2022-2023学年高二物理竞赛课件：滤波电路

滤波电路 滤波电路 电容滤波电路 电感滤波电路 2 2023/7/22 单相全波整流电路如图10.05(a)所示，波形图如图10.05(b)所示。 单相全波整流电路 (a)电路图 图10.05 单相全波整流电路 (b)波形图 3 注意，整流电路中的二极管是作为开关运用的。整流电路既有交流量，又有直流量，通常对: 输入（交流）—用有效值或最大值； 输出（交直流）—用平均值； 整流管正向电流—用平均值； 整流管反向电压—用最大值。 单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。 4 电容滤波电路 (1)滤波的基本概念 滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。 5 （2）电容滤波电路 现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。电容滤波电路如图10.06所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。 图10.06电容滤波电路 6 当v2到达90°时，v2开始下 降。先假设二极管关断，电容C 就要以指数规律向负载ＲL放电。 指数放电起始点的放电速率很大。 (3)滤波原理 若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2 ，是正弦形。 图10.07电容滤波波形图 所以，在t1到t2时刻，二极管导电，Ｃ充电，vC=vL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。电容滤波过程见图10.07。 在刚过90°时，正弦曲线下降的 速率很慢。所以刚过90°时二极管仍然 导通。在超过90°后的某个点，正弦曲线 下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线 起始放电速率时，二极管关断。 7 需要指出的是，当 放电时间常数RLC增加时， t1点要右移， t2点要左移， 二极管关断时间加长， 导通角减小，见曲线3； 反之，RLC减少时，导通 角增加。显然，当ＲL很 小，即IL很大时，电容滤 波的效果不好，见图 10.08滤波曲线中的2。 反之，当ＲL很大，即IL很小 时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，见滤 波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。 问题：有Ｃ无ＲL即空载，此时VC=VL=？ 图10.08 电容滤波的效果 (动画10-3） (动画10-4） 8 (4)电容滤波的计算 电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法： 一种是用锯齿波近似表示，即 另一种是在RLC=(35)T/ 2的条件下，近似认为VL=VO=1.2V2。（或者，电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足RLC≥6~10。） 9 （5）外特性 整流滤波电路中，输出直流电压VL随负载电流 IO的变化关系曲线如图10.09所示。 图10.09 整流滤波电路的外特性 10 *使用条件： 11 10.1.2.2 电感滤波电路 利用储能元件电感器Ｌ的电流不能突变的性质，把电感Ｌ与整流电路的负载ＲL相串联，也可以起到滤波的作用。 图10.10 电感滤波电路 图10.11 波形图 电感滤波电路如图10.10所示。电感滤波的 波形图如图10.11所示。 当v2正半周时，D1、D3导电， 电感中的电流将滞后v2。当负半周时， 电感中的电流将经由D2、D4提供。因 桥式电路的对称性，和电感中电流的 连续性，四个二极管D1、D3 ； D2、 D4的导通角都是180°。 （动画10-5） 12 名 称 VL(空载) VL(带载) 二极管反向最大电压 每管平均电流 半波整流 IL 全波整