什么是滤波电路?

滤波电路

整流器将交流电转换成脉冲形式的直流电，只在一个方向上传播。整流电路分为半波整流、全波整流和桥式整流。所有这些整流电路的输出都有一定的纹波因子。

全波整流器及其无滤波器的输出响应

• 整流电路从变压器或其他源获取初始交流正弦波并将其转换为脉动直流电。
• 全波整流器会产生如图所示的波形，而半波整流器只会每隔半个周期输出一次。
• 我们必须找到一个解决方案来消除脉动，并给负载电路一个更“干净”的直流电源。
• 滤波器是一种能够消除信号或电源的某些组件，同时使其他组件正常工作的电路。

为什么需要过滤器?

• 交流分量的存在是由信号中的纹波表示的。
• 为了获得纯直流输出，必须完全移除这个交流组件。
• 因此，需要一个电路将整流输出转换为纯直流信号。
• 滤波电路是一种让直流分量进入负载，同时从整流输出中去除交流分量的电路。整流器中使用的最简单的滤波器是电容滤波器。
• 电感和电容器是构成滤波电路的两个主要部件。
• 电容允许交流，而阻止直流。
• 电感允许直流，而阻止交流。
• 电容滤波器:整流信号的交流分量被过滤掉，只留下直流分量，使用与负载并联的电容。由于电容在交流电压峰值期间充电，在关闭期间放电，产生了更平滑的直流输出。
• 电感滤波器:为了使输出电压平滑，扼流滤波器(也称为电感滤波器)将电感与负载串联起来。电感产生一个更稳定的直流输出电压，它抵抗电流的变化。因此，能量在开时被储存，在关时被释放。

比较电容器和电感滤波器。

• 电容器滤波器不太复杂，也更便宜，但它们有产生更多纹波电压的倾向，这在特定应用中可能会有问题。
• 另一方面，电感滤波器更大，更昂贵，但它们提供更好的滤波，更适合于大电流应用。

单一的电容器

• 如果我们在全波整流器的输出端放置一个电容器，电容器将每半个周期充电到峰值电压
• 在开始下半个周期之前，当整流电压降回零时，电容器将通过负载放电得更慢。
• 因此，电容器有助于填补峰值之间的间隙，如右图第一个红色部分所示。

• 衰减本质上是典型的指数衰减任何电容器放电通过负载电阻。
• 电容器的电容和负载所吸收的电流基本上作为电压衰减的RC时间常数，决定电容器电压降低多少。
• 正因为如此，这种设计的实际电压输出永远不会达到零，而是采用右图所示的形式。
• 而波形的红色部分表示当电容器为负载提供电流时，波形的蓝色部分表示输入周期期间整流器为负载提供电流的部分。
• 正如你所看到的，输出电压的方差(也称为纹波)明显小于整流器的未滤波输出，而不是纯直流。

RC滤波器

• 为了在不显著降低直流输出的情况下进一步减小纹波，滤波电路需要进行一定的扩展。
• 虽然这种电路在电阻中会产生一些直流损耗，但如果所需的负载电流适中，这种损耗是可以接受的。
• 单电容滤波器适用于广泛的小电流，非关键应用。当负载电阻很低或纹波必须保持在最小值时，电容值必须相当大。高达10mf的电解电容器价格昂贵。RC滤波器是一种更先进的滤波器，具有更低的电容值，更实用。
• RC电容输入滤波器的使用仅限于低负载电流应用。
• 当不需要电压管理且负载电流恒定时，这种滤波器用于电源

LC滤波器

• 上面例子中的RC滤波器降低了纹波电压，但当负载电流很大时，它会导致过多的电阻性损失。
• 将电阻器替换为电感器，可以在不增加大量直流电阻的情况下进一步减少纹波。
• 该电路中的两个电容器试图在整流器的输入峰值之间保持稳定的输出电压，同时继续像以前一样存储能量。
• 此外，电感试图通过在其磁场中存储能量并在需要时释放能量来保持稳定的电流。
• 这是另一个努力降低纹波电压的元素。

π过滤器

• 为了减少输出纹波电压的数量，电源应用经常使用pi滤波器类型的滤波电路。
• 两个电容器和一个电感堆叠成希腊字母pi的形状，组成pi滤波器。
• 电容阻挡直流分量，但对交流分量提供非常低的电抗。因此大部分交流分量被电容器C绕过₁．
• 然后直流分量到达扼流圈L。它对直流电抗很低，而对交流元件有很强的电抗。因此，它阻止了直流分量的通过，并阻塞了交流分量。
• 电容器C₂防止任何剩余的交流元件通过，只允许接近纯直流旅行到负载。
• 它可以采用这些pi部分中的几个依次产生实际纯直流到负载。
• 在电源电路中，整流器和pi滤波器经常结合使用。

过滤器的比较

列举一些PI滤波器的优点和缺点

优势

• 提供高电压增益
• 低纹波系数
• 输出电压高，PIV高

缺点

• Pi输出电压高，但Pi滤波器的调压性很差，因为输出电压随着流过负载的电流的增加而迅速下降。

列举pi滤波器的几个应用。

• 这些器件用于通信设备，以恢复调制后的特定信号。
• 信号被调制成高频倍数进行传输。
• 滤波器用于解调接收端的特定频率范围。