濾波及電容濾波器整流電路分析

一、濾波

為使直流負(fù)載獲得恒定或平穩(wěn)的直流，設(shè)法把脈動(dòng)電流中的交流成分基波與高次諧波去掉，為達(dá)到這一目的所采用的手段稱為濾波。實(shí)現(xiàn)濾波的設(shè)備稱為濾波器，組成濾波器的元件有電容、電感等。

二、電容濾波器整流電路

利用電容器作濾波元件的濾波器稱為電容濾波器。下圖(a)是具有電容濾波器的單相半波整流電路。作為濾波用的電容器接在整流電路的輸出端，與負(fù)載相并聯(lián)。

1、電容濾波器整流電路的工作過程

在變壓器二次側(cè)電壓u的正半周，二極管D導(dǎo)通，電源一方面向負(fù)載Rf供電，同時(shí)又對(duì)電容器充電，使電容器端電壓uc隨著u按正弦規(guī)律上升，并同時(shí)達(dá)到最大值。過了最大值后，u和uc都開始下降。uc的下降是因?yàn)殡娙萜飨蜇?fù)載放電(由于二極管的單向?qū)щ娦?，放電電流通不過二極管)。在下降開始時(shí)的一段時(shí)間，u的下降速度慢、電容器的放電受到u的約束，uc隨u以同樣的速度下降。過了N點(diǎn)以后，u開始下降得比uc快，于是u c >u，并迫使二極管截止(因?yàn)榇藭r(shí)二極管陰極電位大于陽極電位)，而電容器則按上圖(c)中曲線NQ的規(guī)律繼續(xù)向負(fù)載放電，負(fù)載上仍有電流通過。

電容器放電的速度取決于放電時(shí)的時(shí)間常數(shù)τ，τ=CRf

式中C為濾波電容器的電容量，單位F；Rf為負(fù)載電阻，單位Ω。

電容器放電時(shí)間常數(shù)τ越大，放電越慢，放電持續(xù)時(shí)間越長，雖然u已進(jìn)入到下一個(gè)周期的正半周。但只要u的大小還未超過u c ，二極管仍無法導(dǎo)通，放電仍在繼續(xù)。從上圖(c)的曲線可以看出，這種情況要等過了Q點(diǎn)，u>uc時(shí)，二極管才又重新導(dǎo)通。二極管導(dǎo)通后，電源又一方面向負(fù)載供電，一方面向電容器充電……，此后就不斷重復(fù)上述過程。

2、電容濾波器整流電路的特點(diǎn)

1）負(fù)載兩端的電壓或通過負(fù)載的電流比沒有濾波時(shí)要平穩(wěn)得多。平穩(wěn)程度取決于τ的大小。在Rf一定時(shí)，C越大，τ也越大，放電越慢，u0或i0的波形越平直。

2）采用電容濾波器后，還使直流輸出增加，單相半波整流電路的直流輸出電壓U 0 =(1-1.4)U

全波和橋式整流電路的直流輸出電壓

U 0 =(1.1-1.4)U

3）整流二極管的導(dǎo)通時(shí)間比不加濾波器時(shí)要短，再加上電容器的充電電流，所以通過二極管的電流瞬時(shí)值很大。

4）在單相半波整流電路中，二極管所受的反向電壓u DR =u+u c ，比沒有電容濾波器時(shí)可大到接近一倍(即2√2U)。

5）在濾波器的電容量一定時(shí)，負(fù)載越大(即Rf越小)，τ就越小，濾波效果越差。所以電容濾波器適用于小負(fù)載(Rf大)的場(chǎng)合。

三、電容濾波器電容器的選用

1、電容器的電容量

要使直流輸出平穩(wěn)，電容器用得越大越好，但實(shí)用中按下式選用基本上可滿足要求

C≥(3-5)T／2R f ，式中T為交流電源周期，單位s；C為電容器電容量，F(xiàn)，Rf為負(fù)載電阻，單位Ω。

2、電容器的耐壓

除電容量需滿足要求外，還要根據(jù)具體電路考慮電容器的耐壓，在圖 (a)電路中用的電容器，其耐壓必須≥√2U。

3、電容器的種類

由于電容器的電容量比較大(一般在幾百μF以上)，所以都用電解電容器。電解電容器是有極性的，電解電容器的正極應(yīng)與u0的正端相連。極性接錯(cuò)，會(huì)導(dǎo)致電容器損壞。