電子技術(shù)基礎(chǔ)-1.5 濾波電路類型和應(yīng)用

1、 濾波電路的類型和應(yīng)用濾波電路的類型和應(yīng)用赤壁市機(jī)電信息技術(shù)學(xué)校赤壁市機(jī)電信息技術(shù)學(xué)校楊楊展展Email: 將不同頻率交流信號(hào)分開，讓特定頻段內(nèi)的信號(hào)通過，而將不同頻率交流信號(hào)分開，讓特定頻段內(nèi)的信號(hào)通過，而對其他頻率范圍內(nèi)的信號(hào)抑制或衰減的過程。對其他頻率范圍內(nèi)的信號(hào)抑制或衰減的過程。 具有這種功能的電路稱為具有這種功能的電路稱為濾波器濾波器。1.濾波的定義濾波的定義一、濾波的概念一、濾波的概念2.濾波器的分類濾波器的分類（1）按內(nèi)部是否有電源和有源器件：）按內(nèi)部是否有電源和有源器件：有源濾波器有源濾波器：一般由集成運(yùn)放和：一般由集成運(yùn)放和RC網(wǎng)絡(luò)組成，由電源向集成運(yùn)網(wǎng)絡(luò)組成，由電源向集成運(yùn)

2、 放提供能量。放提供能量。無源濾波器無源濾波器：一般由電容、電感、電阻等無源元件構(gòu)成。：一般由電容、電感、電阻等無源元件構(gòu)成。 一、濾波的概念一、濾波的概念（2）按幅頻特性：）按幅頻特性：低通濾波器低通濾波器(Low Pass Filter) ：通低頻阻高頻通低頻阻高頻高通濾波器高通濾波器(High Pass Filter) ：通通高高頻阻低頻頻阻低頻帶通濾波器帶通濾波器(Band Pass Filter) ：通中頻阻高、低頻通中頻阻高、低頻帶阻濾波器帶阻濾波器(Band Elimination Filter) ：通高、低頻阻中頻通高、低頻阻中頻AfOAfOAfOAfO通帶通帶阻帶阻帶通帶通帶

3、阻帶阻帶通帶通帶阻帶阻帶通帶通帶阻帶阻帶通帶通帶阻帶阻帶 一、濾波的概念一、濾波的概念3.幾種常見無源濾波電路結(jié)構(gòu)幾種常見無源濾波電路結(jié)構(gòu) 一、濾波的概念一、濾波的概念4.電容、電感的性質(zhì)電容、電感的性質(zhì)1.1.對電流也有阻礙作用，分別稱為容抗和感抗。對電流也有阻礙作用，分別稱為容抗和感抗。C1X2 fC LX2 fL 交流電頻率交流電頻率f f越高，越高，X XC C越??；越??；f f越小，越小，X XC C越大；所以越大；所以電容在交流電路中的作用是電容在交流電路中的作用是通高頻阻低頻通高頻阻低頻。交流電頻率交流電頻率f f越高，越高，X XL L越大；越大；f f越小，越小，X XL L

4、越??；所以越??；所以電感在交流電路中的作用是電感在交流電路中的作用是通低頻阻高頻通低頻阻高頻。2.2.當(dāng)兩端電壓增大時(shí)，電容當(dāng)兩端電壓增大時(shí)，電容/ /電感從電源取用能量，稱為電感從電源取用能量，稱為充電充電； 當(dāng)兩端電壓減小時(shí)，電容當(dāng)兩端電壓減小時(shí)，電容/ /電感向電源放還能量，稱為電感向電源放還能量，稱為放電放電。3.3.充放電的持續(xù)時(shí)間稱為時(shí)間常數(shù)充放電的持續(xù)時(shí)間稱為時(shí)間常數(shù) RC LR 一、濾波的概念一、濾波的概念5.5.電容充放電過程的微觀分析電容充放電過程的微觀分析( (1).1).充電過程充電過程. .由于由于電荷量電荷量增加，由增加，由C=Q/UC=Q/U知：知：U=Q/CU=

5、Q/C，電壓，電壓U U增大；電位差增大；電位差為零時(shí)為零時(shí), U=E, U=E. .電位差較大電位差較大時(shí)時(shí)電流較大電流較大; ;電位差減小時(shí)電流減小電位差減小時(shí)電流減小; ;電位差電位差為為 0 0時(shí)電流時(shí)電流為為 0 0結(jié)論結(jié)論： 電容器電容器在充電過程中，電容器兩端電壓由小變大，在充電過程中，電容器兩端電壓由小變大，最后最后等等于電源電壓；而電流卻由大變小，最后變?yōu)榱?。于電源電壓；而電流卻由大變小，最后變?yōu)榱?。tEuC/iCOiCuc 一、濾波的概念一、濾波的概念5.5.電容充放電過程的微觀分析電容充放電過程的微觀分析（2 2）. .放電過程放電過程. .在電場力作用下，兩極板間的正負(fù)

6、電荷不斷中和，電容器上在電場力作用下，兩極板間的正負(fù)電荷不斷中和，電容器上的電壓隨著放電而下降，直至兩極板電荷完全中和，的電壓隨著放電而下降，直至兩極板電荷完全中和，UC為為. . 電位差較大時(shí)電流較大；電位差減小電位差較大時(shí)電流較大；電位差減小時(shí)時(shí)電流減?。浑娢徊铍娏鳒p?。浑娢徊顬闉?0時(shí)電流時(shí)電流為為 0。結(jié)論：結(jié)論： 電容器電容器在放電過程中，電容器兩端的電壓由大變小在放電過程中，電容器兩端的電壓由大變小，最后，最后變?yōu)榱?；放電電流也由大變小，最后變?yōu)榱恪Ｗ優(yōu)榱?；放電電流也由大變小，最后變?yōu)榱恪?tEuC/iCOiCucic=uc/R 1整流電路的輸出為什么需要濾波？整流電路的輸出為什么

7、需要濾波？P17二、幾種整流濾波電路二、幾種整流濾波電路2電容和電感為什么可以構(gòu)成濾波器？電容和電感為什么可以構(gòu)成濾波器？P173幾種常見的濾波器的電路結(jié)構(gòu)？幾種常見的濾波器的電路結(jié)構(gòu)？P17 （1）電路結(jié)構(gòu)）電路結(jié)構(gòu)1.電容器半波整流濾波電路電容器半波整流濾波電路二、幾種整流濾波電路二、幾種整流濾波電路 v2為第一個(gè)正半周為第一個(gè)正半周當(dāng)當(dāng) v2 vC 時(shí)，時(shí)，VD 導(dǎo)通，對導(dǎo)通，對 C 充電。如圖（充電。如圖（b）所示。）所示。 v2 由由 0 開始上升，但當(dāng)開始上升，但當(dāng) v2 vC 時(shí)，時(shí)，VD 導(dǎo)通，繼續(xù)對導(dǎo)通，繼續(xù)對 C 充電，但因?yàn)殡娙萜魃嫌谐潆?，但因?yàn)殡娙萜魃嫌惺Ｓ嚯妷?，充電時(shí)

8、間縮短。剩余電壓，充電時(shí)間縮短。當(dāng)當(dāng) v2 vC 時(shí)，時(shí)，VD 截止，電容通截止，電容通過過 RL 放電。放電。直流電流：直流電流：LOORVI 電容的充放電反復(fù)進(jìn)行，直電容的充放電反復(fù)進(jìn)行，直到電容器到電容器 C 上充電上升的電壓等于上充電上升的電壓等于放電下降的電壓時(shí)，進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。放電下降的電壓時(shí)，進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。波形如圖（波形如圖（d d）所示。）所示。 （3）各電量波形圖對應(yīng)關(guān)系）各電量波形圖對應(yīng)關(guān)系u2tOtOuc接通電源接通電源C充電充電C放電時(shí)刻放電時(shí)刻C放電時(shí)刻放電時(shí)刻C充電時(shí)刻充電時(shí)刻t0t1t2t3t4t5t6t7t8 T0-t1時(shí)刻，時(shí)刻，u2正半周增大，正半周增大，二極

9、管二極管正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通，電容器開始充電，電容器開始充電， uc開始開始增大。增大。T1-t2時(shí)刻，時(shí)刻，u2過正半周最大值開始減小，但仍比過正半周最大值開始減小，但仍比uc大，大，二極管二極管仍仍 正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通，電容器仍，電容器仍 繼續(xù)充電，繼續(xù)充電，uc繼續(xù)繼續(xù)增大增大。t2時(shí)刻后，時(shí)刻后，u2uc，二極管，二極管截止截止，電容器開始放電，電容器開始放電， uc開始開始減小減小。 t3-t4時(shí)刻，時(shí)刻，u2處于負(fù)半周處于負(fù)半周u2uc ，二極管，二極管截止截止，電容器繼續(xù)放電。，電容器繼續(xù)放電。 t5時(shí)刻時(shí)刻后后，u2uc ，二極管開始，二極管開始導(dǎo)通導(dǎo)通，電容器開始充電，電容器開始充

10、電，uc增大增大。t4時(shí)刻后，時(shí)刻后，u2進(jìn)入正半周，進(jìn)入正半周， u2開始增大，在開始增大，在t5時(shí)刻前，時(shí)刻前， 仍有仍有u2 uc，二極管繼續(xù)二極管繼續(xù)截止截止，電容器，電容器開始繼續(xù)放電。開始繼續(xù)放電。 t5-t6時(shí)刻，時(shí)刻，u2uc ，二極管持續(xù)，二極管持續(xù)導(dǎo)通導(dǎo)通，電容器持續(xù)充電，電容器持續(xù)充電，uc增大增大。 t6-t7時(shí)刻，時(shí)刻，u2uc ，二極管持續(xù)，二極管持續(xù)導(dǎo)通導(dǎo)通，電容器持續(xù)充電，電容器持續(xù)充電，uc增大增大。t7時(shí)刻后，時(shí)刻后，u2uc，二極管再次，二極管再次截止截止，電容器又開始放電，電容器又開始放電， uc開開 始始減小減小。（4）充放電過程）充放電過程 （1）電

11、路結(jié)構(gòu)和波形圖）電路結(jié)構(gòu)和波形圖2.電容器全波整流濾波電路電容器全波整流濾波電路二、幾種整流濾波電路二、幾種整流濾波電路 （2）各電量波形圖對應(yīng)關(guān)系）各電量波形圖對應(yīng)關(guān)系u2tOuctOD1導(dǎo)通導(dǎo)通D2截止截止C充電充電D1、D2均截止均截止C放電放電D1截止截止D2導(dǎo)通導(dǎo)通C充電充電D1、D2均截止均截止C放電放電D1導(dǎo)通導(dǎo)通D2截止截止C充電充電D1、D2均截止均截止C放電放電 輸出電壓（平均值）：輸出電壓（平均值）： 全波整流電路輸出的是全波脈動(dòng)直流電，輸入電壓正全波整流電路輸出的是全波脈動(dòng)直流電，輸入電壓正負(fù)半周對電容負(fù)半周對電容 C 充電兩次，充電方向相同，電容充電兩次，充電方向相同

12、，電容 C 對負(fù)載放對負(fù)載放電時(shí)間縮短。電時(shí)間縮短。半波：半波：VO V2 全波：全波：VO 1.2 1.2 V2 （3）電路特點(diǎn)及計(jì)算公式）電路特點(diǎn)及計(jì)算公式 圖示采用圖示采用 型型 RC RC 濾波電路的橋式整流器。濾波電路的橋式整流器。1 型型 RC 濾波電路濾波電路電路中電路中 C C1 1 的作用和上面講的濾波作用相同，的作用和上面講的濾波作用相同，R R 和和 C C2 2 起起進(jìn)一步平滑作用，進(jìn)一步平滑作用， C C2 2 越大，效果越好。只是電阻越大，效果越好。只是電阻 R R 上的直上的直流壓降使輸出電壓降低。流壓降使輸出電壓降低。三、其他幾種濾波電路簡介三、其他幾種濾波電路

13、簡介 2.1單相整流電路單相整流電路2 型型 LC 濾波電路濾波電路圖示為圖示為 型型 LC LC 濾波電路。濾波電路。濾波作用最好，適用于負(fù)載電阻小，電流大，濾波電濾波作用最好，適用于負(fù)載電阻小，電流大，濾波電壓要求比較高的場合。壓要求比較高的場合。 這種濾波電路線圈體積大、笨重、成本高。這種濾波電路線圈體積大、笨重、成本高。 3 型型 LC 濾波電路濾波電路圖示為圖示為 型型 LC LC 濾波電路。濾波電路。圖中圖中 L L 為電感量很大的鐵心線圈，使加到為電感量很大的鐵心線圈，使加到 R RL L 上的交流上的交流成分減小，所以這種濾波器的平滑濾波作用比成分減小，所以這種濾波器的平滑濾波

14、作用比 RC RC 濾波器好。濾波器好。三、其他幾種濾波電路簡介三、其他幾種濾波電路簡介 4電感濾波電路電感濾波電路圖示為圖示為 電感電感濾波電路濾波電路。 輸出電壓較平坦，適用于輸出電流較大，負(fù)載變化較大的場輸出電壓較平坦，適用于輸出電流較大，負(fù)載變化較大的場合合。二極管上的電流為連續(xù)波形。二極管上的電流為連續(xù)波形。 這種這種濾波電路線圈體積大、笨重、成本濾波電路線圈體積大、笨重、成本高，易引起電磁干擾高，易引起電磁干擾 三、其他幾種濾波電路簡介三、其他幾種濾波電路簡介 類型類型電容濾波電容濾波 電感濾波電感濾波RC-型型LC-型型LC- 型型UO1.2U20.9U21.2U21.2U20.

15、9U2二極管沖擊電流大小大大小負(fù)載能力差強(qiáng)差較強(qiáng)強(qiáng)適用場合小電流大電流小電流小電流大電流其他特點(diǎn) 電路簡單 笨重價(jià)高R上有直流壓降一般L較小，R較大一般L較大C較小L笨重價(jià)高5幾種濾波電路對比幾種濾波電路對比 1單相半波整流電路負(fù)載所獲得的電壓、電流是正弦半波，單相半波整流電路負(fù)載所獲得的電壓、電流是正弦半波，其電壓平其電壓平均值均值 ；整流二極管的極限參數(shù)選擇：應(yīng)使；整流二極管的極限參數(shù)選擇：應(yīng)使 IVM IO， VM 。單相整流濾波電路小結(jié)單相整流濾波電路小結(jié)2O45. 0VV 22V2O9 . 0VV 3單相橋式整流電路為全波整流電路，在電源正、負(fù)半周單相橋式整流電路為全波整流電路，在電源正、負(fù)半周時(shí)，兩組電路輪流工作，所以二極管中的電流平均值僅為負(fù)載時(shí)，兩組電路輪流工作，所以二極管中的電流平均值僅為負(fù)載電流的一半。電流的一半。 2單相全波整流電路采用全波整流，使輸出電壓平均值提單相全波整流電路采用全波整流，使輸出電壓平均值提高一倍，即高一倍，即 。全波整流電路的主要缺點(diǎn)是管子的耐壓。全波整流電路的主要缺點(diǎn)是管子的耐壓值需要提高一倍，電源變壓器需要有中心抽頭，因此元器件費(fèi)值需要提高一倍，電源變壓器需要有中心抽頭，因此元器件費(fèi)用增