各种滤波电路分析

在整流电路输出的电压是单脉动性电压，不能直接给电子电路使用。所以要对输出的电压进行滤波，消除电压中的交流成分，成为直流电后给电子电路使用。在滤波电路中，主要使用对交流电有特殊阻抗特性的器件，如：电容器、电感器。本文对其各种形式的滤波电路进行分析。

赵文隽

2021-2-22 14:45:27

　　滤波电路种类
　　滤波电路主要有下列几种：电容滤波电路，这是最基本的滤波电路;π 型 RC 滤波电路;π 型 LC 滤波电路;电子滤波器电路。

滤波原理
1. 单向脉动性直流电压的特点
如图 1（a）所示。是单向脉动性直流电压波形，从图中可以看出，电压的方向性无论在何时都是一致的，但在电压幅度上是波动的，就是在时间轴上，电压呈现出周期性的变化，所以是脉动性的。
但根据波形分解原理可知，这一电压可以分解一个直流电压和一组频率不同的交流电压，如图 1（b）所示。在图 1（b）中，虚线部分是单向脉动性直流电压 U。中的直流成分，实线部分是 UO 中的交流成分。

2. 电容滤波原理
根据以上的分析，由于单向脉动性直流电压可分解成交流和直流两部分。在电源电路的滤波电路中，利用电容器的“隔直通交”的特性和储能特性，或者利用电感“隔交通直”的特性可以滤除电压中的交流成分。图 2 所示是电容滤波原理图。
图 2（a）为整流电路的输出电路。交流电压经整流电路之后输出的是单向脉动性直流电，即电路中的 UO。
图 2（b）为电容滤波电路。由于电容 C1 对直流电相当于开路，这样整流电路输出的直流电压不能通过C1 到地，只有加到负载 RL 图为 RL 上。对于整流电路输出的交流成分，因 C1 容量较大，容抗较小，交流成分通过 C1 流到地端，而不能加到负载 RL。这样，通过电容 C1 的滤波，从单向脉动性直流电中取出了所需要的直流电压 +U。
滤波电容 C1 的容量越大，对交流成分的容抗越小，使残留在负载 RL 上的交流成分越小，滤波效果就越好。

3. 电感滤波原理
图 3 所示是电感滤波原理图。由于电感 L1 对直流电相当于通路，这样整流电路输出的直流电压直接加到负载 RL 上。

对于整流电路输出的交流成分，因 L1 电感量较大，感抗较大，对交流成分产生很大的阻碍作用，阻止了交流电通过 C1 流到加到负载 RL。这样，通过电感 L1 的滤波，从单向脉动性直流电中取出了所需要的直流电压 +U。
滤波电感 L1 的电感量越大，对交流成分的感抗越大，使残留在负载 RL 上的交流成分越小，滤波效果就越好，但直流电阻也会增大。

董超

2021-2-22 14:47:17

　π 型 RC滤波电路识图方法
　　图 4 所示是 π 型 RC 滤波电路。电路中的 C1、C2 和 C3 是 3 只滤波电容，R1 和 R2 是滤波电阻，C1、R1 和C2 构成第一节 π 型的 RC 滤波电路， C2、R2 和 C3 构成第二节 π 型 RC 滤波电路。由于这种滤波电路的形式如同希腊字母 π 和采用了电阻器、电容器，所以称为 π 型 RC 滤波电路。
　　

　　π 型 RC 滤波电路原理如下：
　　1）这一电路的滤波原理是：从整流电路输出的电压首先经过 C1 的滤波，将大部分的交流成分滤除，然后再加到由 R1 和 C2 构成的滤波电路中。C2 的容抗与 R1 构成一个分压电路，因 C2 的容抗很小，所以对交流成分的分压衰减量很大，达到滤波目的。对于直流电而言，由于 C2 具有隔直作用，所以 R1 和 C2 分压电路对直流不存在分压衰减的作用，这样直流电压通过 R1 输出。
　　2）在 R1 大小不变时，加大 C2 的容量可以提高滤波效果，在 C2 容量大小不变时，加大 R1 的阻值可以提高滤波效果。但是，滤波电阻 R1 的阻值不能太大，因为流过负载的直流电流要流过 R1，在 R1 上会产生直流压降，使直流输出电压 Uo2 减小。R1 的阻值越大，或流过负载的电流越大时，在 R1 上的压降越大，使直流输出电压越低。
　　3）C1 是第一节滤波电容，加大容量可以提高滤波效果。但是 C1 太大后，在开机时对 C1 的充电时间很长，这一充电电流是流过整流二极管的，当充电电流太大、时间太长时，会损坏整流二极管。所以采用这种 π 型 RC 滤波电路可以使 C1 容量较小，通过合理设计 R1 和 C2 的值来进一步提高滤波效果。
　　4）这一滤波电路中共有 3 个直流电压输出端，分别输出 Uo1、 Uo2 和 Uo3 三组直流电压。其中， Uo1 只经过电容 C1 滤波;Uo2 则经过了 C1、 R1 和 C2 电路的滤波，所以滤波效果更好， Uo2 中的交流成分更小;Uo3 则经过了 2 节滤波电路的滤波，滤波效果最好，所以 Uo3 中的交流成分最少。
　　5）3 个直流输出电压的大小是不同的。Uo1 电压最高，一般这一电压直接加到功率放大器电路，或加到需要直流工作电压最高、工作电流最大的电路中;Uo2 电压稍低，这是因为电阻 R1 对直流电压存在电压降;Uo3 电压最低，这一电压一般供给前级电路作为直流工作电压，因为前级电路的直流工作电压比较低，且要求直流工作电压中的交流成分少。

　π 型 RC滤波电路识图方法
　　图 4 所示是 π 型 RC 滤波电路。电路中的 C1、C2 和 C3 是 3 只滤波电容，R1 和 R2 是滤波电阻，C1、R1 和C2 构成第一节 π 型的 RC 滤波电路， C2、R2 和 C3 构成第二节 π 型 RC 滤波电路。由于这种滤波电路的形式如同希腊字母 π 和采用了电阻器、电容器，所以称为 π 型 RC 滤波电路。
　　

　　π 型 RC 滤波电路原理如下：
　　1）这一电路的滤波原理是：从整流电路输出的电压首先经过 C1 的滤波，将大部分的交流成分滤除，然后再加到由 R1 和 C2 构成的滤波电路中。C2 的容抗与 R1 构成一个分压电路，因 C2 的容抗很小，所以对交流成分的分压衰减量很大，达到滤波目的。对于直流电而言，由于 C2 具有隔直作用，所以 R1 和 C2 分压电路对直流不存在分压衰减的作用，这样直流电压通过 R1 输出。
　　2）在 R1 大小不变时，加大 C2 的容量可以提高滤波效果，在 C2 容量大小不变时，加大 R1 的阻值可以提高滤波效果。但是，滤波电阻 R1 的阻值不能太大，因为流过负载的直流电流要流过 R1，在 R1 上会产生直流压降，使直流输出电压 Uo2 减小。R1 的阻值越大，或流过负载的电流越大时，在 R1 上的压降越大，使直流输出电压越低。
　　3）C1 是第一节滤波电容，加大容量可以提高滤波效果。但是 C1 太大后，在开机时对 C1 的充电时间很长，这一充电电流是流过整流二极管的，当充电电流太大、时间太长时，会损坏整流二极管。所以采用这种 π 型 RC 滤波电路可以使 C1 容量较小，通过合理设计 R1 和 C2 的值来进一步提高滤波效果。
　　4）这一滤波电路中共有 3 个直流电压输出端，分别输出 Uo1、 Uo2 和 Uo3 三组直流电压。其中， Uo1 只经过电容 C1 滤波;Uo2 则经过了 C1、 R1 和 C2 电路的滤波，所以滤波效果更好， Uo2 中的交流成分更小;Uo3 则经过了 2 节滤波电路的滤波，滤波效果最好，所以 Uo3 中的交流成分最少。
　　5）3 个直流输出电压的大小是不同的。Uo1 电压最高，一般这一电压直接加到功率放大器电路，或加到需要直流工作电压最高、工作电流最大的电路中;Uo2 电压稍低，这是因为电阻 R1 对直流电压存在电压降;Uo3 电压最低，这一电压一般供给前级电路作为直流工作电压，因为前级电路的直流工作电压比较低，且要求直流工作电压中的交流成分少。

杨芳

2021-2-22 14:47:48

　π型 LC滤波电路识图方法
　　图 5 所示是 π 型 LC 滤波电路。π 型 LC 滤波电路与 π 型 RC 滤波电路基本相同。这一电路只是将滤波电阻换成滤波电感，因为滤波电阻对直流电和交流电存在相同的电阻，而滤波电感对交流电感抗大，对直流电的电阻小，这样既能提高滤波效果，又不会降低直流输出电压。
　　在图 5 的电路中，整流电路输出的单向脉动性直流电压先经电容 C1 滤波，去掉大部分交流成分，然后再加到 L1 和 C2 滤波电路中。
　　

　　对于交流成分而言， L1 对它的感抗很大，这样在 L1 上的交流电压降大，加到负载上的交流成分小。
　　对直流电而言，由于 L1 不呈现感抗，相当于通路，同时滤波电感采用的线径较粗，直流电阻很小，这样对直流电压基本上没有电压降，所以直流输出电压比较高，这是采用电感滤波器的主要优点。

李雯婷

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赵文隽

李青

董超

杨芳

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