电容滤波电路、电感滤波、电路原理分析与特点分析

整流电路的输出电压不是纯直流。用示波器观察，整流电路的输出与直流有很大不同。波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。为了获得相对理想的直流电压，需要采用具有储能功能的无功元件（如电容、电感）组成的滤波电路滤波器设计原理，滤除整流电路输出电压中的脉动成分，得到直流电压。

常用的滤波电路包括无源滤波和有源滤波。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复合滤波（包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等）。有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也称为电子滤波器。直流中的脉动成分的大小用脉动系数来表示。该值越大，滤波器的过滤效果越差。

脉动系数（S）=输出电压交流成分最大基波/输出电压直流成分

半波整流输出电压脉动系数S=1.57，全波整流和桥式整流输出电压脉动系数S≈0。 67、全波、桥式整流电路采用C型滤波电路后，脉动系数S=1/(4(RLC/T-1)。（T为整流输出直流脉动电压的周期） .)

电阻滤波电路

RC-π滤波电路本质上是由电容滤波器和一级RC滤波电路组成。如图1(B)所示RC滤波电路。若用S表示C1两端电压的脉动系数，则两端输出电压的脉动系数为S=(1/ωC2R)S。

从分析可以看出，电阻R的作用是降低电阻两端的残余纹波电压，最后被C2旁路。当ω值一定时，R和C2越大，脉动系数越小，即滤波效果越好。当R值增大时，电阻上的直流压降增大，从而增大了直流电源的内部损耗。如果增大C2的电容值，则会增加电容器的体积和重量，实现起来比较困难。现实。这种电路一般用在负载电流比较小的场合。

电感滤波电路

根据无功元件交直流阻抗的不同，由电容C和电感L组成的滤波电路的基本形式如图1所示。由于电容C对直流开路，对交流阻抗较小，因此C并联在负载上。电感L对直流电阻小，对交流电阻大，因此L应与负载串联。

(A) 电容滤波器 (B) CRC 或 RC-π 型电阻滤波器脉动系数 S= (1/ωC2R') S'

图1 无源滤波电路的基本形式

当输入电压升高时，并联电容C对电容充电，并将部分能量存储在电容中。当输入电压降低时，电容器两端的电压呈指数放电，储存的能量得以释放。滤波电路对负载放电后，负载上得到的输出电压比较平滑，起到平滑作用。如果采用电感滤波，当输入电压升高时，与负载串联的电感L中的电流增大，因此电感L将存储部分磁场能量。当电流减小时，能量被释放，使负载电流平滑，因此，电感L也具有平滑作用。

利用储能元件电感L的电流不能突变的特性，在整流电路的负载回路中串联一个电感，使输出电流波形更加平滑。由于电感对直流的阻抗较小，对交流的阻抗较大，因此能够以较小的直流损耗获得较好的滤波效果。电感滤波的缺点是体积大、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2所示。根据电感的特性，当输出电流变化时，L中会感应出一个反电动势，该反电动势将增大整流器的导通角，其方向将阻止电流改变。

图2 电感滤波电路

在桥式整流电路中，当u2处于正半周时，D1和D3导通，电感中的电流将滞后u2小于90°。当u2超过90°时，开始减小，电感上的反电动势帮助D1和D3继续导电。当u2处于负半周时，D2、D4导通，变压器副边电压全部加到D1、D3两端，使D1、D3反向偏置而截止。此时，电感中的电流将通过D2和D4提供。由于桥路的对称性和电感中电流的连续性，四个二极管D1、D3的导通角θ； D2、D4均为180°，与电容滤波电路不同。

图3 电感滤波电路波形图

已知桥式整流电路的二极管导通角为180°，整流后的输出电压为半正弦波，平均值约为。在电感滤波电路中，二极管的导通角也为180°。当忽略电感L的电阻时，负载上输出的平均电压为：如果考虑滤波电感的直流电阻R，则电感滤波电路输出的平均电压为

需要注意的是，电感滤波电路的电流必须足够大，即RL不能太大，应满足wL》》RL。此时IO(AV)可以通过以下公式计算

由于电感的直流电阻较小，交流阻抗较大，因此直流分量通过电感后的损耗很小。然而，对于交流分量来说，经过wL和上分压器之后，很大一部分交流分量落在电感上，从而减少了输出电压的脉动分量。电感L越大，RL越小，滤波效果越好。因此，电感滤波适用于负载电流较大且变化较大的场合。采用电感滤波后，整流器的导通角扩大，从而避免过大的浪涌电流。

电容滤波原理详解

1.空载时的情况

当电路采用电容滤波且输出端空载时，如图4(a)所示，假设初始电容电压uC为零。接通电源后，当u2处于正半周时，电容C通过D1、D3充电；当u2处于负半周时，电容C通过D2、D4充电，充电时间常数为

(a) 电路图 (b) 波形图

图4 桥式整流电容空载滤波电路

公式中包括变压器次级绕组的直流电阻和二极管的正向导通电阻。由于一般都很小，所以电容器很快就充电到交流电压u2的最大值，如波形图2(b)所示。此后，u2开始减少。由于电路输出端没有连接负载，电容器没有放电电路，因此电容器电压值uC保持不变。此时uC>u2，二极管两端承受反向电压，处于截止状态。电路的输出电压，电路输出保持恒定值。事实上，电路总是带有一定的负载。带负载情况如下。

2.装载时的情况

图 5 显示了带有电阻负载的电容滤波器电路的工作情况。交流电源接通后，二极管导通，整流电源对电容充电，同时向负载提供电流。输出电压的波形是正弦波。此时，即当达到u2的90°峰值时，u2开始以正弦曲线形式减小。此时二极管是否截止取决于二极管是受到正向电压还是反向电压。

假设达到90°后，二极管关断，则只有滤波电容以指数方式向负载放电，从而维持一定的负载电流。但90°后指数下降速度较快，而正弦波下降速度较小，因此超过90°后，二极管仍承受一段时间的正向电压，二极管导通。随着u2的减小，正弦波的减小速度越来越快，而uC的减小速度越来越慢。因此，在超过90°后的某一点，如图5(b)中的t2时刻，二极管开始承受反向电压，二极管截止。此后，只有电容器C以指数放电的形式向负载提供电流，直到正弦波的下一个半周期到来，u2再次超过uC。在图5(b)中的t3时刻，二极管再次导通。

上述过程中电容器的放电时间常数为

电容滤波一般负载电流较小，能满足大td的条件，因此放电段输出电压波形比较平缓，纹波较小，输出脉动系数S较小，输出平均电压UO(AV ）较大，具有良好的滤波器特性。

(a) 电路图 (b) 波形图

图5 带负载桥式整流滤波电路

上述滤波电路都有一个共同点，那就是需要很大的电容才能满足要求。这样，大容量电容在上电瞬间短路电流就很大。这个电流对整流二极管和变压器影响很大，所以现在普遍的做法是在整流前加一个功率型NTC热敏电阻来维持平衡。由于NTC热敏电阻在常温下阻值较大，通电后随着温度升高阻值迅速下降。这种电路称为软启动电路。该电路的缺点是断电后，NTC热敏电阻在热时间常数内不会回到零功率阻值滤波器设计原理，因此不宜频繁开启。

为什么整流后加滤波电容后空载时电压会升高？这是因为加滤波后测得的电压是含有脉动成分的峰值电压。添加负载后，为平均值。计算：峰值电压=1.414×理论输出电压

有源滤波——电子电路滤波

电阻滤波本身存在很多矛盾，而且电感滤波成本较高。因此，一般线路中常采用有源滤波电路。电路如图6所示，是由C1、R、C2组成的π型RC滤波电路和有源器件晶体管T组成的发射极输出器件组成的电路。从图6可以看出，流经R的电流IR=IE/(1+β)=IRL/(1+β)。流经电阻R的电流仅为负载电流的1/(1+β)。因此，可以采用较大的R与C2配合，以获得更好的滤波效果，使C2两端电压的脉动成分减少，输出电压与C2两端电压基本相等，因此还获得了输出电压。减少。

从RL负载电阻两端看，基极环路的滤波元件R和C2减少到发射极环路，相当于R减少(1+β)倍，而C2增加(1+ β）次。这样所需的电容C2仅为一般RCπ滤波器所需电容的1/β。例如晶体管的直流放大系数β=50。如果使用一般的RCπ滤波器，则所需电容为1000μF。如果采用电子滤波器，则电容只需20μF即可满足要求。利用该电路，可以选择较大的电阻和较小的电容来达到相同的滤波效果，因此被广泛应用于一些小型电子设备的电源中。

电容器自谐振频率表 2009-02-02 16:13 根据LC电路串联谐振原理，谐振点不仅与电感有关，还与电容值有关。电容越大，谐振点越低。很多人认为电容器的电容量越大，滤波效果越好。这是一个误解。虽然较大的电容对低频干扰有更好的旁路效果，但由于电容在较低频率下谐振，随着频率的升高阻抗开始增大，因此对高频噪声的旁路效果变差。表1给出了不同容量陶瓷电容器的自谐振频率。电容的引线长度是1.6mm（你用的电容引线有那么短吗？）。

表格1