滤波及电容滤波器整流电路分析

一、滤波

为使直流负载获得恒定或平稳的直流，设法把脉动电流中的交流成分基波与高次谐波去掉，为达到这一目的所采用的手段称为滤波。实现滤波的设备称为滤波器，组成滤波器的元件有电容、电感等。

二、电容滤波器整流电路

利用电容器作滤波元件的滤波器称为电容滤波器。下图(a)是具有电容滤波器的单相半波整流电路。作为滤波用的电容器接在整流电路的输出端，与负载相并联。

1、电容滤波器整流电路的工作过程

在变压器二次侧电压u的正半周，二极管D导通，电源一方面向负载Rf供电，同时又对电容器充电，使电容器端电压uc随着u按正弦规律上升，并同时达到最大值。过了最大值后，u和uc都开始下降。uc的下降是因为电容器向负载放电(由于二极管的单向导电性，放电电流通不过二极管)。在下降开始时的一段时间，u的下降速度慢、电容器的放电受到u的约束，uc随u以同样的速度下降。过了N点以后，u开始下降得比uc快，于是u c >u，并迫使二极管截止(因为此时二极管阴极电位大于阳极电位)，而电容器则按上图(c)中曲线NQ的规律继续向负载放电，负载上仍有电流通过。

电容器放电的速度取决于放电时的时间常数τ，τ=CRf

式中C为滤波电容器的电容量，单位F；Rf为负载电阻，单位Ω。

电容器放电时间常数τ越大，放电越慢，放电持续时间越长，虽然u已进入到下一个周期的正半周。但只要u的大小还未超过u c ，二极管仍无法导通，放电仍在继续。从上图(c)的曲线可以看出，这种情况要等过了Q点，u>uc时，二极管才又重新导通。二极管导通后，电源又一方面向负载供电，一方面向电容器充电……，此后就不断重复上述过程。

2、电容滤波器整流电路的特点

1）负载两端的电压或通过负载的电流比没有滤波时要平稳得多。平稳程度取决于τ的大小。在Rf一定时，C越大，τ也越大，放电越慢，u0或i0的波形越平直。

2）采用电容滤波器后，还使直流输出增加，单相半波整流电路的直流输出电压U 0 =(1-1.4)U

全波和桥式整流电路的直流输出电压

U 0 =(1.1-1.4)U

3）整流二极管的导通时间比不加滤波器时要短，再加上电容器的充电电流，所以通过二极管的电流瞬时值很大。

4）在单相半波整流电路中，二极管所受的反向电压u DR =u+u c ，比没有电容滤波器时可大到接近一倍(即2√2U)。

5）在滤波器的电容量一定时，负载越大(即Rf越小)，τ就越小，滤波效果越差。所以电容滤波器适用于小负载(Rf大)的场合。

三、电容滤波器电容器的选用

1、电容器的电容量

要使直流输出平稳，电容器用得越大越好，但实用中按下式选用基本上可满足要求

C≥(3-5)T／2R f ，式中T为交流电源周期，单位s；C为电容器电容量，F，Rf为负载电阻，单位Ω。

2、电容器的耐压

除电容量需满足要求外，还要根据具体电路考虑电容器的耐压，在图 (a)电路中用的电容器，其耐压必须≥√2U。

3、电容器的种类

由于电容器的电容量比较大(一般在几百μF以上)，所以都用电解电容器。电解电容器是有极性的，电解电容器的正极应与u0的正端相连。极性接错，会导致电容器损坏。