7.2 滤波电路（课件）-《电工电子技术与技能》同步精品课堂（高教版）

《电工电子技术与技能》（高教版） 高等教育出版社 同步精品课程——中职专业课 第七章 直流稳压电源 7.2 滤波电路 知识目标 1.学生能够理解滤波电路在直流稳压电源中的作用和重要性，掌握滤波电路的基本概念和工作原理。 2.学生能够识别不同类型的滤波电路（如电容滤波、电感滤波等），并了解它们的特点和应用场景。 能力目标 1.学生能够分析滤波电路的工作原理，并能够根据给定的电路图或要求设计简单的滤波电路。 2.学生能够使用电路仿真软件（如Multisim、LTspice等）对滤波电路进行仿真分析，观察不同参数对电路性能的影响。 情感目标 1.培养学生对滤波电路学习的兴趣和热情，让学生能够主动探索和学习相关知识。 2.引导学生形成严谨的科学态度，能够认真对待电路设计和实验过程中的每一个细节。 三维目标 导入情景 01 场景：想象一下，你是一位音乐爱好者，最近购买了一台高品质的音频设备来欣赏音乐。然而，当你播放音乐时，却发现音质并不如你期望的那样纯净，有时会听到一些“嘶嘶”的杂音，这让你感到非常困扰。 课程引入： 今天，我们就来学习滤波电路的相关知识，了解它的工作原理、类型和应用。通过学习，我们将能够掌握如何设计和优化滤波电路，以提高电源质量和系统性能。同时，我们也将了解滤波电路在实际电子系统中的应用，如音频设备、通信系统等。 新知学习 02 一、电路组成 11.3.2 放大电路中各电压、电流的定义 新知学习 02 用双踪示波器分别观察两电路变 压器输出端u₂、负载两端电压UL的波形，并将其波形与各自整流电 路波形进行比较；用万用表测量变压器输出端电压、负载两端电压， 比较两者的数值关系。 （1)加上电容滤波后输出电压的脉动程度明显减小。 (2)用万用表测量负载两端电压为变压器输出端电压的1.2倍。 一、电路组成 新知学习 02 工作过程 图3.7.11(a) 所示为单相半波整流电容滤波电路的输出波形， 其滤波过程为： (1)当输入电压上升超过电容端电压时，整流二极管VD 导通， 向滤波电容C 迅速充电(同时向负载供电),电容C两端电压(也即 负载两端电压)与u₂同步上升并达到其最大值。 (2)当输入电压下降到低于电容端电压时，整流二极管VD 反向 截止，于是电容通过负载R 放电，由于R, 远远大于二极管的正向内 阻，所以放电缓慢，电容两端电压缓慢下降。 一、电路组成 新知学习 02 晶体管的微变等效电路 IB 一、电路组成 切削运动分析： 新知学习 02 图3.7.12所示是单相桥式整流电感滤波电路，电感线圈L 和负载 R₁ 串联，线圈的电感较大。 二、电感滤波电路 切削运动分析： 新知学习 02 利用Multisim10 仿真软件创建电路，如图3.7.13 (a) 所示，用 开关切换单相桥式整流和单相桥式整流电感滤波电路，然后用仿真示 波器观察负载两端电压π的波形，并将两个电路中的输出波形作比 较，如图3.7.13 (b) 所示。加上电感滤波后输出电压脉动程度明显减小。 线圈的电感量越大，滤波效果越好，但电感量过大的线圈其体积 较大而且笨重，所以电感滤波主要用于电容滤波难以胜任的大电流负 载或负载经常变化的场合，在小功率的电子设备中很少使用。 二、电感滤波电路 切削运动分析： 新知学习 02 2.滤波电容的选择 (1)电容滤波的输出电压 单相半波整流电容滤波电路输出直流电压约为U₂; 单相桥式整流电容滤波电路输出电压约为1.2U₂。 (2)滤波电容的选用 耐压值不小于 √2U₂; 电容的容量应用满足R₁C≥(3～5)T(T 为脉动电压的周期)。 (3)若采用电解电容 正负极性不允许接反，否则电容的漏电电流会加大，引起温度上升使电容爆裂。 二、电感滤波电路 切削运动分析： 新知学习 02 图3.7.14(a) 所示是由电感和电容组成的L 形滤波电路。整流后 输出的脉动直流电经过L和C 两次滤波，负载上可获得更加平滑的直流 电压。在负载电流不大的情况下，为减小体积，减轻质量，降低成本， 常用适当的电阻代替电感，组成如图3.7.14(b) 所示的L 形滤波电路。 2.LC-π 形滤波电路 三、复式滤波电路 切削运动分析： 新知学习 02 图3.7.15所示是由电容C₁ 、C2 和电感L 组成的复式滤波电路，简称 LC-π形滤波电路。由于有三个元件进行三次滤波，所以滤波效果更好。当负载电流不大时也可用电阻代替LC-π 形滤波电路中的电感， 构成RC-π 形滤波电路，如图3.7.16所示。 三、复式滤波电路 切削运动分析： 新知学习 02 图3.7.11(b) 所示为单相桥式全波整流电容滤波电路的输出波 形，其工作原理与单相半波整流电容滤波电路相似。 三、复式滤波电路 小试牛刀 题目 1： 滤波电路的主要作用是什么？ A. 整流交流电 B. 放大直流电 C. 去除直流电中的脉动成分 D. 转换交流电和直流电 答案：C 解析：滤波电路的主要作用是通过特定的电路元件（如电容、电感等）去除直流电中的脉动成分，使输出电压更加平滑稳定。因此，选项C“去除直流电中的脉动成分”是正确的。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 在滤波电路中，哪种元件常被用作储能元件？ A. 二极管 B. 电阻 C. 电容 D. 变压器 答案：C 解析：电容在滤波电路中常被用作储能元件，它能够储存电荷并在需要时释放，以平滑输出电压。因此，选项C“电容”是正确的。 尝试解答下面习题 单相变压器的基本结构包括以下哪些部分？ A. 铁芯、初级绕组、次级绕组、绝缘材料 B. 铁芯、次级绕组、初级绕组、绝缘材料 C. 铁芯、绝缘材料、初级绕组、次级绕组 D. 初级绕组、次级绕组、铁芯、绝缘材料 解析：正确答案是A。单相变压器的基本结构包括铁芯、初级绕组、次级绕组和绝缘材料等组成部分，它们共同实现电能的变压和传输。 小试牛刀 题目 3： 下列哪种滤波电路具有最好的滤波效果？ A. 半波整流滤波 B. 全波整流滤波 C. 桥式整流滤波 D. 相同条件下，三者滤波效果相同 答案：C 解析：桥式整流滤波电路能够充分利用输入电压的正负半周，因此其滤波效果通常优于半波整流滤波和全波整流滤波。在相同条件下，桥式整流滤波的滤波效果最好。因此，选项C是正确的。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 在滤波电路中，滤波电容的容量越大，滤波效果通常如何？ A. 越差 B. 越好 C. 无影响 D. 与容量大小无关 答案：B 解析：滤波电容的容量越大，其储存电荷的能力越强，能够更好地平滑输出电压中的脉动成分。因此，滤波电容的容量越大，滤波效果通常越好。选项B是正确的。 尝试解答下面习题 题目 5： 下列哪种情况下需要使用滤波电路？ A. 将交流电转换为直流电 B. 放大直流信号 C. 去除直流电中的脉动成分 D. 转换直流电为交流电 答案：C 解析：滤波电路的主要应用是去除直流电中的脉动成分，使输出电压更加平滑稳定。因此，在需要去除直流电中脉动成分的情况下，需要使用滤波电路。选项C是正确的。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 6： 在滤波电路中，电感滤波与电容滤波的主要区别是什么？ A. 电感滤波适用于高频电路 B. 电容滤波适用于低频电路 C. 电感滤波适用于直流电路 D. 电容滤波适用于交流电路 答案：B 解析：电感滤波主要利用电感线圈的储能特性来平滑输出电压，适用于低频电路；而电容滤波则利用电容的储能特性来平滑输出电压，适用于直流电路或低频电路。因此，选项B“电容滤波适用于低频电路”是正确的。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 7： 下列哪种电路结构不属于滤波电路的类型？ A. 电容滤波 B. 电感滤波 C. RC滤波 D. 整流滤波 答案：D 解析：滤波电路的类型包括电容滤波、电感滤波、RC滤波等，它们都是用来去除直流电中的脉动成分的。而整流滤波实际上包含了整流电路和滤波电路两个部分，并不是一个单独的滤波电路类型。因此，选项D“整流滤波”是不属于滤波电路类型的。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 8： 设计一个一阶RC低通滤波器，已知截止频率fc为1kHz，电阻R为1kΩ，求所需的电容C的值。 解：已知fc = 1kHz = 1000Hz，R = 1kΩ = 1000Ω。 代入公式得： 1000= 2π×1000×C/1 ​C≈0.159μF 答案：所需的电容C的值约为0.16μF。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 9： R、L、C串联交流电路如图所示。已知R=30、 L=254mH、C=80F， 。 求：电路的有功功率、无功功率、视在功率。 小试牛刀 尝试解答下面习题 课堂小结 03 本节课我们主要学习了滤波电路的基本概念和计算方法。我们了解了滤波电路的主要作用——去除直流电中的脉动成分，使输出电压更加平滑。通过具体案例，我们掌握了如何根据截止频率和已知电阻值来计算所需电容值。这些知识点对于理解和设计电子电路中的滤波部分至关重要。希望同学们能够充分吸收今天的学习内容，并在实际应用中灵活运用，为今后的学习和工作打下坚实基础。 今天的课堂我们深入探讨了RC低通滤波器的设计原理与计算方法。通过学习，我们理解了滤波电路在电子电路中的重要性，它能够去除电源中的脉动成分，确保信号的纯净性。特别是，我们学习了如何使用给定的截止频率和电阻值来计算所需的电容值，这对于实际电路的设计至关重要。希望同学们能够掌握这一计算方法，并在未来的学习和实践中灵活应用，为电子电路的设计与优化打下坚实基础。 作业布置 04 1.解释滤波电路的主要作用，并列举两种常见的滤波电路类型（除RC滤波外）。 2.设计一个LC低通滤波器，已知电感L为1mH，要求截止频率为10kHz，求所需电容C的值。 3.假设你正在设计一个音频放大电路，为了获得更好的音质，你决定在电源部分加入一个滤波电路。请描述你会选择哪种类型的滤波电路，并解释原因。 感谢观看 $$