电容滤波的原理及作用

  滤波电容的作用简单讲是使滤波后输出的电压为稳定的直流电压,其工作原理是整流电压高于电容电压时电容充电,当整流电压低于电容电压时电容放电,在充放电的过程中,使输出电压基本稳定。

  滤波电容容量大,因此一般都会采用电解电容,在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用,使输出电压趋于平滑。

  ★当u2为正半周并且数值大于电容两端电压uC时,二极管D1和D3管导通,D2和D4管截止,电流一路流经负载电阻RL,另一路对电容C充电。当uCu2,导致D1和D3管反向偏置而截止,电容通过负载电阻R放电,uC按指数规律缓慢下降。

  ★当u2为负半周幅值变化到恰好大于uC时,D2和D4因加正向电压变为导通状态,u2再次对C充电,uC上升到u2的峰值后又开始下降;下降到一定数值时D2和D4变为截止,C对RL放电,uC按指数规律下降;放电到一定数值时D1和D3变为导通,重复上述过程。

  电容充电时间常数为rDC,因为二极管的rD很小,所以充电时间常数小,充电速度快;RLC为放电时间常数,因为RL较大,放电时间常数远大于充电时间常数,因此,滤波效果取决于放电时间常数。电容C愈大,负载电阻RL愈大,滤波后输出电压愈平滑,并且其平均值愈大,如图所示。

  整流电路是将交流电变成直流电的一种电路,但其输出的直流电的脉动成分较大,而一般电子设备所需直流电源的脉动系数要求小于0.01.故整流输出的电压一定要采取一定的措施.尽可能降低输出电压中的脉动成分,同时要尽量保存输出电压中的直流成分,使输出电压接近于较理想的直流电,这样的电路就是直流电源中的滤波电路。

  常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、 LC滤波、LC型滤波和RC型滤等)有源滤波的主要形式是有源RC滤波,也被称作电子滤波器。

  直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示,此值越大,则滤波器的滤波效果越差。

  脉动系数(S)=输出电压交流分量的基波最大值/输出电压的直流分量半波整流输出电压的脉动系数为S=1.57,全波整流和桥式整流的输出电压的脉动系数SO.67。对于全波和桥式整流电路采取C型滤波电路后,其脉动系数S=1/(4(RLC/T-1)。(T为整流输出的直流脉动电压的周期。)

  RC-型滤波电路,实质上是在电容滤波的基础上再加一级RC滤波电路组成的。如图1虚线框即为加的一级RC滤波电路。若用S表示C1两端电压的脉动系数,则输出电压两端的脉动系数S=(1/C2R)S。

  由分析可知,在值一定的情况下,R愈大,C2愈大,则脉动系数愈小,也就是滤波效果就越好。而R值增大时,电阻上的直流压降会增大,这样就增大了直流电源的内部损耗;若增大C2的电容量,又会增大电容器的体积和重量,实现起来也不现实。

  为了解决这一个矛盾,于是常常采用有源滤波电路,也被称作电子滤波器。电路如图2。它是由C1、R、C2组成的型RC滤波电路与有源器件--晶体管T组成的射极输出器连接而成的电路。由图2可知,流过R的电流IR=IE(1+)=IR(1+)。流过电阻R的电流仅为负载电流的1/(1+).所以能够使用较大的R,与C2配合以获得较好的滤波效果,以使C2两端的电压的脉动成分减小,输出电压和C2两端的电压基本相等,因此输出电压的脉动成分也得到了削减。

  从RL负载电阻两头看,基极回路的滤波元件R、C2折合到射极回路,相当于R减小了(1+)倍,而C2增大了(1+)倍。这样所需的电容C2只是一般RC型滤波器所需电容的1/,比如晶体管的直流放大系数=50,如果用一般RC滤波器所需电容容量为1000F,如采用电子滤波器,那么电容只需要20F就满足规定的要求了。采用此电路能选择较大的电阻和较小的电容而达到同样的滤波效果,因此被广泛地用于一些小型电子设备的电源之中。

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