详细说明电容滤波器和电感滤波器(工作原理、设计详细说明、典型电路图)
[导读]整流电路的输出电压不是纯直流。从示波器上观察整流电路的输出与直流有很大的不同。波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。为了获得理想的直流电压，需要使用由储能元件（如电容器和电感器）组成的滤波电路来过滤整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。
电容滤波器滤波器
电容滤波电路原理分析
整流电路的输出电压不是纯直流。从示波器上观察整流电路的输出与直流有很大的不同。波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。为了获得理想的直流电压，需要使用由储能元件（如电容器和电感器）组成的滤波电路来过滤整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。
无源滤波和有源滤波是常用的滤波电路。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、LCπ型滤波和RCπ类型滤波器等。).有源滤波的主要形式是有源滤波RC滤波器，又称电子滤波器。脉动系数表示直流电中脉动成分的大小，此值越大，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输出电压的脉动系数S≈O．67。对于全波和桥式整流电路采用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-π型滤波电路本质上是在电容滤波的基础上加一级RC由滤波电路组成。如图1所示（B）RC如果用S表示滤波电路。C输出电压两端的脉动系数S=（1/ωC2R）S。
根据分析，电阻R的作用是将残余纹波电压降低到电阻的两端，最后从C2再旁路掉。在ω在一定值的情况下，R愈大，C脉动系数越小，即滤波效果越好。当R值增加时，电阻上的直流压降会增加，从而增加直流电源的内部损失；如果增加C2.电容会增加电容器的体积和重量，这是不现实的。这种电路通常用于负载电流相对较小的场合。
由电容C和电感L组成的滤波电路的基本形式如图1所示。由于电容C对直流开路，对交流阻抗较小，因此C并联在负载的两端。电感L对直流阻抗较小，对交流阻抗较大，因此L应与负载串联。
（A）电容滤波 （B） C-R-C或RC-π型电阻滤波 脉动系数S=（1/ωC2R‘）S’
（C） L-C电感滤波 （D） π型滤波或叫C-L-C滤波
图1 无源滤波电路的基本形式
当输入电压升高时，并联电容器C给电容器充电，并将部分能量储存在电容器中。当输入电压降低时，电容器两端的电压可以通过指数放电释放存储能量。通过滤波电路向负载放电后，负载上获得的输出电压相对平稳，起到平波作用。如果使用电感滤波器，当输入电压升高时，与负载串联的电感L中的电流增加，电感L将存储部分磁场能量，当电流减小时，释放能量，使负载电流光滑，因此电感L也具有平波效应。
利用储能元件电感器L的电流不能突变的特点，将电感串联到整流电路的负载电路中，使输出电流波形更加光滑。由于电感对直流的阻抗小，交流阻抗大，可以获得更好的滤波效果，直流损失小。电感滤波的缺点是体积大，成本高。
桥式整流电感滤波电路如图2所示。电感滤波的波形图如图2所示。当输出电流发生变化时，L反电会感应到反电势，增加整流管的导电角，防止电流变化。
图2电感滤波电路
在桥式整流电路中，当u2正半周时，D1、D3.电感中的电流会滞后u2不到90°。当u2超过90°然后开始下降，电感反电势有助于D1、D3继续导电。当u在负半周，D2、D4导电，增加变压器副边电压D1、D3两端，致使D1、D3.相反，电感中的电流将通过D2、D4提供。由于桥式电路的对称性和电感中电流的连续性，四个二极管D1、D3；D2、D4的导电角θ都是180°，这一点与电容滤波电路不同。
图3电感滤波电路波形图
已知桥式整流电路二极管的导角为180°，整流输出电压为半正弦波，平均值约为 。电感滤波电路，二极管的导角也是180°，当忽略电感器L的电阻时，负载上输出的电压平均值也是 。如果考虑滤波电感的直流电阻R，则电感滤波电路输出的电压平均值为
电感滤波电路的电流必须足够大，即RL不要太大，要满足wL》》RL，此时IO（AV）可用下式计算
由于电感的直流电阻小，交流阻抗大，电感后直流分量损失小，但对于交流分量，在wL和 上分压后，大部分交流分量降落在电感上，从而降低了输出电压中的脉动成分。电感L越大，RL滤波效果越小，所以电感滤波适用于负载电流大、变化大的场合。电感滤波后，整流管的导电角延长，避免了过大的冲击电流。
详细说明电容滤波原理
1.空载时的情况
如图4所示，电路采用电容滤波，输出端空载（a）所示设置初始电容电压uC为零。接入电源后，当u正半周通过D1、D3向电容器C充电；u2负半周，通过D2、D4向电容器C充电，充电时间常数为
（a）电路图 （b）波形图
图4 空载时桥式整流电容滤波电路
式中 包括变压器副边绕组的直流电阻和二极管的正导电阻。由于 一般很小，电容器很快充满交流电压u2的最大值 ，如波形图2（b） 的时刻。此后，u2.由于电路输出端没有连接负载，电容器没有放电电路，电容器的电压值开始下降uC不变，此时，uC＞u二、二极管两端承受反向电压，处于截止状态，电路输出电压，电路输出保持恒定值。事实上，电路总是有一定的负载，负载如下。
2.携带时的情况
图5显示了带电阻负载后电容滤波电路的工作情况。交流电源接通后，二极管导通，整流电源向电容器充电，向负载提供电流。输出电压的波形为正弦形。 时刻，即达到u2 90°峰值时，u二极管是否关闭，取决于二极管是承受正电压还是反电压。
先设达到90°二极管关闭后，只有滤波电容器按指数规律放电到负载，以保持一定的负载电流。但是90°后指数下降速度快，正弦波下降速度小，超过90°二极管仍承受正电压一段时间，二极管导通。随着u正弦波的下降速度越来越快，uC 下降速度越来越慢。所以在超过90°后的某一点，例如图5（b）中的t二极管开始承受反向电压，二极管关闭。此后，只有电容器C以指数定期放电的形式向负载提供电流，直到下半周正弦波到来，u2再次超过uC，如图5（b）中的t三、二极管重新导电。
上述工艺电容器的放电时间通常是
一般来说，电容滤波器的负载电流很小，可以满足td条件大的条件下，输出电压波形的放电段温和，纹波小，输出脉动系数S小，输出平均电压UO（AV）大，滤波特性好。
（a）电路图 （b）波形图
图5:桥式整流滤波电路
上述滤波电路有一个共同点，即需要大容量来满足要求，因此大容量电容器在加电时有大短路电流，电流对整流二极管，变压器影响很大，所以现在一般的做法是在整流前添加一个 功率型NTC由于热敏电阻保持平衡，NTC常温下热敏电阻很大，电阻值随温度升高而迅速降低，该电路称为软起动电路。该电路的缺点是：断电后，在热时间常数内， NTC热敏电阻尚未恢复到零功率电阻值，因此不宜频繁打开。
为什么电压在没有负载的情况下增加过滤电容？这是因为过滤器测量的电压是含有脉动成分的峰值电压，加载后是平均值，计算：峰值电压=1.414&TImes;理论输出电压
电子电路滤波器
电阻滤波本身存在诸多矛盾，电感滤波成本高，因此一般线路常采用有源滤波电路，如图6所示。它是由C1、R、C2组成的π型RC由有源器件晶体管T组成的射极输出器连接的滤波电路。从图6可以看出，流过R的电流IR=IE／（1 β）=IRL／（1 β）。流过电阻R的电流仅为负载电流的1/(1 β）因此，可以使用较大的R，与C2.配合以获得更好的滤波效果C两端电压脉动成分降低，输出电压和C两端的电压基本相等，因此输出电压的脉动成分也降低了。
从RL在负载电阻的两端，基极电路的滤波元件R、C2折合到射极回路，相当于R减小(1 β）倍，而C2增大了（1 β）倍。所需的电容C2只是一般RCπ型滤波器所需电容的1/β，例如，晶体管的直流放大系数β=如果使用一般，50RCπ型滤波器所需的容量为1000μF，如果使用电子滤波器，电容器只需要20个μF满足要求。该电路可以选择较大的电阻和较小的电容来达到相同的滤波效果，因此广泛应用于一些小型电子设备的电源中。
电容自谐振频率表 2009-02-02 16:13根据LC谐振点不仅与电感有关，还与电容值有关，电容越大，谐振点越低。许多人认为电容器的容量越大，滤波效果越好，这是一个 种误解。虽然电容器对低频干扰的旁路效果越好，但由于电容器在较低频率下谐振，阻抗开始随着频率的增加而增加，因此高频噪声的旁路效果较差。表1是 不同容量瓷片电容器的自谐振频率为1.6mm(你用的电容线有这么短吗？）。
表1
自谐振频率的电容值（MHz）自谐振频率的电容值（MHz）
1m F1.7820 pF 38.5
0.1m F4680 pF &nbp;42.5
0.01m F12.6560 pF45
3300pF19.3470 pF49
1800 pF25.5390 pF54
1100pF33330 pF60