濾波電路的種類、原理及識圖方法

在整流電路輸出的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。本文對其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

如圖 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 UO 中的交流成分。

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 UO。

圖 2(b)為電容濾波電路。由于電容 C1 對直流電相當于開路，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 RL 圖為 RL 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 RL。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 RL 上的交流成分越小，濾波效果就越好。

3. 電感濾波原理

圖 3 所示是電感濾波原理圖。由于電感 L1 對直流電相當于通路，這樣整流電路輸出的直流電壓直接加到負載 RL 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 流到加到負載 RL。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 RL 上的交流成分越小，濾波效果就越好，但直流電阻也會增大。

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 和采用了電阻器、電容器，所以稱為 π 型 RC 濾波電路。

π 型 RC 濾波電路原理如下：

（1）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，這樣直流電壓通過 R1 輸出。

（2）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 Uo2 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。

（3）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。

（4）這一濾波電路中共有 3 個直流電壓輸出端，分別輸出 Uo1、 Uo2 和 Uo3 三組直流電壓。其中， Uo1 只經(jīng)過電容 C1 濾波；Uo2 則經(jīng)過了 C1、 R1 和 C2 電路的濾波，所以濾波效果更好， Uo2 中的交流成分更??；Uo3 則經(jīng)過了 2 節(jié)濾波電路的濾波，濾波效果最好，所以 Uo3 中的交流成分最少。

（5）3 個直流輸出電壓的大小是不同的。Uo1 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；Uo2 電壓稍低，這是因為電阻 R1 對直流電壓存在電壓降；Uo3 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抗大，對直流電的電阻小，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。

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，RL 是這一濾波電路的負載，C2 是輸出電壓濾波電容。

審核編輯：湯梓紅