大容电解电容滤波电路及其实测波形

经整流后的输出电压，除了含有直流分量外，还含有较大的谐波分量。为了满足电子设备正常工作的需要，必须采用滤波电路，滤去整流输出中的交流分量，以便得到较平滑的直流输出。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波及复式滤波电路。其中电容滤波电路是小功率整流电路中的主要滤波形式。

1.电容滤波电路

电容滤波电路就是在负载两端并联一个电容器，其结构如图2-25a所示，由于电容器对直流电相当于开路（容抗很大），而对交流电相当于短路（容抗很小），所以在负载两端并联电容器，整流后的交流成分大部分被电容器分流，直流成分则全部进入负载，从而使负载上的交流成分大大减少，电压波形就变得平滑了。其输出电压波形如图2-25b所示。

图2-25 电容滤波电路的结构及其输出电压波形

在实际电路中，C常采用大容量的电解电容。电容容量的选择为

式中，T为输入交流电压的周期。在满足此条件时，输出电压U_o与变压器次级电压的有效值U₂的关系为

U_o≈1.2U₂

二极管承受的最高反向电压为

电容器的耐压值为

此外，由于二极管的导通时间短，在电路中会产生较大的冲击电流，因此在一个周期内电容器的充电电荷等于放电电荷，二极管在导通期间其电流i_D的平均值近似等于负载电流的平均值，所以在选择二极管时，其电流参数要留有较大的余量。

电容滤波电路的优点是电路简单，输出电压较高，脉动较小。缺点是输出特性较差，故只适用于负载电压高，负载变动不大的场合。

例2-10 在单相桥式整流电容滤波电路中，如图2-25a所示，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻R_L=200Ω，要求直流输出电压U_o=30V，试选择整流二极管和滤波电容器。

解 （1）选择整流二极管

流过二极管的电流为

因桥式整流电容滤波电路的U_o≈1.2U₂，故变压器次级电压的有效值为

二极管承受的最高反向电压为

因此，通过查晶体管手册，可选用整流二极管2CZ52B，其最大整流电流为100mA，反向工作电压为50V。

（2）选择滤波电容

电容器的耐压值为(www.xing528.com)

通过查电容手册，可选C=500μF，耐压值为50V的电解电容。

2.电感滤波电路

电感滤波电路就是在整流电路输出的后面，将一个电感器与负载串联，其结构如图2-26a所示。对于整流输出的直流成分，电感器的电阻远小于负载R_L，所以直流成分几乎全部落在负载R_L上；对于整流输出的交流成分，电感器的感抗远大于负载R_L，所以交流成分几乎全落在了电感器L上。这样，负载上的交流成分大大减少，电压波形就变得比较平滑了，其输出电压波形如图2-26b所示。

图2-26 电感滤波电路的结构及其输出电压波形图

电感滤波电路有较好的外特性，其缺点是增大电感量，往往要带铁芯，不仅成本上升，而且使得电路笨重，输出电压和电流下降，且容易导致电磁干扰。所以一般只用于低电压大电流场合。

3.复式滤波电路

为了进一步提高滤波效果，可将电感和电容组成复式滤波电路，常用的有LC-Γ形、LC-Π形和RC-Π形复式滤波电路。

（1）LC-Γ形滤波电路 LC-Γ形滤波电路就是在电容器前面再串联一个电感器，其结构如图2-27所示。在LC-Γ形滤波电路中，对于交流成分来说，电容器与负载是并联关系，电容器的容抗X_C远小于负载的阻抗R_L，所以电容器分流了绝大部分交流电流分量；电感与负载是串联关系，由于感抗X_L远大于负载的阻抗R_L，结果使交流电压成分绝大部分落在电感两端。

由于LC-Γ形滤波是电感滤波和电容滤波的组合，所以它兼有二者的优点。对较大范围内的电流都有较好的滤波效果，而且对二极管也没有电流冲击，所以LC-Γ形滤波电路是一种性能优良的滤波电路。

图2-27 LC-Γ形滤波电路的结构

（2）LC-Π形滤波电路 LC-Π形滤波电路相当于电容滤波与Γ形滤波的组合，其结构如图2-28所示。整流后的交流成分先经过电容器C₁滤波，再经Γ形滤波电路进一步滤波，所以它的滤波效果比以上各种滤波电路滤波的效果都好。

LC-Π形滤波电路在外特性上与电容滤波电路相同，具有输出电压较高、输出电流较大时输出电压下降、对二极管有电流冲击等特点。所以它适用于要求输出电压平滑、输出电流较小的场合。

（3）RC-Π形滤波电路 由于LC-Π形滤波电路中的电感器重量大、体积大、成本高，所以在电流较小（几十毫安以下）的场合，常用功率相当的电阻器代替电感器，这样就得到了RC-Π形滤波电路。其结构如图2-29所示。

图2-28 LC-Π形滤波电路的结构

图2-29 RC-Π形滤波电路的结构

在RC-Π形滤波电路中，整流后的交流成分先经过电容器C₁滤波，再由电阻R与电容器C₂分压。由于C₂的容抗远大于电阻R，所以交流分量大部分落在电容器C₂两端，使输出电压上的交流成分大大减小。

在RC-Π形滤波电路中，电容器C₁、C₂及电阻R的值越大，滤波效果越好。但是，C₁值的增大将会增加对二极管的冲击电流，电阻值R的增大将会损耗过多的直流电压，使输出直流电压减小。

通过上面的介绍，我们知道了滤波电路有三种，电容滤波、电感滤波、复式滤波（LC-Γ滤波、RC-Π滤波、LC-Π滤波），以上几种滤波电路比较见表2-3。

表2-3 常用滤波电路比较