DQZHAN技術(shù)訊：電容濾波的原理及作用
簡介：常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。電容濾波為無源濾波，本文詳細介紹了電容濾波的工作原理以及其作用。
濾波電容的作用簡單講是使濾波后輸出的電壓為穩(wěn)定的直流電壓，其工作原理是整流電壓高于電容電壓時電容充電，當(dāng)整流電壓低于電容電壓時電容放電，在充放電的過程中，使輸出電壓基本穩(wěn)定。
濾波電容容量大，因此一般采用電解電容，在接線時要注意電解電容的正、負(fù)極。電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。
★當(dāng)u2為正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓uC時，二極管D1和D3管導(dǎo)通，D2和D4管截止，電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻RL，另一路對電容C充電。當(dāng)uC>u2，導(dǎo)致D1和D3管反向偏置而截止，電容通過負(fù)載電阻R放電，uC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。
★當(dāng)u2為負(fù)半周幅值變化到恰好大于uC時，D2和D4因加正向電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，u2再次對C充電，uC上升到u2的峰值后又開始下降;下降到一定數(shù)值時D2和D4變?yōu)榻刂?，C對RL放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降;放電到一定數(shù)值時D1和D3變?yōu)閷?dǎo)通，重復(fù)上述過程。
RL、C對充放電的影響：
電容充電時間常數(shù)為rDC，因為二極管的rD很小，所以充電時間常數(shù)小，充電速度快;RLC為放電時間常數(shù)，因為RL較大，放電時間常數(shù)遠大于充電時間常數(shù)，因此，濾波效果取決于放電時間常數(shù)。電容C愈大，負(fù)載電阻RL愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大，如圖所示。
整流電路是將交流電變成直流電的一種電路，但其輸出的直流電的脈動成分較大，而一般電子設(shè)備所需直流電源的脈動系數(shù)要求小于0.01.故整流輸出的電壓必須采取一定的措施.盡量降低輸出電壓中的脈動成分，同時要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，這樣的電路就是直流電源中的濾波電路。
常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。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、LCπ型濾波和RCπ型濾等)有源濾波的主要形式是有源RC濾波，也被稱作電子濾波器。
直流電中的脈動成分的大小用脈動系數(shù)來表示，此值越大，則濾波器的濾波效果越差。
脈動系數(shù)(S)=輸出電壓交流分量的基波*大值/輸出電壓的直流分量半波整流輸出電壓的脈動系數(shù)為S=1.57，全波整流和橋式整流的輸出電壓的脈動系數(shù)S≈O.67。對于全波和橋式整流電路采用C型濾波電路后，其脈動系數(shù)S=1/(4(RLC/T-1)。(T為整流輸出的直流脈動電壓的周期。)
RC-π型濾波電路，實質(zhì)上是在電容濾波的基礎(chǔ)上再加**RC濾波電路組成的。如圖1虛線框即為加的**RC濾波電路。若用S'表示C1兩端電壓的脈動系數(shù)，則輸出電壓兩端的脈動系數(shù)S=(1/ωC2R')S'。
由分析可知，在ω值一定的情況下，R愈大，C2愈大，則脈動系數(shù)愈小，也就是濾波效果就越好。而R值增大時，電阻上的直流壓降會增大，這樣就增大了直流電源的內(nèi)部損耗;若增大C2的電容量，又會增大電容器的體積和重量，實現(xiàn)起來也不現(xiàn)實。
為了解決這個矛盾，于是常常采用有源濾波電路，也被稱作電子濾波器。電路如圖2。它是由C1、R、C2組成的π型RC濾波電路與有源器件--晶體管T組成的射極輸出器連接而成的電路。由圖2可知，流過R的電流IR=IE(1+β)=IR(1+β)。流過電阻R的電流僅為負(fù)載電流的1/(1+β).所以可以采用較大的R，與C2配合以獲得較好的濾波效果，以使C2兩端的電壓的脈動成分減小，輸出電壓和C2兩端的電壓基本相等，因此輸出電壓的脈動成分也得到了削減。
從RL負(fù)載電阻兩端看，基極回路的濾波元件R、C2折合到射極回路，相當(dāng)于R減小了(1+β)倍，而C2增大了(1+β)倍。這樣所需的電容C2只是一般RCπ型濾波器所需電容的1/β，比如晶體管的直流放大系數(shù)β=50，如果用一般RCπ濾波器所需電容容量為1000μF，如采用電子濾波器，那么電容只需要20μF就滿足要求了。采用此電路可以選擇較大的電阻和較小的電容而達到同樣的濾波效果，因此被廣泛地用于一些小型電子設(shè)備的電源之中。
