电容滤波电路在线视频

整流之后的直流电压

是一个存在的非常大幅值的

交流成分的

它不能够作为电源

来给电子系统或电子电路供电

所以我们要使得这样一个脉动的

直流电压变成平缓的直流电压

使交流成分削弱

而保留它的直流成分

最简单的滤波电路

就是电容滤波

所以下面我们来介绍

电容滤波电路

首先我们看工作原理

从电路的构成上我们看到

电容滤波是如此的简单

就是在负载上并上一个电容

注意 这个电容上写正号

表示它是一个电解电容

因为这个电容需要是大容量电容

而大容量的电容

一般都是电解电容

电解电容因为有电解质在那

所以你必须外加的电压极性合适

它才能够正常工作

如果极性不合适

那么你就破坏了它里边的电解质

那么这个电容就不能够正常工作

甚至于就损坏了

所以在接这个电容的时候

要特别注意

就是它应该接的电压

承受的电压应该正的这地方接正

另一端应该接负

从它构成上是简单的

那下面我们就来看一看

它工作原理是什么样的

那么从这接法上我们就可以看到

说只有当u₂大于u_C的时候

就这的电压

比u_C上的电压来的大

才有可能有一对二极管导通

正半周的时候是1 3

两只二极管导通

负半周的时候是2 4

两只二极管导通

那这时候就对电容充电了

我们来看一看

对电容充电它的时间常数是什么

就是从电容的两端

然后往左看

看什么呢

就看看那个整流电路

和电源变压器

那么我们看它总体的电阻

是非常小的

假如我们把二极管理想化了

那么二极管动态电阻就是0了

那么往里边看

变压器自身的这个电阻

也是很小的

所以它的充电的时间常数

是非常小的

就是从电容两端

往整流电路那边看

它等效的这个输出的电阻

那是一个很小的电阻

也就是说充电是一个时间很短

很快的一个过程

那么如果在电路里边

u₂小于了u_C

二极管就没有导通的条件了

那所有的二极管都会截止

那这时候我们看这个电路

是什么样子了

就相当于往左看

从电容往左看

那边是断开的

那么电容就会对负载进行放电

而这个放电的时间常数

就是电容的容量C乘上R_L

可见 放电时间常数

总体来讲要比充电的时间常数

来的大

多数情况还大得多

那么既然是这样

我们就来看一看

当这样一个电容滤波电路是一种

稳态工作的时候

波形是如何变化的

我们看虚线

虚线本身是整流之后的

这样的波形

然后我们再来看

首先它已经是稳态了

从a点开始

表明这时候电容开始充电了

因为u₂它的数值大于了u_C

u_C实际上就是输出电压

所以从a到b 这一段是充电

注意

因为这个充电的时间常数特别小

所以充电之后这波形 输出电压

这个波形

几乎就和原来整流之后的

那个波形重合在一起

所以我实线画的就是输出的波形

也就是电容滤波的那个波形

然后我们看到b点 这是峰值

峰值之后

那么u₂开始下降了

那C上头的电压也开始下降了

这时要开始放电

但是 这时候的放电速度

与正弦波下降的速度相近似

因此 我就在b到c的

这个阶段里边

我基本上还是沿着这个正弦的

这种样子画这个波形

但是 当它放电到c的时候

这两个波形就有了比较大的差别

原因是整流之后是按照一种

正弦的规律

而我们知道 电容放电它按照是

指数规律

所以在这儿 我们看到

它按指数规律下降

它下降的很缓慢

究竟缓慢到什么程度

就和放电的时间常数相关了

也就是和负载电阻的大小

以及滤波电容的大小紧密相关

这两个的数值越大

它放电越缓慢

而放电越缓慢 我们就可以看到

它脉动的部分

交流的分量就会越小

而从平均值上来看

平均值就会越大

我们看原来的平均值

只是正弦的这个面积

而现在呢

你看有一块这个地方的面积

所以这样我们就可以看到

说由于它充电的时间常数

远远小于放电的时间常数

我们就得到了上述的波形

而滤波之后

输出电压的平均值被增大了

脉动减小了

增大多少

脉动减少多少

都和放电的时间常数紧密相关

当然我们这个分析

是一种什么样的分析呢

就认为这个电源变压器

和整流电路没有任何损耗

但是在实际情况下

尤其是负载电流比较大的情况下

它还是有损耗的

既然有损耗

就会在电源变压器

和整流电流电路上面

有一定的压降

那么实际的情况就是这样的

考虑到整流电路它的内阻

那么实际情况就是这样

这个是我们把脉动给它折线化的

折线化之后

我们看这个波形

就是它交流分量这一部分

有点像三角波的样子

所以实际上是可以计算的

我们在这儿不做这样的计算

我们只是从定性上看到

就是当着放电的时间常数比较大

也就是R_LC大的时候

总体这个波形 我们看

比R_LC小的时候它的数值来的大

而且波动的峰-峰值小

脉动小

这就是一个基本的结论

就是滤波电容越大

负载电阻越大

放电时候的这个时间常数就越大

放电就越缓慢

曲线就越平缓

那么输出电压的平均值

也就是直流分量会越大

脉动也就是交流分量会越小

所以我们可以看到

这儿仅仅加的一个电容

但是它所起的作用是不容忽视的

那在这里我要提出一个问题

就是关于二极管的导通角

当它有了滤波电路之后

二极管的波形产生了变化

为什么产生变化呢

因为实际上只有在滤波电容

充电的时候二极管才导通

而我们又知道

二极管流过的平均电流

和输出负载上流过的平均电流

紧密相关

当它的滤波电容数值

比较大的时候

这时候脉动会比较小

而且平均值增大了

因此我们所看到的

就是导通的这个时间变小

我们管它叫导通角θ

说在半个周期里边

它导通的时间就很小

但是它的峰值会特别大

原因是它仍然是和输出电流的

平均值紧密相关

如果在选取管子的时候

它的平均值是负载上头

电流平均值的1/2

也就是说这面积仍然得保持

这么大的面积

于是它的峰值就上去了

这样我们就得到了

这样的一些结论

说没有滤波电容的时候

它的导通角是π

是在半个周期里边都导通

而到有了滤波电容的时候

θ角小于π

这时候二极管的平均电流增大了

所以它的峰值会很大

那就是C越大负载电阻越大

放电时间常数越大

脉动越小输出电压平均值越大

而θ角反而变小了

那么二极管流过电流的峰值变大了

这时候给我们造成的一种困难

就是当这个电路的负载电阻小

也就是说它需要的负载电流大的时候

那么二极管的峰值可能几倍于

负载电流的这个平均值

甚至还不只几倍

于是在我们选择二极管的时候

就产生了困难

二极管流过的电流

变成一种脉冲式的电流

不断的冲击这个二极管

所以我们选择二极管的时候

就不能按照前边我们所给出的

说流的平均电流是1/2的负载电流

这样的一个式子去来选择二极管

我们要选比这个电流大得多的

一个二极管

才能够适应于这样一种

电容滤波的电路

那么大家就可以想象

假如负载电流特别大

那么这样的一种对二极管的选取

就不合理了

所以电容滤波电路

它不适合负载电流特别大的情况

下面我们来看一看电容的选择

以及输出电压平均值的估算

这个就是单相桥式整流电路

电容滤波

这是它的输出

注意 这个是整流桥的

简化的画法

二极管的方向给出了这个整流堆

它流出电流和流入电流的方向

所以这个二极管它的方向

不能随便画

那下面我们就来看一看

电容怎么选择

当这R_L乘C

等于三到五倍的T / 2的时候

这里T是什么呢

是电网电压的周期

那为什么是T / 2呢

就是因为当全波整流之后

它的交流分量的基波是100Hz

在这样的一个情况下

输出电压的平均值近似的是

1.2倍的U₂

U₂是变压器副边的有效值

注意 这个既是一个经验值

又是可以去算它的

我们在前边看到了

当电容滤波的时候

它交流分量

我们可以把它等效成为一个

三角波

那我们可以去计算的

所以今后我们在选择C的时候

因为负载经常是用户提出来

那么就按照这样一个式子去

来选择C

然后在这样一个选择下

输出电压平均值

我们可以认为它近似的是

1.2倍的U₂

这是一个近似的

所以如果滤波效果更好一些

那么它比1.2倍的U₂更大

那如果在一个电路里边

如果它是开路了

负载电流是0

假如负载电流是0

那么我们可以看到

在这个电流里边

只有充电的回路

没有放电的回路

所以最终电容上充得的电压

会是根号2倍的U₂

也就是要充到变压器副边的峰值

因此这样的一种方法

也可以认为就是你检验负载

也没有接好的这么一个方法

那么在这里注意就是

电容是一个电解电容

所以它是有耐压值的

它两端的电压过大它就会损坏

那么在这里我们可以看到

它的耐压值

最大的耐压值

那你可以考虑到电网电压的波动

+10%

所以是1.1根号2 U₂

电容是不能接反的

当它接反

里边就会产生化学变化

因为它是电解电容

那这时候你就会破坏了它的结构

我们会看到

当你加反向的电压的时候

而且这个电压如果足够大

那么电解电容就彻底被破坏了

有的时候它会像放一个炮仗一样

还随着发出一个声音

然后就损坏了

那下面我们来看一看

电容滤波它的优缺点

简单易行

太简单了 是吧

找一个足够大的电容就可以了

而且输出电压平均值高

当这C足够大时

它的交流成分是较小的

但是它不适合大电流负载

就是当它滤波效果越好

产生一个问题

就是整流电路里边二极管的

导通角将越小

导通角越小会使得整流二极管的

电流的峰值越大

从而在大电流负载情况下

难于选择整流二极管

或者即使你选择了

也会提高了整个电路的造价

滤波电容数值比较大

是电解电容

所以电解电容大到一定程度

它就不是纯电容

这个我们在前边功放的时候

曾经讲到过

由于它是电解电容

是有两个极板

而且要把它们卷起来放到一个

金属的筒或者是塑料的

然后引出两个极

所以这样就会产生这种

电感的效应

而且也会产生漏阻

下面我们就来研究一个问题

这个就是一个电源变压器

桥式整流 电容滤波

然后给输出 负载

如图电路

已知变压器副边电压

有效值是20V

问输出电压为下列的情况的时候

电流是正常工作的

还是出现了故障

连线表示答案

我们首先看第一个

输出是近似的24V

我们回想我们刚才所讲的

说如果有效值是20V的话

我电容取的足够大了

那么输出近似的就是1.2倍的U₂

所以在这种情况下

它是正常工作的

假如输出电压的平均值

约等于9V

那么我们看和20V相比

它近似的就是0.45倍U₂

那说明这是一个半波整流

而且不光是半波整流

还没有滤波电路

所以这时候产生的故障

就是滤波电容

和中间的一只二极管断开了

所以我们看

假如D₁ 被断开了

那么正半周的时候

输出就获得不了电压

电压就是0

而只有负半周的那一部分了

而如果没有滤波电容

它的电压平均值不会增大

所以它就是0.45倍U₂

然后我们再看

如果输出电压的平均值是18V

和20V相比就是0.9倍20V

那意思是什么呢

这电路没有经过滤波

所以它是在滤波电容

开路的情况下

才得到这么一个

二极管被损坏

烧掉了

这个我们前面

已经研究过这种情况

那就是说假如你D₁接反

但是也有可能是D₂接反

D₃接反

D₄接反

只要有一个接反

那么就会出现这种情况

而且我前面也曾经讲到

二极管烧掉之后看你运气怎么样

运气不好接着烧变压器

最后输出电压平均值约等于28V

约等于28V就 意味着是U₂的峰值

那就是你负载没接好呗

所以这时候负载开路

我所以在这里

要研究出现故障的

这样的一些问题

就在于电源的这一部分

它是一个要保证整个电路

正常工作的这么一个部分

所以在这里头

不应该出现故障

而当出现故障的时候

我们应该进行理性的分析

来找着故障的原因

从而排除它