较为平滑。因为电感对直流的阻抗小，交流的阻抗大，因此能够 得到较好的滤波效果而直流损失小。电感滤波缺点是体积大，成本高.桥式整流电感滤波电路如图2所示。电感滤波的波形图如图3所示。根据电感的特 点，当输出电流发生变化时，L中将感应出一个反电势，使整流管的导电角増大，其方 向将阻止电流发生变化。在桥式整流电路中，当u2正半周时，DI、D3导电，电感中的电流将滞后u2不到 90%当i】2超过90

13、。后开始下降，电感上的反电势有肋于DI、D3继续导电。当u2处于 负半周时，D2、D4导电，变压器副边电压全部加到DI、D3两端，致使DI、D3反偏 而截止，此时，电感中的电流将经由D2、D4提供。由于桥式电路的对称性和电感中电 流的连续性，四个二极管DI、D3；D2、D4的导电角6都是180,这一点与电容滤波 电路不同。已知桥式整流电路二极管的导通角是180。，整流输出电压是半个半个正弦波，其平 均值约为。电感滤波电路，二极管的导通角也是180,当忽略电感器L的电阻时，负载 上输出的电压平均值也是。如果考虑滤波电感的直流电阻R.则电感滤波电路输出的电 压平均值为U 5AV)二懐带09卩2要注

14、意电感滤波电路的电流必须要足够大，即RL不能太大，应满足0) LRL,此 时IO (AV)用下式计算o.w21 0(AV)=RL由于电感的直流电阻小，交流阻抗很大，因此直流分量经过电感后的损失很小，但 是对于交流分量，在3L和上分压后，很大一部分交流分量降落在电感上，因而降低了 输出电压中的脉动成分。电感L愈大，RL愈小，则滤波效果愈好，所以电感滤波适用 于负载电流比较大且变化比较大的场合。采用电感滤波以后，延长了整流管的导电角 从而避免了过大的冲击电流。电容滤波原理详解1 -空载时的情况2 .当电路采用电容滤波，输出端空载，如图4(a)所示，设初始时电容电压Uc为零。 接入电源后，当U2在正

15、半周时，通过DI、D3向电容器C充电；在U2的负半周时，通 过D2、D4向电容器C充电，充电时间常数为Tc = RintC式中包括变压器副边绕组的直流电阻和二极管的正向导通电阻。由于一般很小，电 容器很快就充到交流电压U2的最大值，如波形图2 (b)的时刻。此后，u2开始下降， 由于电路输出端没接负载，电容器没有放电回路，所以电容电压值uC不变，此时，uC 112,二极管两端承受反向电压，处于截止状态，电路的输出电压110二Uc二、厲112 .电路输 出维持一个恒定值。实际上电路总要带一定的负载，有负载的情况如下。3-带载时的情况4 .图5给出了电容滤波电路在带电阻负载后的工作情况。接通交流电

16、源后，二极管导 通，整流电源同时向电容充电和向负载提供电流,输出电压的波形是正弦形。在时刻， 即达到血90。峰值时，U2开始以正弦规律下降，此时二极管是否关断，取决于二极管承 受的是正向电压还是反向电压。先设达90。后，二极管关断，那么只有滤波电容以指数规律向负载放电.从而维持一 定的负载电流。但是90。后指数规律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，所以超过 90。以后有一段时间二极管仍然承受正向电压，二极管导通。随着U2的下降，正弦波的 下降速率越来越快，uc的下降速率越来越慢。所以在超过90。后的某一点，例如图5(b) 中的t2时刻，二极管开始承受反向电压，二极管关断。此后只有电容器C向负

17、载以指 数规律放电的形式提供电流，直至下一个半周的正弦波来到，U2再次超过uc,如图5(b) 中的门时刻，二极管重又导电。以上过程电容器的放电时间常数为Td=RLC电容滤波一般负载电流较小，可以满足较大的条件，所以输出电压波形的放电段比较 平缓，纹波较小，输出脉动系数S小，输出平均电压UO(AV)大，具有较好的滤波特 性。以上滤波电路都有一个共性那就是需要很大的电容容量才能满足要求，这样一来大容量 电容在加电瞬间很有很大的短路电流，这个电流对整流二极管，变压器冲击很大，所以现在 般的做法是在整流前加一的功率型NTC热敏电阻来维持平衡，因NTC热敏电阻在常温 下电阻很大，加电后随着温度升高，电阻

18、阻值迅速减小，这个电路叫软起动电路。这种电 路缺点是：断电后，在热时间常数内，NTC热敏电阻没有恢复到零功率电阻值，所以不 宜频繁的开启。为什么整流后加上滤波电容在不带负载时电压为何升高这是因为加上滤波测得的电压是 含有脉动成分的峰值电压，加上负载后就是平均值计算：峰值电压二x理论输出电压 有源滤波-电子电路滤波电阻滤波本身有很多矛盾电感滤波成本又高，故一般线路常采用有源滤波电路电 路如图6。它是由Cl、R、C2组成的7T型RC滤波电路与有源器件晶体管T组成的射极 输出器连接而成的电路。由图6可知，流过R的电流Ir=Ie/ (l+p)=IRi./ (l+p)o流过电 阻R的电流仅为负载电流的1/( 1+P).所以可以采用较大的R,与C2