《滤波相关介绍》PPT课件.ppt

1、滤波的相关介绍,滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是是抑制和防止干扰的一项重要措施，电子设备的电源电路工作时会存在高频噪声，主要由于电源模块工作时的高频开关造成的，负载频繁变化也会导致噪声的产生。在PCB设计时使用大面积铺地，尽量增大供电线宽度能降低噪声。但采取这些措施也很难达到EMI（电磁干扰）的要求，因此在电源部分采用滤波措施是必须的。 今天主要介绍几种滤波器件,1电容 工作原理 在整流电路输出的电压是单向脉动性电压，不能直接给电子电路使用。所以要对输出的电压进行滤波，消除电压中的交流成分，成为直流电后给电子电路使用。单向脉动性直流电压可分解成交流和直流两部分。在电源电路的滤波电路中，

2、利用电容器的“隔直通交”的特性和储能特性滤除电压中的交流成分。,电容的等效模型为一电感，一电阻和电容的串联，电感为电容引线所致，电阻代表电容的有功功率损耗，电容为。因而可等效为串联回路求其谐振频率，串联谐振频率,在谐振频率以下电容呈容性，谐振频率以上电容呈感性。因而一般大电容滤低频波，小电容滤高频波。 注意点： 1.电容对地滤波，需要一个较小的电容并联对地，对高频信号提供了一个对地通路。 频率变大后，大于W0值时,电容变成了一个电感,如果电容对地滤波,当频率超出谐振频率后,对干扰的抑制就大打折扣,所以需要一个较小的电容并联对地 2电源滤波中电容对地脚要尽可能靠近地，接的地干扰要小就是通常说的“

3、静地”,电容关于滤波电容、去耦电容、旁路电容作用,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。 旁路电容，去耦电容，滤波电容等等，其实无论如何称呼，它的原理都是一样的，即利用对交流信号呈现低阻抗的特性，这一点可以通过电容的等效阻抗公式看出来：Xcap=1/2fC，工作频率越高，电容值越大则电容的阻抗越小.。在电路中，如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路，就称为旁路电容；如果主要是为了增加电源和地的交流耦合，减少交流信号对电源的影

4、响，就可以称为去耦电容；如果用于滤波电路中，那么又可以称为滤波电容；除此以外，对于直流电压，电容器还可作为电路储能，利用冲放电起到电池的作用。 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。对于同一个电路来说，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。,3电感 工作原理： 当流过电感的电流变化时，电感线圈中产生的感生电动势将阻止电流的变化。当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止电流的增加，同时

5、将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中；当通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。因此经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑，而且整流二极管的导通角增大。 由纯电感电路中欧姆定律的表达式I=U/（XL）和线圈的感抗公式XL=2fL 可知，感抗却跟通过的电流的频率有关。电感L越大，频率f越高，感抗就越大，电流就越小。所以电感线圈在电路中有“通直流、阻交流”或“通低频、阻高频”的特性。所以电感有滤波作用电容和电感的很多特性是恰恰相反的。 电感的阻抗与频率成正比,电容的阻抗与频率成反比，所以,电感可以阻扼高频通过,

6、电容可以阻扼低频通过。二者适当组合，就可过滤各种频率的信号。如在整流电路中,将电容并在负载上或将电感串联在负载上,可滤去交流纹波。,共模电感的滤波电路，La和Lb就是共模电感线圈。这两个线圈绕在同一铁芯上，匝数和相位都相同(绕制反向)。这样，当电路中的正常电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常信号电流主要受线圈电阻的影响(和少量因漏感造成的阻尼)；当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波的目的。,对理想的电感模型而言，当线圈绕完后，所有磁

7、通都集中在线圈的中心内。但通常情况下环形线圈不会绕满一周，或绕制不紧密，这样会引起磁通的泄漏。共模电感有两个绕组，其间有相当 大的间隙，这样就会产生磁通泄漏，并形成差模电感。因此，共模电感一般也具有一定的差模干扰衰减能力。 在滤波器的设计中，我们也可以利用漏感。如在普通的滤波器中，仅安装一个共模电感，利用共模电感的漏感产生适量的差模电感，起到对差模电流的抑制作用。有时，还要人为增加共模扼流圈的漏电感，提高差模电感量，以达到更好的滤波效果。,磁珠 磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力。磁珠是用来吸收超高频信号，像一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储

8、器电路（DDR SDRAM，RAMBUS等） 都需要在电源都需要在电源输入部分加磁珠 。 铁氧体磁珠 (Ferrite Bead) 是目前应用发展很快的一种抗干扰组件，廉价、易用，滤除高频噪声效果显着。当导线中电流穿过时，铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗，而对较高频率的电流会产生较大衰减作用。高频电流在其中以热量形式散发，其等效电路为一个电感和一个电阻串联，两个组件的值都与磁珠的长度成比例。,它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路，L和R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗在形式上是随着频率的升高而增加，但是在不同频率时其机理是完全不同的。在低频段，阻抗由电感的感

9、抗构成，低频时R很小，磁芯的磁导率较高，因此电感量较大，L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制，并且这时磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感 这种电感容易造成谐振因此在低频段，有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。在高频段，阻抗由电阻成分构成，随着频率升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小但是，这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉,磁珠与电感的区别 磁珠由氧磁体组成，电感由磁芯和线圈组成，磁珠把交流信号转化为热能，电感把交流存储起来，缓慢的释放出去，因此说电感是储能元件，而磁

10、珠是能量转换(消耗)器件。电感多用于电源滤波回路，磁珠多用于信号回路，磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰，而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。两者都可用于处理EMC、EMI问题。磁珠是用来吸收超高频信号，而电感是一种蓄能元件，用在LC振荡电路、中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过50MHZ。地的连接一般用电感，电源的连接也用电感，而对信号线则常采用磁珠。,滤波电路,滤波的基本概念 滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，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，既可保留直流分量、

11、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。,电容滤波电路,单相桥式电容滤波整流电路。 在负载电阻上并联了一个滤波电容C。,滤波原理,D3导通，D2、D4截止，电流方向如图中箭头所示。电流一路流过负载RL，一路向电容C充电，充电极性为上正、下负。由于电源内阻及二极管导通电阻均很小，即充电时间常数很小，所以充电进行的很快，C两端的电压随很快上升到峰值，即。当由峰值开始下降时，充电过程结束。由于电容C两端的电压，这时，四只二极管均被反偏截止，电容C向负载RL放电，从而使通过负载RL的电流得以维持。放电时间常数RLC取值愈大，RL两端的电压下降愈缓慢，

12、输出波形愈平滑，直到下一个半周到来，且时，D2、D4才正偏道通（D1、D3仍截止），放电过程结束，又开始给C充电。如此周而复始的充电、放电，在负载RL上便得到如图2所示的输出电压。,在刚过90时，正弦曲线下降 的速率很慢。所以刚过90时 二极管仍然导通。在超过90 后的某个点，正弦曲线下降的 速率越来越快，二极管关断。,RC- ，LC-型滤波电路图,在整流电路输出的电压是单向脉动性电压（方向不变，大小变化的电流），不能直接给电子电路使用。所以要对输出的电压进行滤波，消除电压中的交流成分，成为直流电后给电子电路使用 。但根据波形分解原理可知，这一电压可以分解一个直流电压和一组频率不同的交流电压，

13、如图1(b)所示。在图1(b)中，虚线部分是单向脉动性直流电压U中的直流成分，实线部分是u中的交流成分。 我们学要的就是直流部分。,型RC滤波电路原理如下： 1）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，然后再加到由R1和C2构成的滤波电路中。C2的容抗与R1构成一个分压电路，因C2的容抗很小，所以对交流成分的分压衰减量很大，达到滤波目的。对于直流电而言，由于C2具有隔直作用，所以R1和C2分压电路对直流不存在分压衰减的作用，这样直流电压通过R1输出,型LC滤波电路与型RC滤波电路基本相同。这一电路只是将滤波电阻换成滤波电感，因为滤波电阻对直流电和交流电存在相同的电阻，而滤波电感对交流电感抗大，对直流电的电阻小，这样既能提高滤波效果，又