各種形式的濾波電路分析介紹

　　整流電路輸出電壓是單向脈動性電壓，不能直接給電子電路使用。所以要對輸出的電壓進行濾波，消除電壓中的交流成分，成為直流電后給電子電路使用。在濾波電路中，主要使用對交流電有特殊阻抗特性的器件，如：電容器、電感器。本文將對各種形式的濾波電路進行分析。

　　一、濾波電路種類

　　濾波電路主要有下列幾種：電容濾波電路，這是最基本的濾波電路；π型RC濾波電路；π型LC濾波電路；電子濾波器電路。

　　二、濾波原理

　　1.單向脈動性直流電壓的特點圖1（a）所示是單向脈動性直流電壓波形，從圖中可以看出，電壓的方向性無論在何時都是一致的，但在電壓幅度上是波動的，就是在時間軸上，電壓呈現(xiàn)出周期性的變化，所以是脈動性的。但根據(jù)波形分解原理可知，這一電壓可以分解成一個直流電壓和一組頻率不同的交流電壓，如圖1（b）所示。在圖1（b）中，虛線部分是單向脈動性直流電壓U中的直流成分，實線部分是U中的交流成分。

　　圖1 單向脈動性電壓的分解2.電容濾波原理根據(jù)以上的分析，由于單向脈動性直流電壓可分解成交流和直流兩部分。在電源電路的濾波電路中，利用電容器的“隔直通交”的特性和儲能特性，或者利用電感“隔交通直”的特性可以濾除電壓中的交流成分。圖2所示是電容濾波原理圖。圖2（a）為整流電路的輸出電路。交流電壓經(jīng)整流電路之后輸出的是單向脈動性直流電，即電路中的U。圖2（b）為電容濾波電路。由于電容C1對直流電相當(dāng)于開路，這樣整流電路輸出的直流電壓不能通過C1到地，只有加到負載R上。對于整流電路輸出的交流成分，因C1容量較大，容抗較小，交流成分通過C1流到地端，而不能加到負載R。這樣，通過電容C1的濾波，從單向脈動性直流電中取出了所需要的直流電壓+U。濾波電容C1的容量越大，對交流成分的容抗越小，使殘留在負載R上的交流成分越小，濾波效果就越好。

圖2 電容濾波原理圖

　　3.電感濾波原理圖3所示是電感濾波原理圖。由于電感L1對直流電相當(dāng)于通路，這樣整流電路輸出的直流電壓直接加到負載R上。對于整流電路輸出的交流成分，因L1電感量較大，感抗較大，對交流成分產(chǎn)生很大的阻礙作用，阻止了交流電通過C1流到負載R。這樣，通過電感L1的濾波，從單向脈動性直流電中取出了所需要的直流電壓+U。濾波電感L1的電感量越大，對交流成分的感抗越大，使殘留在負載R上的交流成分越小，濾波效果就越好，但直流電阻也會增大。

　　圖3 電感濾波原理圖三、π型RC濾波電路識圖方法圖4所示是π型RC濾波電路。電路中的C1、C2和C3是3只濾波電容，R1和R2是濾波電阻，C1、R1和C2構(gòu)成第一節(jié)π型的RC濾波電路，C2、R2和C3構(gòu)成第二節(jié)π型RC濾波電路。由于這種濾波電路的形式如同希臘字母π并采用了電阻器和電容器，所以稱為π型RC濾波電路。

圖4 π型RC濾波電路

　　π型RC濾波電路原理如下：這一電路的濾波原理是：從整流電路輸出的電壓首先經(jīng)過C1的濾波，將大部分的交流成分濾除，然后再加到由R1和C2構(gòu)成的濾波電路中。C2的容抗與R1構(gòu)成一個分壓電路，因C2的容抗很小，所以對交流成分的分壓衰減量很大，達到濾波目的。對于直流電而言，由于C2具有隔直作用，所以R1和C2分壓電路對直流不存在分壓衰減的作用，這樣直流電壓可以通過R1輸出。在R1大小不變時，加大C2的容量可以提高濾波效果，在C2容量大小不變時，加大R1的阻值可以提高濾波效果。但是，濾波電阻R1的阻值不能太大，因為流過負載的直流電流要流過R1，在R1上會產(chǎn)生直流壓降，使直流輸出電壓U減小。R1的阻值越大，或流過負載的電流越大時，在R1上的壓降越大，使直流輸出電壓越低。C1是第一節(jié)濾波電容，加大容量可以提高濾波效果。但是C1太大后，在開機時對C1的充電時間很長，這一充電電流是流過整流二極管的，當(dāng)充電電流太大、時間太長時，會損壞整流二極管。所以采用這種π型RC濾波電路可以使C1容量較小，通過合理設(shè)計R1和C2的值來進一步提高濾波效果。這一濾波電路中共有3個直流電壓輸出端，分別輸出U、U和U三組直流電壓。其中，U只經(jīng)過電容C1濾波；U則經(jīng)過了C1、R1和C2電路的濾波，所以濾波效果更好，U中的交流成分更小；U則經(jīng)過了2節(jié)濾波電路的濾波，濾波效果最好，所以U中的交流成分最少。3個直流輸出電壓的大小是不同的。U電壓最高，一般這一電壓直接加到功率放大器電路，或加到需要直流工作電壓最高、工作電流最大的電路中；U電壓稍低，這是因為電阻R1對直流電壓存在電壓降；U電壓最低，這一電壓一般供給前級電路作為直流工作電壓，因為前級電路的直流工作電壓比較低，且要求直流工作電壓中的交流成分少。

　　四、π型LC濾波電路識圖方法圖5所示是π型LC濾波電路。π型LC濾波電路與π型RC濾波電路基本相同。這一電路只是將濾波電阻換成濾波電感，因為濾波電阻對直流電和交流電存在相同的電阻，而濾波電感對交流電感感抗大，對直流電的感抗小，這樣既能提高濾波效果，又不會降低直流輸出電壓。在圖5的電路中，整流電路輸出的單向脈動性直流電壓先經(jīng)電容C1濾波，去掉大部分交流成分，然后再加到L1和C2濾波電路中。

　　圖5 π型LC濾波電路

　　對于交流成分而言，L1對它的感抗很大，這樣在L1上的交流電壓降大，加到負載上的交流成分小。對直流電而言，由于L1不呈現(xiàn)感抗，相當(dāng)于通路，同時濾波電感采用的線徑較粗，直流電阻很小，這樣對直流電壓基本上沒有電壓降，所以直流輸出電壓比較高，這是采用電感濾波器的主要優(yōu)點。

　　五、電子濾波器識圖方法1.電子濾波器。圖6所示是電子濾波器。電路中的VT1是三極管，起到濾波管作用，C1是VT1的基極濾波電容，R1是VT1的基極偏置電阻，R是這一濾波電路的負載，C2是輸出電壓的濾波電容。電子濾波電路工作原理如下：

圖6 電子濾波器電路

　　電路中的VT1、R1、C1組成電子濾波器電路，這一電路相當(dāng)于一只容量為C1×β1大小的電容器，β1為VT1的電流放大倍數(shù)，而晶體管的電流放大倍數(shù)比較大，所以等效電容量很大，可見電子濾波器的濾波性能是很好的。等效電路如圖6（b）所示。圖中C為等效電容。電路中的R1和C1構(gòu)成一節(jié)RC濾波電路，R1一方面為VT1提供基極偏置電流，同時也是濾波電阻。由于流過R1的電流是VT1的基極偏置電流，這一電流很小，R1的阻值可以取得比較大，這樣R1和C1的濾波效果就很好，使VT1基極上直流電壓中的交流成分很少。由于發(fā)射極電壓具有跟隨基極電壓的特性，這樣VT1發(fā)射極輸出電壓中交流成分也很少，達到濾波的目的。在電子濾波器中，濾波主要是靠R1和C1實現(xiàn)的，這也是RC濾波電路，但與前面介紹的RC濾波電路是不同的。在這一電路中流過負載的直流電流是VT1的發(fā)射極電流，流過濾波電阻R1的電流是VT1基極電流，基極電流很小，所以可以使濾波電阻R1的阻值設(shè)得很大（濾波效果好），但不會使直流輸出電壓下降很多。電路中的R1的阻值大小決定了VT1的基極電流大小，從而決定了VT1集電極與發(fā)射極之間的管壓降，也就決定了VT1發(fā)射極輸出直流電壓大小，所以改變R1的大小，可以調(diào)整直流輸出電壓+V的大小。

　　2.電子穩(wěn)壓濾波器圖7所示是另一種電子穩(wěn)壓濾波器，與前一種電路相比，在VT1基極與地端之間接入了穩(wěn)壓二極管VD1。電子穩(wěn)壓原理如下：

圖7

　　在VT1基極與地端之間接入了穩(wěn)壓二極管VD1后，輸入電壓經(jīng)R1使穩(wěn)壓二極管VD1處于反向偏置狀態(tài)，此時VD1的穩(wěn)壓特性使VT1管的基極電壓穩(wěn)定，這樣VT1發(fā)射極輸出的直流電壓也比較穩(wěn)定。注意：這一電壓的穩(wěn)定特性是由于VD1的穩(wěn)壓特性決定的，與電子濾波器電路本身沒有關(guān)系。

　　R1同時還是VD1的限流保護電阻。在加入穩(wěn)壓二極管VD1后，改變R1的大小不能改變VT1發(fā)射極輸出電壓大小，由于VT1的發(fā)射結(jié)存在PN結(jié)電壓降，所以發(fā)射極輸出電壓比VD1的穩(wěn)壓值略小。

　　C1、R1與VT1同樣可以組成電子濾波器電路，起到濾波作用。

　　在有些場合下，為了進一步提高濾波效果，可采用雙管電子濾波器電路，2只電子濾波管構(gòu)成了復(fù)合管電路。這樣總的電流放大倍數(shù)為各管電流放大倍數(shù)之積，顯然可以提高濾波效果。

　　六、電源濾波電路識圖小結(jié)

　　關(guān)于電源濾波電路分析主要注意以下幾點：（1）分析濾波電容工作原理時，主要利用電容器的“隔直通交”特性，或是充電與放電特性，即整流電路輸出單向脈動性直流電壓時對濾波電容充電，當(dāng)沒有單向脈動性直流電壓輸出時，濾波電容對負載放電。（2）分析濾波電感工作原理時，主要是認識電感器對直流電的電阻很小、無感抗作用，而對交流電存在感抗。（3）進行電子濾波器電路分析時，要知道電子濾波管基極上的電容是濾波的關(guān)鍵元件。另外，要進行直流電路的分析，電子濾波管有基極電流和集電極、發(fā)射極電流，流過負載的電流是電子濾波管的發(fā)射極電流，改變基極電流大小可以調(diào)節(jié)電子濾波管集電極與發(fā)射極之間的管壓降，從而改變電子濾波器輸出的直流電壓大小。（4）電子濾波器本身沒有穩(wěn)壓功能，但加入穩(wěn)壓二極管之后可以使輸出的直流電壓比較穩(wěn)定。

　　編輯：黃飛