1.3 滤波电路的装调与分析（课件）《电子基本电路装调与分析》上好课（高教版）

《电子基本电路装调与分析》(高教版 凤凰职教) 上好课—中职专业课 项目一 直流电源电路的装调与分析 1.3滤波电路的装调与分析 教学目标 知识目标 1.理解滤波电路的作用，掌握电容滤波、电感滤波的工作原理。 2.掌握电容滤波、电感滤波电路结构，识记两种滤波电路输出电压特点。 能力目标 1.能够正确搭建电容滤波、电感滤波实训电路。 2.可以使用示波器观测滤波前后电压波形，对比波形变化。 情感目标 1.认识滤波电路在电源系统中的重要作用，树立规范实训、安全用电意识。 2.养成严谨的电路接线、通电检测习惯，建立工程实操观念。 教学引入 同学们，上节课我们学习了整流电路，整流可以把交流电转换成直流电。大家观察整流之后的电压波形，它并不是平稳的直流，电压高低不断波动。这种脉动电压会影响设备稳定工作，如何把波动的电压变平滑？ 今天我们就学习滤波电路，解决这个问题。 传动部分 知识讲授 - 在单相桥式整流电路上加装电解电容器，构成单相桥式整流电容滤波电路 01 - 用万用表测量滤波前后电压 02 - 用示波器观察滤波前后电压波形 03 - 分析工作原理，计算相关参数 04 - 了解其他滤波电路的结构、特点和适用场合 05 任务描述 传动部分 知识讲授—任务准备 任务准备 1.准备工器具和材料 2.准备元器件：加装一个电解电容器C，型号规格10μF/25V 电烙铁、焊锡丝、镊子 万用表（测电压、电阻） 示波器（观察波形） 自耦变压器、交流电源 单相桥式整流电路板 工器具和材料 电解电容器 C 规格：10 μF / 25 V 注意：电解电容有极性，长引脚为正极，短引脚为负极，焊接时不可接反。 新增元器件 知识讲授—电容滤波电路的结构 识读原理图 知识讲授 PCB图识读： 实物图识读： 知识讲授—元器件识别 文字符号：C 识别元器件 元器件名称：电解电容器 外观：圆柱形，有极性标识 型号规格：10 μF / 25 V 外壳标注容量和耐压值 知识讲授 装调步骤 手工焊接电解电容器，注意极性，正极接C端、负极接D端 01 调整自耦变压器输出至+12V，用万用表实测变压器输出电压U₂ 02 断电后连接交流变压器输出端到电路板输入端，再接通电源 03 通电调试，测量电路参数和波形 04 知识讲授 现象与疑惑 滤波前：单向脉动直流电 滤波后：较平滑直流电 为什么并联一个电容，波形就变平滑了？ 正弦交流电经整流后方向一致了，但大小仍有较大波动。并联电容后输出明显平滑 知识讲授 原理分析 电路结构：C 与 R_L 并联 输出电压波形：充电上升、放电下降 核心原理：电源电压高于电容电压时，二极管导通，对电容充电；电源电压低于电容电压时，二极管截止，电容经负载放电。充放电交替进行，输出电压波动减小。 知识讲授 0 ~ t₁ 放电阶段 条件：u₂ 从0开始上升，但电容电压高于u₂ 二极管状态：全部截止 电容动作：C 通过 R_L 放电 u_c 变化：按指数规律下降（AB段） 输出：电容向负载供电 t₁ ~ t₂ 充电阶段 条件：u₂ 上升超过B点，u₂ 高于电容电压 二极管状态：导通 电容动作：电源对 C 充电 u_c 变化：按指数规律上升（BC段） 输出：电源同时供电和充电 t₂ ~ t₃ 放电阶段 条件：u₂ 下降到小于 u_c 二极管状态：再次截止 电容动作：C 继续通过 R_L 放电 u_c 变化：缓慢下降（CD段） t₃后：下一半周重复充放电 时间常数决定平滑程度  二极管导通角减小，冲击电流增大 充放电时间常数 τ = R_L · C τ 越大 → 充放电越慢 → 输出电压越平滑、输出电压越大 放电时间越长，输出电压脉动越小 加入滤波后，输出电流平均值增大，但二极管导通角减小二极管在短时间内流过很大的冲击电流为电容充电 对二极管寿命不利，需选用较大容量的整流二极管 原理分析 · 结论 知识讲授 知识讲授 电容滤波电路的适用场合 优点： 缺点： 适用： 电路结构简单、成本低、滤波效果好 受电容量限制，负载电流大时滤波效果下降，二极管承受冲击电流 负载电流较小且负载基本不变的场合 底盘性能直接关系到汽车的驾驶性能与安全性能，其支撑、安装发动机及各部件，形成整体造型，并接受发动机动力使汽车运动，是汽车正常行驶的核心保障。 知识讲授—电容滤波电路的各项参数 序号 参数名称 计算公式 说明 1 带负载输出电压平均值 Uₒ = 1.2 U₂ 桥式整流电容滤波带载时 2 空载输出电压平均值 Uₒ = √2 U₂ 负载开路时的输出电压 3 负载直流电流平均值 Iₒ = Uₒ / R_L 欧姆定律 4 二极管最大整流电流 I_FM ≥ ½ Iₒ 每管导通半周，电流为负载一半 5 二极管最高反向电压 U_RM ≥ √2 U₂ 截止时承受的最大反向电压 6 滤波电容容量 C ≥ (3~5)·T/(2R_L) T为交流电源周期，50HzT=0.02s 7 滤波电容耐压 U_C ≥ √2 U₂ 空载时电容承受最大电压 底盘性能直接关系到汽车的驾驶性能与安全性能，其支撑、安装发动机及各部件，形成整体造型，并接受发动机动力使汽车运动，是汽车正常行驶的核心保障。 知识讲授 例题：怎样为LED照明灯选择元器件？ LED照明灯的额定电压为 12 V，负载电阻为 200 Ω。 在桥式整流电容滤波电路中，求： （1）电源变压器的二次电压； （2）选择整流二极管； （3）选择滤波电容器。 （1）变压器二次电压 由 Uₒ = 1.2 U₂ 得：U₂ = Uₒ/1.2 = 12/1.2 = 10 V （2）选择整流二极管 最大整流电流：I_FM ≥ ½·Iₒ = ½ × 12/200 = 30 mA 最高反向电压：U_RM ≥ √2·U₂ = 10√2 ≈ 14.14 V 选用型号 2CZ52A 的整流二极管 4 只 （3）选择滤波电容器 容量：C ≥ (3~5)·T/(2R_L) = (3~5)×0.02/(2×200) =150~250 μF 耐压：U_C ≥ √2·U₂ = 10√2 ≈ 14.14 V 选用容量 220 μF、耐压 50 V 的电解电容器 解题过程 题目 知识讲授—其他滤波电路 - 优点：负载电流大、脉动成分小 - 缺点：体积大、成本高、有电磁干扰 - 适用场合：负载电流较大且负载大小会变的场合 电感滤波电路 - 原理：利用流过电感器的电流不能突变平滑输出电压 - 工作过程：电流增大时电感储能阻止增大，电流减小时电感释能阻止减小 知识讲授—其他滤波电路 Γ 形滤波电路 结构：电容滤波前串联一个电感 L 原理：脉动电流流过电感 L 时，交流成分在 L 上产生较大压降，再经电容 C 进一步滤除交流成分 效果：负载上得到更加平滑的直流电压 LC-π 形滤波 结构：C₁ + L + C₂ 三级组合 原理：整流后先经 C₁ 滤除部分交流，再经 L、C₂ 滤波，交流成分大大下降 特点：滤波效果最好，但电感体积大、成本高 适用：对电源要求比较高的电路 RC-π 形滤波 结构：C₁ + R + C₂，用 R 代替 L 特点：体积小、成本低、滤波效果好 缺点：R 的存在使输出电压降低 适用：负载电流较小的电源电路 复式滤波电路 传动部分 知识点背诵 电容并联在负载两端，依靠电容充放电实现滤波；带载输出Uo=1.2U2，空载Uo=1.414U2；RC越大滤波效果越好；适合负载电流小且基本不变的场合；二极管存在较大充电冲击电流。 电感串联接入电路，原理是电感电流不能突变；适合负载电流大、负载变化大的场景。复式滤波包含Γ型、LC-π型、RC-π型；多级组合滤波效果优于单一电容/电感滤波。 单项选择题 1. 在单相桥式整流电容滤波电路中，时间常数公式τ=RC，若希望滤波效果更好，应该（） A. 减小R或者减小C B. 增大R或者增大C C. 增大R减小C D. 减小R增大C 答案：B 解析：τ=RC，R、C越大，时间常数越大，电容放电越缓慢，输出电压波形越平滑，滤波效果越好。 课后练习 单项选择题 2. 电容滤波电路中整流二极管会产生较大冲击电流，主要原因是（） A. 二极管反向耐压过低 B. 通电瞬间电容充电 C. 负载电阻阻值太大 D. 变压器输出电压太高 答案：B 解析：上电瞬间电容初始电压为0，二极管导通对电容快速充电，短时间内形成很大的冲击电流。 课后练习 单项选择题 3. LC-π型复式滤波电路的特点是（） A. 滤波效果差，体积小 B. 滤波效果最好，但电感体积大、成本高 C. 适合大电流但滤波效果差 D. 成本低，适合微小电流 答案：B 解析：LC-π型属于多级复式滤波，滤波效果最优；缺点是电感体积大、成本较高。 课后练习 单项选择题 4. RC-π型滤波电路适合的场景是（） A. 负载电流很大 B. 负载电流较小 C. 负载电流剧烈变化 D. 大功率电源 答案：B 解析：RC-π型电路中电阻会产生电压损耗，只适合负载电流较小的电源电路。 课后练习 单项选择题 5. 单相桥式整流电容滤波电路，当负载开路（空载）时，输出电压Uo等于（） A. 0.9U2 B. 1.2U2 C. 1.414U2 D. U2 答案：C 解析：空载时电容无放电回路，电容电压保持变压器二次电压峰值，Uo=1.414U2。 课后练习 判断题 1. 电感滤波电路是将电感并联在负载两端来实现滤波。（） 课后练习 答案：× 解析：电感滤波电路中电感串联在整流电路与负载之间，不是并联。电容滤波才是并联。 判断题 2. 电容滤波电路负载电阻RL越小，电容放电越快，输出电压脉动越大。（） 课后练习 答案：√ 解析：RL越小，放电时间常数RC越小，电容放电速度快，电压波动变大，滤波效果变差。 判断题 3. Γ型滤波电路，是在电容滤波前串联电感，进一步滤除交流分量。（） 课后练习 答案：√ 解析：Γ形滤波结构：电感串联在前，电容并联在后，脉动电流先经过电感，再经过电容二次滤波。 课堂小结 1.简答题：简述电容滤波电路工作原理，说明负载电阻大小对滤波效果的影响。 2.简答题：对比电容滤波与电感滤波的适用负载场景。 3.分析题：电容滤波电路中电容开路，会出现什么现象？ 课后作业 感谢观看 $