专题7 滤波电路（讲义）-山东省（春季高考）电子技术类《模拟电子基础及应用》考纲讲练测

编写说明：本专辑为山东省（春季高考）电子技术类《模拟电子基础及应用考纲讲练测》，严格依据山东省春季高考考试大纲（专业课）电子技术类考试范围及要求编写，精准对标考纲，兼顾考点覆盖与实战应用。每套讲练测提供讲义、课件、练习三大配套教学文件，贯穿九大核心环节：考点解读、思维导图、知识梳理、背诵环节、常考题、高考真题、课堂练习、课堂小结及课后测验，形成“讲-练-测-评”闭环式教学与复习逻辑，助力考生夯实基础、突破重难点。 山东省电子技术类 《模拟电子基础及应用考纲讲练测》 专题7 滤波电路 讲义 [考点解读] （1）掌握常用滤波电路的结构、工作过程及计算。 [思维导图] [知识梳理] 1 滤波的基本概念 （1）滤波的定义 滤波是将整流输出的脉动直流电中的交流成分滤除，使之成为比较平滑的直流电的过程。整流电路输出的是脉动直流电，含有较大的交流成分，不能直接满足大多数电子设备的要求，需要通过滤波电路来平滑输出电压。 （2）滤波电路的作用 滤波电路的作用是滤除整流输出脉动电压中的谐波分量，从而输出比较平滑的直流电压。滤波电路通常接在整流电路之后、稳压电路之前。 （3）滤波元件 常用的滤波元件是电容和电感。电容元件和电感元件都具有储能作用，利用它们的储能特性可以实现滤波。 ① 电容滤波：利用电容器两端电压不能突变的特性，在滤波电路中电容器与负载并联。 ② 电感滤波：利用电感器中的电流不能突变的特性，在滤波电路中电感器与负载串联。 （4）滤波电路的分类 常用的滤波电路有电容滤波电路、电感滤波电路和复式滤波电路等。 易错提醒：滤波电路利用的是电容、电感元件的储能特性，将脉动直流电变得平滑，但不能将交流电变为直流电（这是整流电路的作用）。滤波电路只能减小脉动程度，不能完全消除纹波。 2 电容滤波电路 （1）电路结构 电容滤波电路是在整流电路的负载电阻RL两端并联一个滤波电容C。电容与负载并联连接。在半波整流电路中，电容与负载并联；在桥式整流电路中，同样在负载两端并联电容。 （2）工作原理 ① 充电过程：当输入电压u2上升超过电容器两端电压时，整流二极管导通，向电容器迅速充电，同时向负载供电。电容器两端电压（也即负载两端电压）与u2同步上升，达到u2的最大值。 ② 放电过程：当u2下降到低于电容器端电压时，二极管截止，电容器通过负载RL缓慢放电。由于RL远远大于二极管的正向电阻，所以放电缓慢，电容器两端电压缓慢下降。 ③ 周而复始：在输入电压的下一个周期，当u2再次超过电容器端电压时，二极管再次导通，电容器重新充电。如此反复，负载上得到较为平滑的直流电压。 （3）输出波形 电容滤波后，输出电压的脉动成分显著减小，波形更加平滑。负载电阻越大（负载电流越小），放电时间常数RLC越大，放电越缓慢，输出电压越平滑，平均值越高。 （4）参数计算 ① 半波整流电容滤波：输出电压UL ≈ U2（空载时UL = √2U2）。 ② 全波整流（桥式、全波）电容滤波：输出电压 UL ≈ 1.2U2（空载时UL = √2U2）。 ③ 滤波电容容量选择：RLC > (3～5)T（半波），RLC > (3～5)T/2（全波），其中T为电网电压周期。 ④ 滤波电容耐压选择：UC ≥ √2U2（空载时电容两端电压为√2U2）。 （5）特点 ① 优点：电路简单，输出电压较高，小电流时滤波效果好。 ② 缺点：带负载能力差，整流管承受的冲击电流大，当负载电阻较小且变动较大时输出性能差。 ③ 适用场合：适用于负载电流较小且负载变化不大的场合。 考点总结：电容滤波电路的核心是利用电容的充放电实现平滑滤波。半波整流电容滤波输出电压约为U2，全波/桥式约为1.2U2。滤波电容的容量和耐压选择是计算题的高频考点。 3 电感滤波电路 （1）电路结构 电感滤波电路是在整流电路输出端与负载电阻之间串联一个电感线圈L（扼流圈）。电感与负载串联连接。 （2）工作原理 利用电感器中的电流不能突变的特性。电感对直流阻抗很小（线圈电阻可忽略），对交流却呈现较大的阻抗（感抗XL = ωL）。当输入电流增大时，电感线圈产生自感电动势，阻碍电流的增大；当输入电流减小时，电感线圈产生自感电动势，阻碍电流的减小。这样，负载电流的变化被平滑，输出电压的脉动成分减小。 （3）参数计算 当忽略电感的电阻时，负载上输出的电压平均值和纯电阻负载基本相同：UL ≈ 0.9U2。 （4）特点 ① 优点：带负载能力强，整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于大负载电流的场合。 ② 缺点：电感线圈体积大、笨重、成本高，易引起电磁干扰。 ③ 适用场合：适用于低电压、大电流的场合。 易错提醒：电容滤波和电感滤波的关键区别：电容滤波是并联（电容与负载并联），利用电压不能突变；电感滤波是串联（电感与负载串联），利用电流不能突变。电容滤波适用于小电流，电感滤波适用于大电流。 4 复式滤波电路 （1）LC滤波电路 由电感线圈和电容组成，电感串联在电路中，电容并联在负载两端。LC滤波电路结合了电感滤波和电容滤波的优点，滤波效果更好。 ① 结构：电感L与负载串联，电容C与负载并联（倒L型）。 ② 特点：滤波效果好，输出电压较平滑，适用于电流较大、要求输出电压脉动很小的场合。 （2）RC滤波电路 由电阻和电容组成，电阻串联在电路中，电容并联在负载两端。RC滤波电路结构简单，适用于小电流场合，但电阻上有电压降，会消耗能量。 （3）π型滤波电路 由两个电容和一个电感（或电阻）组成，形似希腊字母π。 ① LC-π型滤波：由电容C1、电感L、电容C2组成。滤波效果比LC滤波更好，但有整流二极管的冲击电流较大，电感线圈体积大、成本高。 ② RC-π型滤波：由电容C1、电阻R、电容C2组成。利用R和C对交直流分量的不同分压作用实现滤波，适用于小电流场合。 5 各种整流电路接入滤波电容后的输出电压 整流电路 输入电压 输出电压（电路正常） 输出电压（滤波电容开路） 输出电压（负载开路） 单相半波 U2 ≈ U2 0.45U2 √2U2 单相全波 U2 ≈ 1.2U2 0.9U2 √2U2 单相桥式 U2 ≈ 1.2U2 0.9U2 √2U2 考点总结：滤波电容开路时，电路相当于无滤波的整流电路；负载开路时，电容无放电回路，电压保持峰值√2U2。这两个特殊情况在故障分析题中经常考查。 6 滤波电容的选择 （1）耐压选择 半波、全波、桥式整流电容滤波电路中，电容承受的峰值电压均为√2U2（整流电路的输入电压或变压器二次侧电压）。选择滤波电容时，滤波电容的额定电压应大于电容承受的峰值电压，一般取1.5倍左右。 （2）容量选择 ① 单相半波整流滤波电路：RLC > (3～5)T（T为电网电压周期）。 ② 单相全波整流滤波电路：RLC > (3～5)T/2（T为电网电压周期）。 当满足上述条件时，电容滤波效果较好，输出电压较平滑。滤波电容数值一般在几十微法到几千微法，视负载电流大小而定。 （3）注意事项 滤波电容通常采用有极性的电解电容，装接时切不可将极性接反，以免损坏电解电容或发生爆炸。 [背诵环节] 1. 滤波电路的作用是什么？ 【答案】 滤波电路的作用是滤除整流输出脉动电压中的谐波分量，从而输出比较平滑的直流电压。 2. 电容滤波和电感滤波各利用了什么原理？ 【答案】 电容滤波利用电容器两端电压不能突变的特性，电容器与负载并联；电感滤波利用电感器中的电流不能突变的特性，电感器与负载串联。 3. 电容滤波电路的特点是什么？ 【答案】 优点：电路简单，输出电压较高，小电流时滤波效果好。缺点：带负载能力差，整流管承受的冲击电流大。适用于负载电流较小且负载变化不大的场合。 4. 单相桥式整流电容滤波电路中，输出电压约为多少？滤波电容开路时输出电压为多少？ 【答案】 电路正常时输出电压UL ≈ 1.2U2；滤波电容开路时输出电压UL = 0.9U2。 5. 滤波电容的耐压应如何选择？ 【答案】 滤波电容的额定电压应大于电容承受的峰值电压，即UC ≥ √2U2，一般取1.5倍左右。 6. 电感滤波适用于什么场合？ 【答案】 电感滤波适用于低电压、大电流的场合，带负载能力强，输出特性比较平坦。 [常考题] 1. 滤波电路的主要作用是（　　　）。 A. 将交流电变为直流电 B. 滤除脉动直流中的交流成分 C. 稳定输出电压 D. 变换电压大小 【答案】 B 2. 电容滤波电路中，电容器与负载的连接方式是（　　　）。 A. 串联 B. 并联 C. 混联 D. 不连接 【答案】 B 3. 电感滤波电路中，电感器与负载的连接方式是（　　　）。 A. 串联 B. 并联 C. 混联 D. 不连接 【答案】 A 4. 单相桥式整流电容滤波电路正常工作时，输出电压约为（　　　）。 A. 0.45U2 B. 0.9U2 C. 1.2U2 D. √2U2 【答案】 C 5. 滤波电容的额定电压应（　　　）。 A. 小于√2U2 B. 等于√2U2 C. 大于等于√2U2 D. 大于2√2U2 【答案】 C 6. 下列滤波电路中，带负载能力最强的是（　　　）。 A. 电容滤波 B. 电感滤波 C. RC滤波 D. 以上都一样 【答案】 B [高考模拟题] 1. （单项选择题）在单相桥式整流电容滤波电路中，变压器输出电压为20V，负载电阻为5Ω，电路正常工作时，流过二极管电流的平均值约为（　　　）。 A. 2.4A B. 4A C. 4.8A D. 5A 【答案】 A 【解析】 UL = 1.2 × 20 = 24V，IL = 24/5 = 4.8A，每只二极管平均电流ID = IL/2 = 2.4A。 2. （单项选择题）单相桥式整流电路中接入滤波电容后，输出电压（　　　）。 A. 降低 B. 升高 C. 不变 D. 变为零 【答案】 B 【解析】 接入滤波电容后，输出电压从0.9U2升高到约1.2U2。 3. （单项选择题）电容滤波电路中，负载电阻RL越大，则（　　　）。 A. 放电时间常数越大，输出电压越高 B. 放电时间常数越小，输出电压越高 C. 放电时间常数越大，输出电压越低 D. 放电时间常数越小，输出电压越低 【答案】 A 【解析】 RL越大，放电时间常数RLC越大，放电越缓慢，输出电压越高。 4. （单项选择题）单相半波整流电容滤波电路中，若滤波电容开路，则输出电压为（　　　）。 A. U2 B. 0.45U2 C. 1.2U2 D. √2U2 【答案】 B 【解析】 滤波电容开路时，电路相当于半波整流，输出电压UL = 0.45U2。 5. （单项选择题）全波整流电容滤波电路中，滤波电容的放电时间常数为（　　　）。 A. RLC B. 2RLC C. 0.5RLC D. 3RLC 【答案】 A 【解析】 滤波电容的放电时间常数均为RLC。 6. （单项选择题）下列哪种整流电路接入电容滤波后，二极管承受的最大反向电压最高？（　　　） A. 单相半波 B. 单相全波 C. 单相桥式 D. 三者相同 【答案】 B 【解析】 全波整流二极管承受的最大反向电压为2√2U2，半波和桥式为√2U2。 7. （单项选择题）滤波的主要目的是（　　　）。 A. 将交流变直流 B. 将低频变高频 C. 将正弦波变方波 D. 将交直流混合量中的交流成分去掉 【答案】 D 【解析】 滤波电路的作用是滤除脉动直流中的交流成分（纹波），保留直流成分。 8. （单项选择题）单相桥式整流电容滤波电路中，若负载开路，则输出电压约为（　　　）。 A. 0.9U2 B. 1.2U2 C. √2U2 D. 0.45U2 【答案】 C 【解析】 负载开路时，电容没有放电回路，电压保持峰值，UL = √2U2。 [课堂练习] 1. 滤波电路通常接在整流电路的（　　　）。 A. 前面 B. 后面 C. 中间 D. 任意位置 【答案】 B 【解析】 滤波电路通常接在整流电路之后、稳压电路之前。 2. 电容滤波利用了电容的什么特性？（　　　） A. 电流不能突变 B. 电压不能突变 C. 电压能突变 D. 电流能突变 【答案】 B 【解析】 电容滤波利用电容器两端电压不能突变的特性。 3. 电感滤波利用了电感的什么特性？（　　　） A. 电流不能突变 B. 电压不能突变 C. 电压能突变 D. 电流能突变 【答案】 A 【解析】 电感滤波利用电感器中的电流不能突变的特性。 4. 单相全波整流电容滤波电路正常工作时，输出电压约为（　　　）。 A. 0.45U2 B. 0.9U2 C. 1.2U2 D. √2U2 【答案】 C 【解析】 全波整流电容滤波输出电压UL ≈ 1.2U2。 5. 电容滤波电路中，滤波电容的容量越大，则（　　　）。 A. 输出电压越低 B. 输出电压越高，脉动越小 C. 输出电压不变 D. 输出电压先高后低 【答案】 B 【解析】 滤波电容容量越大，放电越缓慢，输出电压越高，脉动越小。 6. 电感滤波电路中，电感量越大，则（　　　）。 A. 滤波效果越好 B. 滤波效果越差 C. 滤波效果不变 D. 输出电压越高 【答案】 A 【解析】 电感量越大，对电流变化的阻碍作用越大，滤波效果越好。 7. 单相桥式整流电容滤波电路中，若滤波电容开路，则输出电压为（　　　）。 A. U2 B. 0.45U2 C. 0.9U2 D. 1.2U2 【答案】 C 【解析】 滤波电容开路时，电路相当于桥式整流，UL = 0.9U2。 8. 下列滤波电路中，适用于大负载电流场合的是（　　　）。 A. 电容滤波 B. 电感滤波 C. RC滤波 D. 以上都适用 【答案】 B 【解析】 电感滤波带负载能力强，适用于大负载电流场合。 9. RC滤波电路中，电阻的作用是（　　　）。 A. 降压 B. 限流 C. 与电容配合滤波 D. 保护电路 【答案】 C 【解析】 RC滤波电路中，电阻与电容配合实现滤波。 10. 单相半波整流电容滤波电路空载时，输出电压约为（　　　）。 A. 0.45U2 B. 0.9U2 C. 1.2U2 D. √2U2 【答案】 D 【解析】 空载时电容保持峰值电压，UL = √2U2。 11. 整流电路接入滤波电容后，二极管导通时间（　　　）。 A. 变长 B. 变短 C. 不变 D. 变为零 【答案】 B 【解析】 接入滤波电容后，二极管仅在输入电压高于电容电压的短时间内导通，导通时间变短。 12. 电容滤波电路中的二极管承受的最大反向电压为（　　　）。 A. U2 B. 0.9U2 C. √2U2 D. 2√2U2 【答案】 C 【解析】 半波和桥式整流电容滤波中，二极管承受的最大反向电压为√2U2。 [课堂小结] 一、滤波的基本概念 ① 滤波的作用：滤除脉动直流中的交流成分。 ② 滤波元件：电容（电压不能突变）、电感（电流不能突变）。 二、电容滤波电路 ① 连接方式：电容与负载并联。 ② 输出电压：半波≈U2，全波/桥式≈1.2U2。 ③ 特点：输出电压高，小电流效果好，带负载能力差。 ④ 电容耐压：UC ≥ √2U2。 三、电感滤波电路 ① 连接方式：电感与负载串联。 ② 输出电压：UL ≈ 0.9U2。 ③ 特点：带负载能力强，适用于大电流场合。 四、复式滤波电路 ① LC滤波：电感+电容，滤波效果好。 ② RC滤波：电阻+电容，适用于小电流。 ③ π型滤波：两个电容+电感（或电阻），滤波效果最好。 五、电容开路/负载开路对输出电压的影响 ① 电容开路：半波→0.45U2，全波/桥式→0.9U2。 ② 负载开路：UL = √2U2。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $