分析滤波电路的优化方法

知识储备

通过整流得到的是单相脉动直流电，其中包含多种频率的交流成分，与直流电源所期望的稳定直流电压相差还很远。为了滤除交流分量以获得平滑的直流电压，必须采用滤波电路。滤波电路直接接在整流电路后面，一般由电容、电感及电阻等元件组成。基本的滤波电路包括电容滤波电路和电感滤波电路。

1.电容滤波

电容滤波的单相桥式整流电路如图5.12所示，负载与滤波电容并联。

图5.12　电容滤波电路

1）负载RL未接入（空载）

当u2为正半周时，二极管VD1和VD3导通，通过二极管的电流一部分流入负载RL，另一部分对电容C充电，使电容两端建立起电压uc。由于充电回路的电阻很小（主要为二极管的正向导通电阻与变压器次级绕组电阻），uc几乎和交流电压u2同时达到最大值。u2达到最大值后开始下降，出现u2＜uc，使二极管承受反向电压而截止。于是电容C开始放电，但是因为负载RL空载，无放电回路，所以空载时输出电压就保持uc，不再发生变化，如图5.13所示。

2）接入负载RL（且RLC较大）

电容充电情况与空载时相同。当u2达到最大值后开始下降，出现u2＜uc，使二极管反向截止，电容C开始对负载放电，放电电流流经负载。因为RLC较大，放电比较慢，负载上的电压下降很少。当整流后第二个周期电压一旦高于uc，VD2和VD4二极管导通，重新对电容C进行充电。周而复始，负载两端就获得图5.14所示的充放电锯齿波。与桥式整流后的波形相比，滤波后的负载电压波动大大减小。

图5.13　空载时电容滤波波形

图5.14　带负载时电容滤波波形

3）参数计算

放电时间常数τ=RLC的大小会影响电容滤波的效果，τ越大，放电越缓慢，负载上的电压越平滑，输出电压的平均值也越大，滤波效果越好。为了获得较好的滤波效果，通常选取

滤波电容C一般选择体积小、容量大的电解电容器。普通电解电容器有正、负极性，使用时正极必须接高电位端，如果接反会造成电解电容器的损坏。

对于半波整流，有

对于桥式整流，有

2.电感滤波

图5.15所示为电感滤波电路，由图可见，电感与负载是串联连接。电感滤波主要是应用电感的储能来减小输出电压的纹波，使输出电压波动比较小，达到滤波的效果。

电感的典型特征为“隔交通直”。桥式整流后的输出电压为脉动的直流电压，其中包括直流成分，也包括谐波成分。对直流分量，XL=0，电感相当于短路，电压大部分降在RL上；对谐波分量，f越高，XL越大，电压大部分降在电感上，所以在输出端就得到比较平滑的直流电压。电感滤波后的输出电压平均值为

图5.15　电感滤波电路

表5.1所示为两种滤波方法之间的比较。

表5.1　电容滤波与电感滤波性能比较

单独使用电容或电感构成的滤波电路，滤波效果不够理想。为了满足较高的滤波要求，常采用由电容和电感组成的LC、Π型LC滤波等复合滤波电路。图5.16所示为常见的几种复合滤波电路。表5.2给出了各种复合滤波电路的比较。

图5.16　复合滤波电路

（a）LC滤波电路；（b）Π型LC滤波电路；（c）Π型RC滤波电路

表5.2　各种复合滤波电路的比较

自测习题(www.xing528.com)

自测习题答案

1.填空

桥式整流电容滤波电路，空载时输出电压____________，有载时输出电压__________，RC越大输出电压有效值越_____________。为了保证滤波效果，一般要求RC＞__________T/2，其中T是________s。

2.选择

（1）常用滤波电路的主要元件是（　　）。

A. 电阻　B. 二极管　C. 电容和电感　D. 稳压管

（2）滤波电路能把整流输出的（　　）成分滤掉。

A. 交流　B. 直流　C. 交、直流　D. 干扰脉冲

3.分析

有4位同学用示波器观察桥式整流电容滤波电路输出电压波形，如题3图所示，试分析他们的实验结果是否正确？如果不正确，指出电路故障原因。

题3图