電容濾波電路
發(fā)布時(shí)間:2018-06-21 責(zé)任編輯:xueqi
濾波電路
整流電路雖然可將交流電變成直流電,但其脈動(dòng)成分較大,在一些要求直流電平滑的場合是不適用的,需加上濾波電路,以減小整流后直流電中的脈動(dòng)成分。
一般直流電中的脈動(dòng)成分的大小用脈動(dòng)系數(shù)來表示:
其中基波最大值為0.6U2,直流分量(平均值)為0.9 U2,故脈動(dòng)系數(shù)S≈0.67 。同理可求得半波整流輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)為S=1.57,可見其脈動(dòng)系數(shù)是比較大的。一般電子設(shè)備所需直流電源的脈動(dòng)系數(shù)小于0.01,故整流輸出的電壓必須采取一定的措施,一方面盡量降低輸出電壓中的脈動(dòng)成分,另一方面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源的輸出電壓。這一措施就是濾波。
最基本的濾波元件是電感、電容。其濾波原理是:利用這些電抗元件在整流二極管導(dǎo)通期間儲存能量、在截止期間釋放能量的作用,使輸出電壓變得比較平滑;或從另一角度來看,電容、電感對交、直流成分反映出來的阻抗不同,把它們合理地安排在電路中,即可達(dá)到降低交流成分而保留直流成分的目的,體現(xiàn)出濾波作用。
常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。其中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,π型LC濾波和π型RC濾波等)。有源濾波的主要形式是有源RC濾波。
電容濾波
半波整流電容濾波電路如圖Z0710所示。其濾波原理如下:
電容C并聯(lián)于負(fù)載 RL的兩端,uL=uC。在沒有并入電容C之前,整流二極管在u2的正半周導(dǎo)通,負(fù)半周截止,輸出電壓uL的波形如圖中紅線所示。并入電容之后,設(shè)在 ωt=0時(shí)接通電源,則當(dāng)u2由零逐漸增大時(shí),二極管D導(dǎo)通,除有一電流iL流向負(fù)載以外還有一電流iC向電容C充電,充電電壓uC的極性為上正下負(fù)。如忽略二極管的內(nèi)阻,則uC 可充到接近u2的峰值u2m。在u2 達(dá)到最大值以后開始下降,此時(shí)電容器上的電壓uc也將由于放電而逐漸下降。當(dāng)u2<uc時(shí),D因反偏而截止,于是C以一定的時(shí)間常數(shù)通過RL 按指數(shù)規(guī)律放電,uc下降。直到下一個(gè)正半周,當(dāng)u2 >uc時(shí),D又導(dǎo)通。如此下去,使輸出電壓的波形如圖中藍(lán)線所示。顯然比未并電容C前平滑多了。
全波或橋式整流電容濾波的原理與半波整波電容濾波基本相同,濾波波形如圖Z0711 所示。
從以上分析可以看出:
1. 加了電容濾波之后,輸出電壓的直流成分提高了,而脈動(dòng)成分降低了。這都是由于電容的儲能作用造成的。電容在二極管導(dǎo)通時(shí)充電(儲能),截止時(shí)放電(將能量釋放給負(fù)載),不但使輸出電壓的平均值增大,而且使其變得比較平滑了。
2.電容的放電時(shí)間常數(shù)(τ=RLC)愈大,放電愈慢,輸出電壓愈高,脈動(dòng)成分也愈少,即濾波效果愈好。故一般C取值較大,RL也要求較大。實(shí)際中常按下式來選取C的值:
RLC≥(3~5>T(半波) GS0714
RLC≥(3~5)T/2(全波、橋式) GS0715
3.電容濾波電路中整流二極管的導(dǎo)電時(shí)間縮短了,即導(dǎo)通角小于180°。而且,放電時(shí)間常數(shù)越大,導(dǎo)通角越小。因此,整流二極管流過的是一個(gè)很大的沖擊電流,對管子的壽命不利,選擇二極管時(shí),必須留有較大余量。
4. 電容濾波電路的外特性(指UL與IL之間的關(guān)系)和脈動(dòng)特性(指S與IL 之間的關(guān)系)比較差,如圖Z0712 所示??梢钥闯鲚敵鲭妷篣L和脈動(dòng)系數(shù)S隨著輸出電流IL 的變化而變化。當(dāng)IL=0(即RL= ∞ )時(shí),UL = U2(電容充電到最大值后不再放電),S = 0。當(dāng)IL增大(即RL減小)時(shí),由于電容放電程度加快而使UL下降,UL 的變化范圍在 U2 ~0.9 U2之間(指全波或橋式),S變大。所以,電容濾波一般適用于負(fù)載電流變化不大的場合。
5.電容濾波電路輸出電壓的佑算。如果電容濾波電路的放電時(shí)間常數(shù)按式GS0714或GS0715 取值的話,則輸出電壓分別為:
UL=(0.9~1.0)U2 (半波) GS0716
UL=(1.1~1.2)U2 (全波) GS0717
電容濾波電路結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、應(yīng)用較廣。
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