§10.3濾波電路交流電壓脈動直流電壓整流濾波直流電壓經過整流后的電源電壓雖然沒有交流變化成分，但其脈動較大，需要經過濾波電路消除其脈動成分，使其更接近于直流。濾波的方法一般采用無源元件電容或電感，利用其對電壓、電流的儲能特性達到濾波的目的。1§10.3濾波電路交流脈動整流濾波直流經過一、電容濾波電路電容濾波電路是使用最多也是最簡單的濾波電路。其結構為在整流電路的輸出端并聯一較大容量的電解電容，利用電容對電壓的充放電作用使輸出電壓趨于平滑。該形式電路多用于小功率電源電路中。1．電容濾波原理以單向橋式整流電容濾波為例進行分析，其電路如圖所示。a橋式整流電容濾波電路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC2一、電容濾波電路電容濾波電路是使用最多也是最簡當RL未接入時(電容初始電壓為0)：u2tuot設t1時刻接通電源t1整流電路為電容充電充電結束沒有電容時的輸出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCucuo=uc=U2τc=RintC（Rint為充電回路等效電阻）3當RL未接入時(電容初始電壓為0)：u2tuot設t1時刻接當RL接入時（假設RL是u2在從0上升時接入的）：u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot無濾波電容時的波形加入濾波電容時的波形4當RL接入時（假設RL是u2在從0上升時接入的）：u1u2uuotu2上升,u2大于電容上的電壓uc,u2對電容充電，uo=ucu2u2下降，u2小于電容上的電壓。二極管承受反向電壓而截止。電容C通過RL放電，uc按指數規律下降，時間常數

=RLC5uotu2上升,u2大于電容u2下降，u2小于電容上的電u2tuot只有整流電路輸出電壓大于uc時，才有充電電流。因此二極管中的電流是脈沖波。二極管中的電流u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC6u2tuot只有整流電路輸出電壓大于uc時，才有充電電流。因u2tuot電容充電時，電容電壓滯后于u2。RLC越小，輸出電壓越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且RLC較大）時7u2tuot電容充電時，電容電壓滯后于u2。RLC越小，輸出2．電容濾波的主要參數因為濾波的過程中含有正弦波、指數曲線及諧波成分，一般很難用精確的數學表達式進行計算，所以一般使用中多采用近似估算來確定其參數。輸出電壓可以近似看成鋸齒波，如圖所示。設uc每次充電到峰值Uomax=U2后按RLC放電的初始斜率線性下降，經過τ=RLC放電結束交于橫軸；并令在（T為正弦波周期）處為電容充放電轉換時的電壓值Uomin。則：82．電容濾波的主要參數因為濾波的過程中含有正弦由相似三角形關系可得：則：即：Io(AV)=Uo(AV)/RL9由相似三角形關系可得：則：即：Io(AV)=Uo(AV)/脈動系數S：采用近似波形計算。以（Uomax－Uomin）為基波峰-峰值，則實際uo的波動沒有近似波形誤差大，故實際S比計算值要小。10脈動系數S：采用近似波形計算。以（Uomax－Uomin）為一般取近似估算:Uo(AV)≈1.2U2(b)流過二極管瞬時電流很大RLC越大Uo越高負載電流的平均值越大;

整流管導電時間越短iD的峰值電流越大(a)輸出電壓平均值Uo與時間常數RLC有關RLC愈大電容器放電愈慢Uo(平均值)愈大(c)二極管承受的最高反向電壓：(d)濾波電容應選用耐壓>1.1的電解電容。11一般取近似估算:Uo(AV)≈1.2U2(b)流過二由UO(AV)的表達式可看出，C越大，UO(AV)也越大，IO(AV)也會增大，而整流管的通電時間卻越短，整流管的導通電流加大，如果C太大則初始充電時間要長，整流管中通過的沖擊電流時間加長，長時間會影響整流管使用壽命。所以一般選擇整流管時ID(AV)＞（2~3）IO(AV)

。改變RLC會對UO(AV)和S有影響，將UO(AV)和IO(AV)的關系曲線稱為輸出特性，將S和IO(AV)的關系曲線稱為濾波特性，如果RLC越小，UO(AV)越低，則S越大，而加大C可使濾波效果和負載能力增強，但C不能無限增大。所以電容濾波形式電路一般適用于輸出電流較小且負載變化不大的場合。12由UO(AV)的表達式可看出，C越大，UO電路結構:在橋式整流電路與負載間串入一電感L就構成了電感濾波電路。u2u1RLLuo二、電感濾波電路13電路結構:在橋式整流電路與負載間串入一電感L就構成了電感電感濾波原理對諧波分量:

f越高，XL越大,電壓大部分降在XL上。

因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。Uo(AV)≈0.9U2當忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓:u2u1RLLuo對直流分量:

XL=0相當于短路,電壓大部分降在RL上14電感濾波原理對諧波分量:f越高，XL越大,電壓大部三、其他形式的濾波電路改善濾波特性的方法：采取多級濾波。如：L-C型濾波電路：在電感濾波后面再接一電容。RC–型濾波電路：在電容濾波后再接一級RC濾波電路。性能及應用場合分別與電容濾波和電感濾波相似。LC–

型濾波電路：在電容濾波后面再接L-C型濾波電路。15三、其他形式的濾波電路改善濾波特性的方法：采取多級濾波。如：１.RC–型濾波器改善濾波特性的方法：采取多級濾波uoRu2u1C1C2uo1′RLRC–

型濾波器16１.RC–型濾波器改善濾波特性的方法：采取多級濾波uuoRu2u1C1C2uo1′RLuo的交流分量的基波的幅值：17uoRu2u1C1C2uo1′RLuo的交流分量的基波的幅值通常選擇濾波元件的參數使得：uo的脈動系數S與uo1的脈動系數S′的關系：18通常選擇濾波元件的參數使得：uo的脈動系數S與uo1的脈動系２、L-C

型濾波電路u2u1LuoCRLuo1設uo1的直流分量為U′O，交流分量的基波的幅值為U′O1m，：19２、L-C型濾波電路u2u1LuoCRLuo1設uo1的通常選擇濾波元件的參數使得：uo的脈動系數S與uo1的脈動系數S′的關系：20通常選擇濾波元件的參數使得：uo的脈動系數S與uo1的脈動系３、LC–

型濾波電路u2u1LuoC2RLuo1C1顯然，LC–型濾波電路輸出電壓的脈動系數比只有LC濾波時更小，波形更加平滑；由于在輸入端接入了電容，因而較只有LC濾波時，提高了輸出電壓。請自行分析LC–

型濾波電路的輸出電壓和脈動系數等基本參數。21３、LC–型濾波電路u2u1LuoC2RLuo1C1顯四．倍壓整流電路利用濾波電容的充放電作用，將多個電容和二極管組合可獲得倍數于變壓器附邊電壓的輸出電壓。1、二倍壓整流電路u2的正半周時：D1導通，D2截止，理想情況下，電容C1的電壓：u2的負半周時：D2導通，D1截止，理想情況下，電容C2的電壓：輸出端的電壓：即二倍壓電壓。22四．倍壓整流電路利用濾波電容的充放電作用，將+–2、多倍壓整流電路+–u2的第一個正半周：u2、C1、D1構成回路，C1充電到：u2的第一個負半周：u2、C2、D2、C1構成回路，C2充電到：C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C623+–2、多倍壓整流電路+–u2的第一個正半周：u2、C1、D+–+–+–+–+–+–C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6u2的第二個正半周：u2、C1、C3、D3、C2構成回路，C1補充電荷，C3充電到：u2的第二個負半周：u2、C2、C4、D4、C3、C1構成回路，C2補充電荷，C4充電到：把電容接在相應電容組的兩端，即可獲得所需的多倍壓直流輸出。24+–+–+–+–+–+–C1u1u2D1D2D3D4D5D6§10.4穩壓二極管穩壓電路穩壓電路的作用:使直流電路在電網波動、負載變化、溫度變化等因素影響下保證輸出電壓穩定。交流電壓脈動直流電壓整流濾波有波紋的直流電壓穩壓直流電壓25§10.4穩壓二極管穩壓電路穩壓電路的作用:使一.穩壓電源類型以下主要討論線性穩壓電路。穩壓二極管穩壓電路開關型穩壓電路線性穩壓電路常用穩壓電路(小功率設備)電路最簡單，但是帶負載能力差，一般只提供基準電壓，不作為電源使用。效率較高，目前用的也比較多，但因學時有限，這里不做介紹。26一.穩壓電源類型以下主要討論線性穩壓電路。穩壓二極管穩壓電二.穩壓電路的主要性能指標(1)穩壓系數S（越小越好）穩壓系數S反映電網電壓波動時對穩壓電路的影響。定義為當負載固定時，輸出電壓的相對變化量與輸入電壓的相對變化量之比。(2)輸出電阻Ro（越小越好）輸出電阻用來反映穩壓電路受負載變化的影響。定義為當輸入電壓固定時輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。它實際上就是電源戴維南等效電路的內阻。27二.穩壓電路的主要性能指標(1)穩壓系數S（越小越好）uiIZminIZmax穩壓管穩壓電路具有電路簡單、元件數量少等優點，應用較為廣泛。適用于負載電流小、負載電壓不變的場合。三.穩壓管穩壓電路28uiIZminIZmax穩壓管穩壓電路具有電路簡單、元件數量從穩壓管的特性可知，在電路中若能使穩壓管始終工作在穩壓區內，即：使穩壓管的電流IZ滿足條件：IZmin≤

IZ≤

IZmax,則輸出電壓UO基本上保持不變，約為UZ。uiIZminIZmaxUZ所以穩壓二極管的穩壓作用是利用穩壓管中電流的調節實現穩壓目的。電路中R必不可少，其作用是限流和電壓、電流補償。29從穩壓管的特性可知，在電路中若能使穩壓管始終工作在穩壓區內，通過對電路分析容易得到關系式：1、穩壓管穩壓電路的工作原理當電網電壓變化時：以上過程是利用關系中，使，從而實現UO的穩定。30通過對電路分析容易得到關系式：1、穩壓管穩壓當負載發生變化時：以上過程是利用關系中，使，使IR基本不變而實現UO的穩定。31當負載發生變化時：以上過程是利用2、穩壓管穩壓電路的性能指標穩壓管穩壓電路的性能指標主要有穩壓系數Sr、輸出電阻RO、電壓調整率、電流調整率、最大紋波電壓、溫度系數等。主要了解前兩個。Sr定義為：在負載固定時穩壓電路輸出電壓相對變化量與輸入電壓相對變化量之比。Sr反映電網波動對輸出電壓的影響，其值越小說明穩壓性能越好。322、穩壓管穩壓電路的性能指標穩壓管穩壓電路的性能指標RO定義為：在輸入電壓固定時，穩壓電路輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。RO反映負載波動對穩壓電路的影響，其值越小說明穩壓電路帶負載能力越強。在只考慮變化量條件下，穩壓管穩壓電路可等效為如圖形式，rz為穩壓管的動態電阻。+-UIUO+-IZIODZRLR限流電阻IR+-UIUO+-RLRrz33RO定義為：在輸入電壓固定時，穩壓電路輸出電壓變化量與輸出電脈動系數Sr：∴Sr=(ΔUO/ΔUI)(UI/UO)

+-UIUO+-RLRrz輸出電阻RO：RO=R//rz