DQZHAN技術(shù)訊：電容濾波的原理及作用
簡(jiǎn)介：常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。電容濾波為無源濾波，本文詳細(xì)介紹了電容濾波的工作原理以及其作用。
濾波電容的作用簡(jiǎn)單講是使濾波后輸出的電壓為穩(wěn)定的直流電壓，其工作原理是整流電壓高于電容電壓時(shí)電容充電，當(dāng)整流電壓低于電容電壓時(shí)電容放電，在充放電的過程中，使輸出電壓基本穩(wěn)定。
濾波電容容量大，因此一般采用電解電容，在接線時(shí)要注意電解電容的正、負(fù)極。電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。
★當(dāng)u2為正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓uC時(shí)，二極管D1和D3管導(dǎo)通，D2和D4管截止，電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻RL，另一路對(duì)電容C充電。當(dāng)uC>u2，導(dǎo)致D1和D3管反向偏置而截止，電容通過負(fù)載電阻R放電，uC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。
★當(dāng)u2為負(fù)半周幅值變化到恰好大于uC時(shí)，D2和D4因加正向電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，u2再次對(duì)C充電，uC上升到u2的峰值后又開始下降;下降到一定數(shù)值時(shí)D2和D4變?yōu)榻刂?，C對(duì)RL放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降;放電到一定數(shù)值時(shí)D1和D3變?yōu)閷?dǎo)通，重復(fù)上述過程。
RL、C對(duì)充放電的影響：
電容充電時(shí)間常數(shù)為rDC，因?yàn)槎O管的rD很小，所以充電時(shí)間常數(shù)小，充電速度快;RLC為放電時(shí)間常數(shù)，因?yàn)镽L較大，放電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于充電時(shí)間常數(shù)，因此，濾波效果取決于放電時(shí)間常數(shù)。電容C愈大，負(fù)載電阻RL愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大，如圖所示。
整流電路是將交流電變成直流電的一種電路，但其輸出的直流電的脈動(dòng)成分較大，而一般電子設(shè)備所需直流電源的脈動(dòng)系數(shù)要求小于0.01.故整流輸出的電壓必須采取一定的措施.盡量降低輸出電壓中的脈動(dòng)成分，同時(shí)要盡量保存輸出電壓中的直流成分，使輸出電壓接近于較理想的直流電，這樣的電路就是直流電源中的濾波電路。
常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波(包括倒L型、 LC濾波、LCπ型濾波和RCπ型濾等)有源濾波的主要形式是有源RC濾波，也被稱作電子濾波器。
直流電中的脈動(dòng)成分的大小用脈動(dòng)系數(shù)來表示，此值越大，則濾波器的濾波效果越差。
脈動(dòng)系數(shù)(S)=輸出電壓交流分量的基波*大值/輸出電壓的直流分量半波整流輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)為S=1.57，全波整流和橋式整流的輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)S≈O.67。對(duì)于全波和橋式整流電路采用C型濾波電路后，其脈動(dòng)系數(shù)S=1/(4(RLC/T-1)。(T為整流輸出的直流脈動(dòng)電壓的周期。)
RC-π型濾波電路，實(shí)質(zhì)上是在電容濾波的基礎(chǔ)上再加**RC濾波電路組成的。如圖1虛線框即為加的**RC濾波電路。若用S'表示C1兩端電壓的脈動(dòng)系數(shù)，則輸出電壓兩端的脈動(dòng)系數(shù)S=(1/ωC2R')S'。
由分析可知，在ω值一定的情況下，R愈大，C2愈大，則脈動(dòng)系數(shù)愈小，也就是濾波效果就越好。而R值增大時(shí)，電阻上的直流壓降會(huì)增大，這樣就增大了直流電源的內(nèi)部損耗;若增大C2的電容量，又會(huì)增大電容器的體積和重量，實(shí)現(xiàn)起來也不現(xiàn)實(shí)。
為了解決這個(gè)矛盾，于是常常采用有源濾波電路，也被稱作電子濾波器。電路如圖2。它是由C1、R、C2組成的π型RC濾波電路與有源器件--晶體管T組成的射極輸出器連接而成的電路。由圖2可知，流過R的電流IR=IE(1+β)=IR(1+β)。流過電阻R的電流僅為負(fù)載電流的1/(1+β).所以可以采用較大的R，與C2配合以獲得較好的濾波效果，以使C2兩端的電壓的脈動(dòng)成分減小，輸出電壓和C2兩端的電壓基本相等，因此輸出電壓的脈動(dòng)成分也得到了削減。
從RL負(fù)載電阻兩端看，基極回路的濾波元件R、C2折合到射極回路，相當(dāng)于R減小了(1+β)倍，而C2增大了(1+β)倍。這樣所需的電容C2只是一般RCπ型濾波器所需電容的1/β，比如晶體管的直流放大系數(shù)β=50，如果用一般RCπ濾波器所需電容容量為1000μF，如采用電子濾波器，那么電容只需要20μF就滿足要求了。采用此電路可以選擇較大的電阻和較小的電容而達(dá)到同樣的濾波效果，因此被廣泛地用于一些小型電子設(shè)備的電源之中。
