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  • 常见的滤波元件
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    2021-02-18 18:05:34

    在整流电路输出的电压是单向脉动性电压,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。

    一、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。

    二、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。

    1. 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。

    1. 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。

    三、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。

    四、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。

    五、电子滤波器识图方法

    1. 电子滤波器

    图 6 所示是电子滤波器。电路中的 VT1 是三极管,起到滤波管作用, C1 是 VT1 的基极滤波电容,R1 是 VT1 的基极偏置电阻,RL 是这一滤波电路的负载,C2 是输出电压的滤波电容。

    电子滤波电路工作原理如下:

    ①电路中的 VT1、 R1、 C1 组成电子滤波器电路,这一电路相当于一 只容量为 C1×β1 大小电容器,β1 为 VT1 的电流放大倍数,而晶体管的电流放大倍数比较大,所以等效电容量很大,可见电子滤波器的滤波性能是很好的。等效电路如图 6(b)所示。图中 C 为等效电容。

    ②电路中的 R1 和 C1 构成一节 RC 滤波电路, R1 一方面为 VT1 提供基极偏置电流,同时也是滤波电阻。由于流过 R1 的电流是 VT1 的基极偏置电流,这一电流很小, R1 的阻值可以取得比较大,这样 R1 和 C1 的滤 波效果就很好,使 VT1 基极上直流电压中的交流成分很少。由于发射极电压具有跟随基极电压的特性,这样 VT1 发射极输出电压中交流成分也很少,达到滤波的目的。

    ③在电子滤波器中,滤波主要是靠 R1 和 C1 实现的,这也是 RC 滤波电路,但与前面介绍的 RC 滤波电路是不同的。在这一电路中流过负载的直流电流是 VT1 的发射极电流,流过滤波电阻 R1 的电流是 VT1 基极电流,基极电流很小,所以可以使滤波电阻 R1 的阻值设得很大(滤波效果好),但不会使直流输出电压下降很多。

    ④电路中的 R1 的阻值大小决定了 VT1 的基极电流大小,从而决定了 VT1 集电极与发射极之间的管压降,也就决定了 VT1 发射极输出直流电压大小,所以改变 R1 的大小,可以调整直流输出电压 +V 的大小。

    1. 电子稳压滤波器

    图 7 所示是另一种电子稳压滤波器,与前一种电路相比,在 VT1 基极与地端之间接入了稳压二极管 VD1。电子稳压原理如下:

    在 VT1 基极与地端之间接入了稳压二极管 VD1 后,输入电压经 R1 使稳压二极管 VD1 处于反向偏置状态,此时 VD1 的稳压特性使 VT1 管的基极电压稳定,这样 VT1 发射极输出的直流电压也比较稳定。注意:这一电压的稳定特性是由于 VD1 的稳压特性决定的,与电子滤波器电路本身没有关系。

    R1 同时还是 VD1 的限流保护电阻。在加入稳压二极管 VD1 后,改变 R1 的大小不能改变 VT1 发射极输出电压大小,由于 VT1 的发射结存在 PN 结电压降,所以发射极输出电压比 VD1 的稳压值略小。

    C1、 R1 与 VT1 同样组成电子滤波器电路,起到滤波作用。

    在有些场合下,为了进一步提高滤波效果,可采用双管电子滤波器电路,2 只电子滤波管构成了复合管电路。这样总的电流放大倍数为各管电流放大倍数之积,显然可以提高滤波效果。

    六、电源滤波电路识图小结

    关于电源滤波电路分析主要注意以下几点:

    (1)分析滤波电容工作原理时,主要利用电容器的“隔直通交”特性,或是充电与放电特性,即整流电路输出单向脉动性直流电压时对滤波电容充电,当没有单向脉动性直流电压输出时,滤波电容对负载放电。

    (2)分析滤波电感工作原理时,主要是认识电感器对直流电的电阻很小、无感抗作用,而对交流电存在感抗。

    (3)进行电子滤波器电路分析时,要知道电子滤波管基极上的电容是滤波的关键元件。另外,要进行直流电路的分析,电子滤波管有基极电流和集电极、发射极电流,流过负载的电流是电子滤波管的发射极电流,改变基极电流大小可以调节电子滤波管集电极与发射极之间的管压降,从而改变电子滤波器输出的直流电压大小。

    (4)电子滤波器本身没有稳压功能,但加入稳压二极管之后可以使输出的直流电压比较稳定。

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    在整流电路输出的电压是单向脉动性电压,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。

    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。

    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 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。

    电子滤波器识图方法

    1. 电子滤波器

    图 6 所示是电子滤波器。电路中的 VT1 是三极管,起到滤波管作用, C1 是 VT1 的基极滤波电容,R1 是 VT1 的基极偏置电阻,RL 是这一滤波电路的负载,C2 是输出电压的滤波电容。

     

     

    电子滤波电路工作原理如下:

    ① 电路中的 VT1、 R1、 C1 组成电子滤波器电路,这一电路相当于一 只容量为 C1×β1 大小电容器,β1 为 VT1 的电流放大倍数,而晶体管的电流放大倍数比较大,所以等效电容量很大,可见电子滤波器的滤波性能是很好的。等效电路如图 6(b)所示。图中 C 为等效电容。

    ② 电路中的 R1 和 C1 构成一节 RC 滤波电路, R1 一方面为 VT1 提供基极偏置电流,同时也是滤波电阻。由于流过 R1 的电流是 VT1 的基极偏置电流,这一电流很小, R1 的阻值可以取得比较大,这样 R1 和 C1 的滤 波效果就很好,使 VT1 基极上直流电压中的交流成分很少。由于发射极电压具有跟随基极电压的特性,这样 VT1 发射极输出电压中交流成分也很少,达到滤波的目的。

    ③ 在电子滤波器中,滤波主要是靠 R1 和 C1 实现的,这也是 RC 滤波电路,但与前面介绍的 RC 滤波电路是不同的。在这一电路中流过负载的直流电流是 VT1 的发射极电流,流过滤波电阻 R1 的电流是 VT1 基极电流,基极电流很小,所以可以使滤波电阻 R1 的阻值设得很大(滤波效果好),但不会使直流输出电压下降很多。

    ④ 电路中的 R1 的阻值大小决定了 VT1 的基极电流大小,从而决定了 VT1 集电极与发射极之间的管压降,也就决定了 VT1 发射极输出直流电压大小,所以改变 R1 的大小,可以调整直流输出电压 +V 的大小。

    2. 电子稳压滤波器

     

    图 7 所示是另一种电子稳压滤波器,与前一种电路相比,在 VT1 基极与地端之间接入了稳压二极管 VD1。电子稳压原理如下:

    在 VT1 基极与地端之间接入了稳压二极管 VD1 后,输入电压经 R1 使稳压二极管 VD1 处于反向偏置状态,此时 VD1 的稳压特性使 VT1 管的基极电压稳定,这样 VT1 发射极输出的直流电压也比较稳定。注意:这一电压的稳定特性是由于 VD1 的稳压特性决定的,与电子滤波器电路本身没有关系。

    R1 同时还是 VD1 的限流保护电阻。在加入稳压二极管 VD1 后,改变 R1 的大小不能改变 VT1 发射极输出电压大小,由于 VT1 的发射结存在 PN 结电压降,所以发射极输出电压比 VD1 的稳压值略小。

    C1、 R1 与 VT1 同样组成电子滤波器电路,起到滤波作用。

    在有些场合下,为了进一步提高滤波效果,可采用双管电子滤波器电路,2 只电子滤波管构成了复合管电路。这样总的电流放大倍数为各管电流放大倍数之积,显然可以提高滤波效果。

    电源滤波电路识图小结

    关于电源滤波电路分析主要注意以下几点:

    (1)分析滤波电容工作原理时,主要利用电容器的“隔直通交”特性,或是充电与放电特性,即整流电路输出单向脉动性直流电压时对滤波电容充电,当没有单向脉动性直流电压输出时,滤波电容对负载放电。

    (2)分析滤波电感工作原理时,主要是认识电感器对直流电的电阻很小、无感抗作用,而对交流电存在感抗。

    (3)进行电子滤波器电路分析时,要知道电子滤波管基极上的电容是滤波的关键元件。另外,要进行直流电路的分析,电子滤波管有基极电流和集电极、发射极电流,流过负载的电流是电子滤波管的发射极电流,改变基极电流大小可以调节电子滤波管集电极与发射极之间的管压降,从而改变电子滤波器输出的直流电压大小。

    (4)电子滤波器本身没有稳压功能,但加入稳压二极管之后可以使输出的直流电压比较稳定。

    END

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  • 电源设计中最常见的四种滤波电路原理及特点解析

    万次阅读 多人点赞 2019-09-06 11:13:32
    引言 在整流电路输出的电压是单向脉动性电压,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...

    引言

    在整流电路输出的电压是单向脉动性电压,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。

    一、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。

    二、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。

    在这里插入图片描述

    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。
    在这里插入图片描述
    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。
    在这里插入图片描述
    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。

    三、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。
    在这里插入图片描述
    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。

    四、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。
    在这里插入图片描述
    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。

    五、电子滤波器识图方法

    1. 电子滤波器

    图 6 所示是电子滤波器。电路中的 VT1 是三极管, 起到滤波管作用, C1 是 VT1 的基极滤波电容, R1 是 VT1 的基极偏置电阻, RL 是这一滤波电路的负载, C2 是输出电压的滤波电容。
    在这里插入图片描述
    电子滤波电路工作原理如下:

    ①电路中的 VT1、 R1、 C1 组成电 子滤波器电路,这 一电路相当于一 只容量为 C1×β1 大小电容器,β1 为 VT1 的电流放 大倍数,而晶体管 的电流放大倍数 比较大,所以等效 电容量很大,可见 电子滤波器的滤 波性能是很好的。等效电路如图 6(b)所示。图中 C 为 等效电容。

    ②电路中的 R1 和 C1 构成一节 RC 滤波电路, R1 一方面为 VT1 提供基极偏置电流,同时也是滤波电阻。 由于流过 R1 的电流是 VT1 的基极偏置电流,这一电流 很小, R1 的阻值可以取得比较大,这样 R1 和 C1 的滤 波效果就很好,使 VT1 基极上直流电压中的交流成分 很少。由于发射极电压具有跟随基极电压的特性,这样 VT1 发射极输出电压中交流成分也很少,达到滤波的 目的。

    ③在电子滤波器中,滤波主要是靠 R1 和 C1 实现 的,这也是 RC 滤波电路,但与前面介绍的 RC 滤波电路是不同的。在这一电路中流过负载的直流电流是 VT1 的发射极电流,流过滤波电阻 R1 的电流是 VT1 基极电 流,基极电流很小,所以可以使滤波电阻 R1 的阻值 设得很大(滤波效果好),但不会使直流输出电压下降 很多。

    ④电路中的 R1 的阻值大小决定了 VT1 的基极电 流大小,从而决定了 VT1 集电极与发射极之间的管压 降,也就决定了 VT1 发射极输出直流电压大小,所以改 变 R1 的大小,可以调整直流输出电压 +V 的大小。

    2. 电子稳压滤波器
    在这里插入图片描述
    图 7 所示是另一种电子稳压滤波器,与前一种电 路相比,在 VT1 基极与地端之间接入了稳压二极管 VD1。电子稳压原理如下:

    在 VT1 基极 与地端之间接入 了稳压二 极 管 VD1 后,输入电 压经 R1 使稳压 二极管 VD1 处于 反向偏置状态,此时 VD1 的稳压特性使 VT1 管的基极 电压稳定,这样 VT1 发射极输出的直流电压也比较稳 定。注意:这一电压的稳定特性是由于 VD1 的稳压特性 决定的,与电子滤波器电路本身没有关系。

    R1 同时还是 VD1 的限流保护电阻。在加入稳压二 极管 VD1 后,改变 R1 的大小不能改变 VT1 发射极输出电压大小,由于 VT1 的发射结存在 PN 结电压降,所以 发射极输出电压比 VD1 的稳压值略小。

    C1、 R1 与 VT1 同样组成电子滤波器电路,起到滤波作用。

    在有些场合下,为了进一步提高滤波效果,可采用 双管电子滤波器电路, 2 只电子滤波管构成了复合管 电路。这样总的电流放大倍数为各管电流放大倍数之 积,显然可以提高滤波效果。

    六、电源滤波电路识图小结

    关于电源滤波电路分析主要注意以下几点:

    (1)分析滤波电容工作原理时,主要利用电容器的 “隔直通交”特性,或是充电与放电特性,即整流电路输 出单向脉动性直流电压时对滤波电容充电,当没有单 向脉动性直流电压输出时,滤波电容对负载放电。

    (2)分析滤波电感工作原理时, 主要是认识电感器对 直流电的电阻很小、 无感抗作用, 而对交流电存在感抗。

    (3)进行电子滤波器电路分析时,要知道电子滤波 管基极上的电容是滤波的关键元件。另外,要进行直流 电路的分析,电子滤波管有基极电流和集电极、发射极 电流,流过负载的电流是电子滤波管的发射极电流,改 变基极电流大小可以调节电子滤波管集电极与发射极 之间的管压降,从而改变电子滤波器输出的直流电压 大小。

    (4)电子滤波器本身没有稳压功能,但加入稳压二 极管之后可以使输出的直流电压比较稳定。

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  • EMI滤波元件与滤波器的种类

    千次阅读 2017-05-17 10:29:38
    现时市场上还有将几个滤波元件组合在一起的器件供应。下面对几种常用的复合型滤波器做简单介绍。  ① 交流电源滤波器  典型的交流电源滤波器如图9所示。可以看出,它既可以防止从外部电源来的噪声进入设备,...
    [导读] 滤波器的种类繁多,除了一些传统的电感、电容及其组合外,还有多种新技术产品,其用法各不相同。
    关键词: EMI

      滤波器的种类繁多,除了一些传统的电感、电容及其组合外,还有多种新技术产品,其用法各不相同。根据应用场合不同,可把它们分为三大类:

      ① 在交、直流电源部分使用的滤波器:电源滤波器、磁环和磁珠等;

      ② 在信号线上使用的滤波器:信号滤波器、磁环和磁珠、穿心电容、滤波连接器(即滤波器阵列)等;

      ③ 在印刷电路板上使用的滤波器:去耦电容、片状(表面安装式)滤波器、磁珠等。

      3) 电感器与电感型滤波器

      线圈与其回流部分就可构成一个传统的电感器,通常有单线圈或多线圈式的。电感器可按其环绕的磁芯来分类,最常见的两种类型是空气磁芯和磁性磁芯。磁性磁芯电感器(简称磁芯电感)又可按其磁芯是开路或闭路作进一步分类。另外,目前广泛应用的铁氧体磁环(或磁珠),虽然在物理概念上讲起变压器的作用,它也更象一个随频率变化的可变电阻,但是人们通常还是把它当作电感器来考虑。

      实际应用中的电感器,其绕制导线中必然含有寄生的串联电阻及绕线间的分布电容,因此应用中会在某些频率上产生谐振现象。衡量电感器性能的主要参数有:分布电容、有效电感、品质因数Q、自谐振频率和饱和电流等。这些都是应用中应该考虑的。

      ① 普通线圈式电感器

      具有同样体积和匝数的开路磁芯电感比空气芯电感有大得多的电感量和Q值,闭路磁芯情况会更好。电感器的一个重要特性是产生杂散磁场和对杂

      散磁场敏感。空气芯或开路磁芯电感器最容易引起干扰。,因为其磁通从电感器扩展到相当大的距离。就对磁场的敏感度而言,磁芯电感器比空气芯电感器敏感得多,而开路磁芯是最敏感的,因为磁芯(低磁阻通路)集中了外部磁场并引起更多的磁通流过线圈。

      普通电感型滤波器一般只用于低频滤波。在高频条件下,其插入损耗开始降低。这是因为随着频率的增加,当频率超过电感器的自谐振频率后,寄生电容的阻抗开始降低从而引起电感器的阻抗降低。这样一来,高频噪声便得不到良好的抑制而通过电感器引起噪声泄漏。

      ② 铁氧体磁环电感器

      空心铁氧体磁环可以套在导线上,而带引线的铁氧体磁珠则串联在导线中。带引线的铁氧体磁环具有简单的结构,如图6所示,因为通过磁芯可提供一个良好的回流端,从而其寄生电容较小。不带引线的铁氧体磁环情况一样。所以,铁氧体磁环电感器具有良好的高频特性,其工作频率可达1GHz或更高。它可以应用在低阻抗电路中的高频滤波和去耦。

      4) 脉冲电压吸收器

      对瞬态脉冲电压(如静电放电、浪涌、脉冲群等)的干扰,可采取滤波或吸收的措施。但滤波器对幅值较大的瞬态电压抑制能力有限,有效的办法就是采用脉冲电压吸收器。脉冲电压吸收器有避雷管、压敏电阻和瞬变电压吸收二极管(TVS)。目前市场上已有片状式的压敏电阻及TVS阵列供应。(因为严格地讲,脉冲电压吸收技术并不属于滤波的范畴,所以这里不再对其做详细介绍。如有需要,请参考相关资料及产品手册。)

      5) 复合型滤波器

      在实际应用中,若单一元件型滤波器达不到理想的滤波效果,就可以考虑使用复合型的滤波器。复合型滤波器可看作是若干个单一元件型滤波器的级联。现时市场上还有将几个滤波元件组合在一起的器件供应。下面对几种常用的复合型滤波器做简单介绍。

      ① 交流电源滤波器

      典型的交流电源滤波器如图9所示。可以看出,它既可以防止从外部电源来的噪声进入设备,也抑制了设备自己的电磁发射进入共用电网。图示的这个交流电源滤波器用到了共模扼流圈以抑制共模噪声,另外还用到几个电容器。直接跨接在电源线两极之间的电容器用来抑制差模噪声,俗称X电容,而跨接在火线或零线与地线之间的一对电容器用来抑制共模噪声,俗称Y电容。

      ② 信号线EMI抑制滤波器

      信号线EMI抑制滤波器是特殊设计的品质优良的复合型滤波器件。图10所示的是村田公司的产品。用于高速信号线上的滤波器应具有“陡峭”的插入损耗特性曲线,要求它能将噪声从信号中分离出去,而不使信号波形产生失真。这是因为,在高速信号线中的噪声频率与信号频率比较接近,若采用三端电容器或其他简单的滤波器可能对信号和噪声同时进行压缩而造成信号波形的畸变。在这种情况下,就应采用特制的信号线EMI抑制滤波器。

      ③ Block Type/块状型滤波器

      这也是一种性能优良的滤波器件,它组合了铁氧体磁珠、穿心(旁路)电容和独石电容。它具有较高的额定电流和工作可靠性。图11所示的是村田公司的产品。

      ④ SMT T-Type/SMT T型滤波器

      如图12所示,这类T型滤波器是以三端电容为主体的组合了铁氧体磁珠的滤波器件。特别的设计和结构保证了它具有较高的额定电流和额定电压,并具有极宽的温度适应范围和工作可靠性。在有特殊要求的情况下,它特别适合在直流电源线和信号线上使用。

      ⑤ 具有浪涌吸收功能的EMI抑制滤波器

      村田公司生产的这类型片状式的或引线式的三端滤波器,可以简单理解为压敏电阻与电容、电感的组合器件

      ⑥ 其他特殊用途的滤波器件

      目前市场上还有为一些特定用途而专门设计的滤波器件供应,详见其产品手册。

      2) 电容器与电容型滤波器

      按照电容器内绝缘介质材料的种类,电容器可分为电解电容、纸介电容、聚酯树酯电容、陶瓷(独石)电容、聚苯乙烯聚丙烯电容等,另还有新型的穿心电容、三端口电容等。不同类型的电容器其特性不同,它可能满足某一规范但不man

      足其他规范。有时为了在较宽的频段提供滤波,经常将两种不同类型的电容器并联使用。表征电容器的主要技术参数包括:工作频率、寄生电阻、寄生电感、温度敏感性、失效方式以及容量与体积的比值等。只有首先掌握了这些特性,才能正确地选择滤波电容的种类及参数。

      ① 铝电解电容与钽电解电容

      铝电解电容的容体比较大,串联电阻较大,感抗较大,对温度mingan。它适用于温度变化不大、工作频率不高(不高于25kHz)的场合,可用于低频滤波。铝电解电容具有极性,安装时必须保证正确的极性,否则有爆炸的危险。

      与铝电解电容相比,钽电解电容在串联电阻、感抗、对温度的稳定性等方面都有明显的优势。但是,它的工作电压较低。

      ② 纸介电容和聚酯薄膜电容

      其容体比较小,串联电阻小,感抗值较大。它适用于电容量不大、工作频率不高(如1MHz以下)的场合,可用于低频滤波和旁路。使用管型纸介电容器或聚酯薄膜电容器时,可把其外壳与参考地相连,以使其外壳能起到屏蔽的作用而减少电场耦合的影响。

      ③ 云母和陶瓷电容

      其容体比很小,串联电阻小,电感值小,频率/容量特性稳定。它适用于电容量小、工作频率高(频率可达500MHz)的场合,用于高频滤波、旁路、去耦。但这类电容承受瞬态高压脉冲能力较弱,因此不能将它随便跨接在低阻电源线上,除非是特殊设计的。

      ④ 聚苯乙烯电容器

      其串联电阻小,电感值小,电容量相对时间、温度、电压很稳定。它适用于要求频率稳定性高的场合,可用于高频滤波、旁路、去耦。

      ⑤ 穿心电容(有时称作Feed-through/旁路电容)

      穿心电容的结构是地电极围绕在介质周围而信号线穿过介质。这种结构保证了它的电感值很小,高频性能极好,工作电流和工作电压也可以很高。它适用于高频及安装在屏蔽壳体上的场合。目前它被广泛应用于军用设备和移动通讯手机中。使用穿心电容时,应注意必须将其外壳良好接地,只有这样才能达到预期的滤波效果

      ⑥ 三端电容

      在高频线路中,因为一般的电容器的引线具有电感分量,所以影响了其高频特性。而三端口电容在结构上可以做到与电容器串联的剩余电感分量很小,因此其插入损耗特性优于两端口电容,从而改善了电容器的高频特性。三端口电容有引线式的和片状式的

      ⑦ 片状固态电容器阵列

      片状固态电容器阵列可以看作是几个三端电容的集成,因而同样具有三端片状固态电容器一样的滤波特性。它也是通过其两端“地电极”而接地。村田公司现有4线、6线和8线式的片状固态电容器阵列供应。片状固态电容器阵列中各信号线之间的串扰很低,可达-40dB以上。显然,使用阵列式滤波器可明显简化印制板板的设计、减少对印制板的占用面积,同时也方便了滤波器的安装

      3) 电容器与电容型滤波器

      按照电容器内绝缘介质材料的种类,电容器可分为电解电容、纸介电容、聚酯树酯电容、陶瓷(独石)电容、聚苯乙烯聚丙烯电容等,另还有新型的穿心电容、三端口电容等。不同类型的电容器其特性不同,它可能满足某一规范但不满

      足其他规范。有时为了在较宽的频段提供滤波,经常将两种不同类型的电容器并联使用。表征电容器的主要技术参数包括:工作频率、寄生电阻、寄生电感、温度敏感性、失效方式以及容量与体积的比值等。只有首先掌握了这些特性,才能正确地选择滤波电容的种类及参数。

      ① 铝电解电容与钽电解电容

      铝电解电容的容体比较大,串联电阻较大,感抗较大,对温度敏感。它适用于温度变化不大、工作频率不高(不高于25kHz)的场合,可用于低频滤波。铝电解电容具有极性,安装时必须保证正确的极性,否则有爆炸的危险。

      与铝电解电容相比,钽电解电容在串联电阻、感抗、对温度的稳定性等方面都有明显的优势。但是,它的工作电压较低。

      ② 纸介电容和聚酯薄膜电容

      其容体比较小,串联电阻小,感抗值较大。它适用于电容量不大、工作频率不高(如1MHz以下)的场合,可用于低频滤波和旁路。使用管型纸介电容器或聚酯薄膜电容器时,可把其外壳与参考地相连,以使其外壳能起到屏蔽的作用而减少电场耦合的影响。

      ③ 云母和陶瓷电容

      其容体比很小,串联电阻小,电感值小,频率/容量特性稳定。它适用于电容量小、工作频率高(频率可达500MHz)的场合,用于高频滤波、旁路、去耦。但这类电容承受瞬态高压脉冲能力较弱,因此不能将它随便跨接在低阻电源线上,除非是特殊设计的。

      ④ 聚苯乙烯电容器

      其串联电阻小,电感值小,电容量相对时间、温度、电压很稳定。它适用于要求频率稳定性高的场合,可用于高频滤波、旁路、去耦。

      ⑤ 穿心电容(有时称作Feed-through/旁路电容)

      穿心电容的结构是地电极围绕在介质周围而信号线穿过介质。这种结构保证了它的电感值很小,高频性能极好,工作电流和工作电压也可以很高。它适用于高频及安装在屏蔽壳体上的场合。目前它被广泛应用于军用设备和移动通讯手机中。使用穿心电容时,应注意必须将其外壳良好接地,只有这样才能达到预期的滤波效果

      ⑥ 三端电容

      在高频线路中,因为一般的电容器的引线具有电感分量,所以影响了其高频特性。而三端口电容在结构上可以做到与电容器串联的剩余电感分量很小,因此其插入损耗特性优于两端口电容,从而改善了电容器的高频特性。三端口电容有引线式的和片状式的

      ⑦ 片状固态电容器阵列

      片状固态电容器阵列可以看作是几个三端电容的集成,因而同样具有三端片状固态电容器一样的滤波特性。它也是通过其两端“地电极”而接地。村田公司现有4线、6线和8线式的片状固态电容器阵列供应。片状固态电容器阵列中各信号线之间的串扰很低,可达-40dB以上。显然,使用阵列式滤波器可明显简化印制板板的设计、减少对印制板的占用面积,同时也方便了滤波器的安装

      ④ 片状铁氧体电感器阵列

      与片状固态电容器阵列一样,片状铁氧体电感器阵列也有4线、6线和8线式的,同样也具有相似的优良特性。

      ⑤ 交、直流扼流圈

      共模扼流圈是由两个绕向相同、匝数相同的绕组及磁芯构成的电感器,一般常用双线并绕而成,如图8所示。信号电流或电源电流在两个绕组中流过时方向相反,产生的磁通量相互抵消,扼流圈呈现低阻抗。共模噪声电流(包括地环路引起的骚扰电流,也处称作纵向电流)流经两个绕组时方向相同,产生的磁通量同向相加,扼流圈呈现高阻抗,从而起到抑制共模噪声的作用。

      在一些特别的情况下,电源滤波电路中也可能用到同芯闭环对称差模扼流圈,以抑制线路中频率较高的差模噪声。扼流圈在交、直流电源滤波电路和信号电路中都会用到。

      铁氧体磁环对抑制共模电流非常有用。如果配对的两根导线(信号线和地线)穿过铁氧体磁环,铁氧体磁环仅抑制不希望存在的EMI电流,而对有用的差模电流没有影响。铁氧体磁环套在同轴电缆上也同样有效。

      铁氧体磁环最明显的缺点是阻抗不高。另外,在应用中还要注意到以下几点:

      a) 当环或珠的长度接近λ/4时(λ为滤除噪声对应波长),它将变得无效。

      b) 铁氧体磁珠的端-端电容(典型值为1~3pF)在某些频率上对其串联阻抗旁路,使其对噪声的衰减无效。

      c) 当磁感应强度超过一定范围时,铁氧体磁环出现饱和,效率降低。

      d) 当铁氧体磁环套在多根电缆上时,可能增加相邻导线之间的感性交扰。

      ③ 片状铁氧体磁珠电感器

      图7是一个片状铁氧体磁珠电感器的示意图。简单的片状铁氧体磁珠的内部引线是直线型的,所以它的阻抗值较小。而内部引线为盘绕式的片状铁氧体磁珠具有相对较高的阻抗值。

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    2022-08-26 14:10:14
    为了降低对滤波器阶数的苛刻要求,设计中常采用多个滤波器级联的方式,逐级抽取和滤波,来实现数字抽取滤波的目的。每一级都可以采用尽可能大的过渡带宽 ∆ f ∆f ∆f和更小的采样速率 f f f,而且每一级的通带波纹 ...
  • 近期看了一些无源滤波器的资料,其中Robert Keim写的文章通俗易懂,让我们一起来看看处理EMC问题中最常用的手段-RC滤波。本文介绍了滤波的概念,并详细说明了电阻 - 电容(RC)低通滤波器的用途和特性。1时域和频域当...
  • LC和RC滤波电路分析

    万次阅读 多人点赞 2020-03-06 11:58:42
    为了获得比较理想的直流电压,需要利用具有储能作用的电抗性元件(如:电感、电容)组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分,以获得直流电压。 常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波主要...
  •  LC滤波主要是电感的电阻小,直流损耗小。对交流电的感抗大,滤波效果好。缺点是体积大,笨重。成本高。用在要求高的电源电路中。 RC滤波中的电阻要消耗一部分直流电压,R不能取得很大,用在电流小要求不高的电路中...
  • 我真的很想把这篇文章命名为“Of RMS and the Mean I sing”。但是明智的编辑头头们曾不止一次地告诉我,古怪的标题不会吸引人们,这种虚假的学识反而会疏远读者。现在,我对滤波器的了解比对George ...滤波与求...
  • 2. 介质滤波器:介质谐振器Q值一般为集总元件的2~3倍(TEM模,CeramicFilter)或10~20倍(TE01 δ模,Dielectric Loaded Cavity),从而使该类滤波器能实现窄带滤波(1%至1‰)。但寄生通带较近(TEM模约为2~3f0,TE01 δ模...

空空如也

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