电容滤波电路滤波原理

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，使输出电压趋丁平滑。当 u2为正半周并且数值大丁电容两端电压 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 RL放电，uC 按指数规律缓慢下降。(b)碰的波形单相桥式整流电容滤波电路及稳态时的波形分析当 u2为负半周幅值变化到恰好大丁 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

2、u2 的峰值后乂开始下降；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放电时间常数，因为 RL 较大，放电时间常数远大丁充电时间常数，因此，滤波效果取决 丁放电时间常数。200V50Hz(&)电路电容 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，如下图。四、电容反应式振荡电路 演于宴蚣1 1讪Ri。不同时uo的波形为了获得较好的输出电压波 形，假设将

3、电感反应式振荡电路中的 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，且增加集电极电阻 Rc,Rc,就可得 到电容反应式振荡电路，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。2.2. 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、反应网络和非线性元件晶体管四个局部；放大电路能够正常工作；断开反应，加频率为 f f0的输入电压，给定其极性，判断出从 C C2上所获得的 反应电压极性与输入电压相同，故电路弦波振荡的相位条件，各点瞬时极性如图 所示。只要电路参数选择得当，电路就可以满足幅值条件，而产

4、生正弦波振荡。3.3. 振荡频率及起振条件 振荡频率反应系数起振条件4.4. 优缺点1.1.电路组成电容反应式振荡电路电容反应式振荡电路电容反应式振荡电路的 输出电压波形 好，但假设用改变电容的方法来调节振荡频 率，那么会影响电路的反应系数和起振条件； 而假设用改变电感的方法来调节振荡频率， 那么 比拟困难。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。5.5.稳定振荡频率的措施假设要提高电容反应式振荡电路的频率， 要减小 C Ci、 C C2的电容量和 L L 的电感量。实际上，当 C Ci和 C 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C Ci

5、和 C 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 C Ci和输出电容C C。，改良型电路和等效电器如下列图所示。由于极间电容受温度的影 响，杂散电容又难于确定， 为了稳定振荡频率， 在电感支路串联一个小容量电容 C3,C3,而且 C3C3 C1,C1, C3C3 C2,C2,这样1 1 1 1了1 17 7陌_= 2TTLC一况同几乎与 C1C1 和 C2C2 无关，也与 C Ci i和 C C。无关，所以频率稳定度高。7.1.3 LC正弦波振荡电路LCLC 正弦波振荡电路与 RCRC 桥式正弦波振荡电路的组成原那么在本质上是相同 的，只是选频网络采用 LCLC 电路。在

6、LCLC 振荡电路中，当 f=ff=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；引入正反应后，使反应电压作 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 LCLC 正弦 波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、LCLC 谐振回路的频率特性U+己七+qc3振荡频率电容反应式振荡电路的改良电容反应式振荡电路的改良等效电路LCLC 正弦波振荡电路中的选频网络采用 LCLC 并联网络，如下图。图a a为理想 电路，无损耗，谐振频率为十_1 1 2好推导过程X -pT T-1 1在信号频率较低时，电容的容抗二殖 I I 很大，网络呈感性；在

7、信号频率较高时，电感的 CZZCZZ 4545 感抗为二 j j 戒很大，网络呈容性；只有当 f=fof=fo 时， r r网络才呈纯阻性，且阻抗最大。这时电路产生电-1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 LCLC 并联网络总是有损耗的，各种 损耗等效成电阻 R,R,如图b b所示。电路的导纳 为y =+ iR + jsL回路的品质因数州二1匹R RK推导过程上式说明，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 f时，电抗 8 8辅矿艮为我推导过程当网络的输入电流为 I0I0 时，电容和电感的电流约为 QIQ

8、I。=y=y=j戒-根据式 Z ZR+JL，可得适用于频率从零到无穷大时 LCLC 并联网络电抗的表达式 Z=1/YZ=1/Y，其频率特性如下列图所示。Q Q 值愈大，曲线愈陡，选频特性 愈好。ftft考虑电路损耗时的网络相移原因。对于其余频率的信号，电 H H r r 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，故称之为选频放序R碱大电路。假设在电路中引入正反应，并能用 反应电压取代输入电压，那么电路就成为正o_弦波振荡电路。根据引入反应的方式不 同，LCLC 正弦波振荡电路分为变压器反应送MEM式、电感反应式和电容反应式三种电路。三、电感反应式振荡电路- - 1.1. 电路

9、组成为了克服变压器反应式振荡 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 器反应式振荡电路的 N N1和 庇合 并为一个线圈，如右图所示，为 了加强谐振效果，将电容 C C 跨接 在整个线圈两端，便得到电感反 馈式振荡电路。2.2. 工作原理假设以 L LC C 并联网络作为共射放大电路 的集电极负载，如右图所示，那么电路的电 压放大倍数根据 LCLC 并联茴寿的频率特性，当 f=ff=f0时，电压放大倍数的数值最大，且无附加LCLC并联网婚电抗的频率特性T观察电路它包含了放大电路、选频网络、反应网络和非线性元件晶体管 四个局部，而且放大电路能够正常工作。用瞬时极性法判断电路是

10、否满足正弦波振荡的相位条件：断开反应，加频 率为f f0的输入电压，给定其极性，判断出从 N N2上获得的反应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。如下列图所示为电感反应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，故称电感反应式振荡电路为 电感三点式电路。电感戾馈式振荡电路的交流通路电感戾馈式振荡电路的交流通路3.3.振荡频率及起振条件振荡频率A A ftft- _+ + Z.Z. + +反应系数+ M起振条件j5-r4.4. 优缺点电感反应式振荡电路中 应与 N Ni

11、之间耦合紧密，振幅大，易起振；当 C 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MHzMHz。由于反应电压取白电感，对高频信号具有较大的电抗，反应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，接在电阻两端使交流信号顺利通过。1.关丁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

12、作密云水库，我们大楼内的家家户户都需要供水，这时候，水不是直接来自丁水库，那样距离太远了，等水过来，我们已经渴的不行了。实际水是来自丁大楼顶上的水塔，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 VCCHU 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，不能被及时供应。而去耦电容可以弥补此缺乏。这也是为什么很多电路板在高频器件 VCCI 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

13、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一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地2.旁路电容和去耦电容的区别去耦：去除在器件切换时从局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局部，另外还可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

14、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。对丁同一个电路来说，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拟小，根据谐振频率一般是 0.1u , 0.01u 等，而去耦合电容一般比拟大， 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 F。这个电容的分布电感的典型值是 5 H。0.1 F 的 去耦

15、电容有5 H 的分布电感，它的并行共振频率大约在 7MH4 右，也就是说，对丁 10MHz 以下的噪声有较好的去耦效果，对 40MH 彼上的噪声几乎不起作用。1 F、10 F 的电容， 并行共振频率在 20MHz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 10 F 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。要使用钥电容或聚碳酸酯电容。去耦电 容的选用并不严格，可按 C=T7F，即 10MH 四0.1 F, 100MH 四 0.01 F。补充：电容器选用及使用考前须知：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