高效掌握！常見濾波電路實戰(zhàn)分析

整流器電路的電壓輸出是單向脈沖電壓，不能直接用于電子電路。因此，有必要對輸出電壓進行濾波，消除電壓中的交流分量，并將其轉換為直流電，用于電子電路。濾波器電路主要使用具有交流特殊阻抗特性的器件，如電容器和電感器。本文分析了不同形式的濾波電路。

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；電感濾波電路；π型RC濾波電路；π型LC濾波電路。下面分別介紹這幾種濾波的工作原理。

濾波原理

單向脈動性直流電壓的特點

下圖（左）所示是一種單向脈動直流波形。從圖中可以看出，電壓的方向始終是一致的，但電壓的幅度是變化的。也就是說，在時間線上，電壓顯示出周期性變化，因此它會脈沖。但根據(jù)波形分解原理，該電壓可以分解為直流電壓和一系列不同頻率的交流電壓，如圖（右）所示，其中虛線表示單向脈動直流電壓U0中的直流分量，而U0的交流分量用實線表示。

單向脈動性電壓分解

電容濾波原理

根據(jù)上述分析，由于直流電壓的單向脈動，它可以分為兩部分：交流電和直流電。在電源電路濾波電路中，可以通過使用電容器的“隔直通交”和儲能特性，或使用電感器的“隔交通直”來濾除電壓中的交流分量。

下圖顯示了電容濾波的原理。圖（a）顯示了整流器電路的輸出電路。交流電壓經(jīng)電路整流后，輸出為單向脈動直流電，在電路中為U0。圖（b）顯示了電容器濾波電路。由于電容器C1對應于直流的開路，整流器電路輸出的直流電壓不能通過C1接地，只能施加到負載RL，如RL圖所示。對于通過整流器電路輸出的交流分量，因C1容量較大，容抗小，交流分量通過C1流到地端，而不能加到負載RL。這樣，通過對電容器C1進行濾波，從單向脈沖直流電流中提取所需的直流電壓+U。濾波電容器C1的容量越大，其對交流分量的容抗越小，導致負載RL上的交流成分越小，濾波效果也就越好。

電容濾波原理

電感濾波原理

如下圖顯示了電感濾波的原理。由于電感器L1對直流電相當于通路，因此從整流器電路輸出的DC電壓被直接施加到負載RL。對于整流電路輸出中的交流成分，由于L1具有較大的電感值，它會對這些交流信號產(chǎn)生較高的感抗，阻止交流電通過C1流向負載RL。這樣，通過電感L1進行濾波，從單向脈沖直流電流中提取所需的直流電壓+U。一般來說，濾波電感器L1的電感越大，交流分量的感抗就越大，導致負載RL上的交流分量越小，濾波效果越好，但直流電阻也會增大。

電感濾波原理

π型RC濾波電路

π型濾波是一種二階濾波器，可以去除不需要的諧波，在直流電源中是減小電流的脈動，使電流更加平滑。RC濾波器電路由兩個濾波電容器和一個濾波電阻器組成。第一級電容器和前一級的輸出阻抗形成第一級濾波，可以暫時濾除交流分量。由于電容器對交流紋波仍有阻抗，且前一級的阻抗相對較小，因此在第一級濾波后通常仍有一定的殘留交流分量。經(jīng)過由R和次級電容器組成的次級濾波后，可以再次減少紋波。

下圖為一個簡單的π型RC濾波電路。電路中的C1、C2和C3是三個濾波電容，R1和R2是濾波電阻，C1、R1和C2構成第一節(jié)π型的RC濾波電路，C2、R2和C3構成第二節(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

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。該電路使用濾波電感替代濾波電阻，原因是濾波電阻對直流和交流電流的阻抗相同，而濾波電感則對交流電流具有較高的感抗，但對直流電流的阻抗相對較小。這種方法能夠在不降低直流輸出電壓的前提下，顯著提升濾波效果。

在下圖的電路中，通過整流電路輸出的單向脈沖直流電壓首先通過電容器C1進行濾波，去除大部分交流分量，然后添加到L1和C2濾波電路中。對于交流分量而言，L1對它有較大的感抗，導致L1的交流電壓降較大，負載的交流分量較小。對于直流電，由于L1不呈現(xiàn)感抗，相當于通路，同時，濾波器電感使用較粗的線徑和較小的直流電阻器，這基本上不會導致直流電壓的電壓降。因此，直流輸出電壓相對較高，這是使用電感濾波器的主要優(yōu)點。

π型LC濾波電路