電容濾波電路濾波原理

1、.電容濾波電路濾波原理濾波電容容量大，因此一般采用電解電容，在接線時(shí)要注意電解電容的正、負(fù)極。電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。當(dāng) u2 為正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓uC時(shí)，二極管 D1 和 D3 管導(dǎo)通，D2 和 D4 管截止，電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻RL，另一路對(duì)電容 C 充電。當(dāng) uC>u2，導(dǎo)致 D1 和 D3管反向偏置而截止，電容通過(guò)負(fù)載電阻RL放電， uC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。當(dāng) u2 為負(fù)半周幅值變化到恰好大于uC 時(shí)，D2和 D4因加正向電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，u2 再次對(duì)C充電， uC上升到 u2 的峰值后又開(kāi)始下降；下降到一定數(shù)值時(shí)D2 和 D4變?yōu)榻刂?/p>

2、， C 對(duì) RL 放電， uC按指數(shù)規(guī)律下降；放電到一定數(shù)值時(shí)D1和 D3變?yōu)閷?dǎo)通，重復(fù)上述過(guò)程。RL、 C對(duì)充放電的影響電容充電時(shí)間常數(shù)為rDC，因?yàn)槎O管的rD 很小，所以充電時(shí)間常數(shù)小，充電速度快；RLC為放電時(shí)間常數(shù)，因?yàn)镽L較大，放電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于充電時(shí)間常數(shù)，因此，濾波效果取決于放電時(shí)間常數(shù)。.電容 C 愈大，負(fù)載電阻 RL 愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大，如圖所示。四、電容反饋式振蕩電路1. 電路組成為了獲得較好的輸出電壓波形，若將電感反饋式振蕩電路中的電容換成電感， 電感換成電容， 并在轉(zhuǎn)換后將兩個(gè)電容的公共端接地，且增加集電極電阻Rc，就可得到電容反饋式振蕩電路

3、， 如右圖所示。因?yàn)閮蓚€(gè)電容的三個(gè)端分別接在晶體管的三個(gè)極， 故也稱為 電容三點(diǎn)式電路 。2. 工作原理根據(jù)正弦波振蕩電路的判斷方法， 觀察如上圖所示電路， 包含了放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)和非線性元件（晶體管）四個(gè)部分；放大電路能夠正常工作；斷開(kāi)反饋，加頻率為 f 0 的輸入電壓，給定其極性，判斷出從 C2 上所獲得的反饋電壓極性與輸入電壓相同，故電路弦波振蕩的相位條件，各點(diǎn)瞬時(shí)極性如圖所示。只要電路參數(shù)選擇得當(dāng)，電路就可以滿足幅值條件，而產(chǎn)生正弦波振蕩。3. 振蕩頻率及起振條件振蕩頻率反饋系數(shù).起振條件4. 優(yōu)缺點(diǎn)電容反饋式振蕩電路的 輸出電壓波形好，但若用改變電容的方法來(lái)調(diào)節(jié)振蕩頻率，

4、則會(huì)影響電路的反饋系數(shù)和起振條件；而若用改變電感的方法來(lái)調(diào)節(jié)振蕩頻率， 則比較困難。在振蕩頻率可調(diào)圍不大的情況下，可采用如右圖所示電路作為選頻網(wǎng)絡(luò)。5. 穩(wěn)定振蕩頻率的措施若要提高電容反饋式振蕩電路的頻率， 要減小 C1、C2 的電容量和 L 的電感量。實(shí)際上，當(dāng) C1 和 C2 減小到一定程度時(shí)，晶體管的極間電容和電路中的雜散電容將納入 C1 和 C2 之中，從而影響振蕩頻率。這些電容等效為放大電路的輸入電容 Ci 和輸出電容 Co，改進(jìn)型電路和等效電器如下圖所示。 由于極間電容受溫度的影響，雜散電容又難于確定，為了穩(wěn)定振蕩頻率，在電感支路串聯(lián)一個(gè)小容量電容 C3，而且 C3<<

5、C1，C3<<C2，這樣振蕩頻率幾乎與 C1和 C2無(wú)關(guān)，也與 Ci 和 Co 無(wú)關(guān)，所以頻率穩(wěn)定度高。.正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路與 RC橋式正弦波振蕩電路的組成原則在本質(zhì)上是相同的，只是選頻網(wǎng)絡(luò)采用 LC電路。在 LC振蕩電路中，當(dāng) f =f 0 時(shí)，放大電路的放大倍數(shù)數(shù)值最大，而其余頻率的信號(hào)均被衰減到零；引入正反饋后，使反饋電壓作為放大電路的輸入電壓， 以維持輸出電壓， 從而形成正弦波振蕩。 由于 LC正弦波振蕩電路的振蕩頻率較高，所以放大電路多采用分立元件電路。一、 LC諧振回路的頻率特性LC正弦波振蕩電路中的選頻網(wǎng)絡(luò)采用 LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，如圖所示。圖 (a) 為理想

6、電路，無(wú)損耗，諧振頻率為（推導(dǎo)過(guò)程 ）在信號(hào)頻率較低 時(shí)，電容的容抗 ()很大，網(wǎng)絡(luò) 呈感性；在信號(hào)頻率較高 時(shí)，電感的感抗 ( ) 很大，網(wǎng)絡(luò) 呈容性；只有當(dāng) f =f 0 時(shí)，網(wǎng)絡(luò)才 呈純阻性，且 阻抗最大 。這時(shí)電路產(chǎn)生電流諧振，電容的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)能，而電感的磁場(chǎng)能又轉(zhuǎn)換成電場(chǎng)能，兩種能量相互轉(zhuǎn)換。實(shí)際的 LC 并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)總是有損耗的，各種損耗等效成電阻 R，如圖 (b) 所示。電路的導(dǎo)納為回路的品質(zhì)因數(shù)（推導(dǎo)過(guò)程 ）.上式表明，選頻網(wǎng)絡(luò)的損耗愈小，諧振頻率相同時(shí)，電容容量愈小，電感數(shù)值愈大。當(dāng) f =f 0 時(shí)，電抗（推導(dǎo)過(guò)程 ）當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的輸入電流為I 0時(shí)，電容和電感的電流約為QIo

7、。根據(jù)式，可得適用于頻率從零到無(wú)窮大時(shí)LC 并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)電抗的表達(dá)式 Z=1/ Y，其頻率特性如下圖所示。 Q值愈大，曲線愈陡，選頻特性愈好 。若以 LC 并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為共射放大電路的集電極負(fù)載， 如右圖所示，則電路的 電壓放大倍數(shù)根據(jù) LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，當(dāng) f =f 0時(shí)，電壓放大倍數(shù) 的數(shù)值 最大，且無(wú)附加相移（ 原因）。對(duì)于其余頻率的信號(hào)，電壓放大倍數(shù)不但數(shù)值減小， 而且有附加相移。電路具有選頻特性， 故稱之為 選頻放大電路。若在電路中引入正反饋， 并能用反饋電壓取代輸入電壓， 則電路就成為正.弦波振蕩電路。根據(jù)引入反饋的方式不同， LC 正弦波振蕩電路分為變壓器反饋式、電感反饋式和電容

8、反饋式三種電路。三、電感反饋式振蕩電路1. 電路組成為了克服變壓器反饋式振蕩電路中變壓器原邊線圈和副邊線圈耦合不緊密的缺點(diǎn)，可將變壓器反饋式振蕩電路的N1 和 N2 合并為一個(gè)線圈，如右圖所示，為了加強(qiáng)諧振效果，將電容C 跨接在整個(gè)線圈兩端，便得到電感反饋式振蕩電路。2. 工作原理觀察電路它包含了放大電路、 選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)和非線性元件 （晶體管）四個(gè)部分，而且放大電路能夠正常工作。用瞬時(shí)極性法判斷電路是否滿足正弦波振蕩的相位條件：斷開(kāi)反饋，加頻率為 f 0 的輸入電壓，給定其極性，判斷出從 N2 上獲得的反饋電壓極性與輸入電壓相同，故電路滿足正弦波振蕩的相位條件，各點(diǎn)瞬時(shí)極性如上圖所示。只

9、要電路參數(shù)選擇得當(dāng)，電路就可滿足幅值條件，而產(chǎn)生正弦波振蕩。如下圖所示為電感反饋式振蕩電路的交流通路，原邊線圈的三個(gè)端分別接在晶體管的三個(gè)極，故稱電感反饋式振蕩電路為電感三點(diǎn)式電路 。.3. 振蕩頻率及起振條件振蕩頻率反饋系數(shù)起振條件4. 優(yōu)缺點(diǎn)電感反饋式振蕩電路中N2 與 N1 之間耦合緊密，振幅大， 易起振；當(dāng) C采用可變電容時(shí)，可以獲得調(diào)節(jié)圍較寬的振蕩頻率，最高振蕩頻率可達(dá)幾十 MHz。由于反饋電壓取自電感，對(duì)高頻信號(hào)具有較大的電抗，反饋信號(hào)中含有較多的高次諧波分量， 輸出電壓波形不好 。濾波電容用在電源整流電路中，用來(lái)濾除交流成分。使輸出的直流更平滑。去耦電容用在放大電路中不需要交流的

10、地方，用來(lái)消除自激，使放大器穩(wěn)定工作。旁路電容用在有電阻連接時(shí)，接在電阻兩端使交流信號(hào)順利通過(guò)。1. 關(guān)于去耦電容蓄能作用的理解1）去耦電容主要是去除高頻如RF信號(hào)的干擾，干擾的進(jìn)入方式是通過(guò)電磁輻射。而實(shí)際上，芯片附近的電容還有蓄能的作用，這是第二位的。你可以把總電源看作密云水庫(kù)，我們大樓的家家戶戶都需要供水，這時(shí)候，水不是直接來(lái)自于水庫(kù)，那樣距離太遠(yuǎn)了，.VCC管腳處放置小電容的原因之一.等水過(guò)來(lái)，我們已經(jīng)渴的不行了。實(shí)際水是來(lái)自于大樓頂上的水塔, 水塔其實(shí)是一個(gè) buffer的作用。如果微觀來(lái)看，高頻器件在工作的時(shí)候，其電流是不連續(xù)的，而且頻率很高，而器件 VCC到總電源有一段距離，即便

11、距離不長(zhǎng)，在頻率很高的情況下，阻抗 Zi*wL+R，線路的電感影響也會(huì)非常大，會(huì)導(dǎo)致器件在需要電流的時(shí)候，不能被及時(shí)供給。而去耦電容可以彌補(bǔ)此不足。這也是為什么很多電路板在高頻器件（在 vcc 引腳上通常并聯(lián)一個(gè)去藕電容，這樣交流分量就從這個(gè)電容接地。）2）有源器件在開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開(kāi)關(guān)噪聲將沿著電源線傳播。去耦電容的主要功能就是提供一 個(gè)局部的直流電源給有源器件，以減少開(kāi)關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地2. 旁路電容和去耦電容的區(qū)別去耦：去除在器件切換時(shí)從高頻器件進(jìn)入到配電網(wǎng)絡(luò)中的RF能量。去耦電容還可以為器件供局部化的 DC電壓源，它在減少跨板浪涌電流方面特別有用。旁路：從元件或電纜中轉(zhuǎn)

12、移出不想要的共模RF能量。這主要是通過(guò)產(chǎn)生AC旁路消除無(wú)意的能量進(jìn)入敏感的部分，另外還可以提供基帶濾波功能（帶寬受限）。我們經(jīng)常可以看到，在電源和地之間連接著去耦電容，它有三個(gè)方面的作用：一是作為本集成電路的蓄能電容； 二是濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲，切斷其通過(guò)供電回路進(jìn)行傳播的通路；三是防止電源攜帶的噪聲對(duì)電路構(gòu)成干擾。.在電子電路中，去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用，電容所處的位置不同，稱呼就不一樣了。對(duì)于同一個(gè)電路來(lái)說(shuō)，旁路（bypass）電容是把 輸入信號(hào) 中的高頻噪聲作為濾除對(duì)象，把前級(jí)攜帶的高頻雜波濾除，而去耦（decoupling ）電容也稱退耦電容，是把輸出信號(hào) 的干擾作為

13、濾除對(duì)象 。高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般是0.1u ，0.01u 等，而去耦合電容一般比較大，是 10u 或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)，以及驅(qū)動(dòng)電流的變化大小來(lái)確定。數(shù)字電路中典型的去耦電容值是0.1 F。這個(gè)電容的分布電感的典型值是5H。0.1 F的去耦電容有 5H的分布電感，它的并行共振頻率大約在7MHz左右，也就是說(shuō)，對(duì)于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果，對(duì)40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。1F、10F的電容，并行共振頻率在20MHz以上，去除高頻噪聲的效果要好一些。每 10 片左右集成電路要加一片充放電電容，或1 個(gè)蓄能電容，可選10F左右。最好不用電解電容，電解電容是兩層薄膜卷起來(lái)的，這種卷起來(lái)的結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用并不嚴(yán)格，可按C="1"/F ，即 10MHz取 0.1 F， 100MHz取 0.01 F。補(bǔ)充：電容器選用及使用注意事項(xiàng)：.1，一般在低頻耦合或旁路，電氣特性要求較低時(shí)，可選用紙介、滌綸電容器；在高頻高壓電路中，應(yīng)選用云母電容器或瓷介電容器；在電源濾波和退耦電路中，可選用電解電容器。2，在振蕩電路、延時(shí)