直流電源濾波電路及電子濾波器原理分析

整流電路是將交流電變成直流電的一種電路，但其輸出的直流電的脈動(dòng)成分較大，而一般電子設備所需直流電源的脈動(dòng)系數要求小于0.01。故整流輸出的電壓必須采取一定的措施。盡量降低輸出電壓中的脈動(dòng)成分，同時(shí)要盡量保存輸出電壓中的直流成分，使輸出電壓接近于較理想的直流電，這樣的電路就是直流電源中的濾波電路。

常用的濾波電路有無(wú)源濾波和有源濾波兩大類(lèi)。無(wú)源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復式濾波(包括倒L型、LC濾波、LCπ型濾波和RCπ型濾波等)。有源濾波的主要形式是有源RC濾波，也被稱(chēng)作電子濾波器。

直流電中的脈動(dòng)成分的大小用脈動(dòng)系數來(lái)表示，此值越大，則濾波器的濾波效果越差。

脈動(dòng)系數(S)=輸出電壓交流分量的基波最大值／輸出電壓的直流分量

半波整流輸出電壓的脈動(dòng)系數為S=1.57，全波整流和橋式整流的輸出電壓的脈動(dòng)系數S≈0.67。對于全波和橋式整流電路采用C型濾波電路后，其脈動(dòng)系數S=1/(4(RLC/T-1)。(T為整流輸出的直流脈動(dòng)電壓的周期。)

RC-π型濾波電路，實(shí)質(zhì)上是在電容濾波的基礎上再加一級RC濾波電路組成的。如圖1虛線(xiàn)框即為加的一級RC濾波電路。若用S'表示C1兩端電壓的脈動(dòng)系數，則輸出電壓兩端的脈動(dòng)系數S=(1/ωC2R')S'。

由分析可知，在ω值一定的情況下，R愈大，C2愈大，則脈動(dòng)系數愈小，也就是濾波效果就越好。而R值增大時(shí)，電阻上的直流壓降會(huì )增大，這樣就增大了直流電源的內部損耗；若增大C2的電容量，又會(huì )增大電容器的體積和重量，實(shí)現起來(lái)也不現實(shí)。

為了解決這個(gè)矛盾，于是常常采用有源濾波電路，也被稱(chēng)作電子濾波器。電路如圖2。它是由C1、R、C2組成的π型RC濾波電路與有源器件--晶體管T組成的射極輸出器連接而成的電路。由圖2可知，流過(guò)R的電流IR=IE／(1+β)=IRL／(1+β)。流過(guò)電阻R的電流僅為負載電流的1/(1+β)．所以可以采用較大的R，與C2配合以獲得較好的濾波效果，以使C2兩端的電壓的脈動(dòng)成分減小，輸出電壓和C2兩端的電壓基本相等，因此輸出電壓的脈動(dòng)成分也得到了削減。

從RL負載電阻兩端看，基極回路的濾波元件R、C2折合到射極回路，相當于R減小了(1+β)倍，而C2增大了(1+β)倍。這樣所需的電容C2只是一般RCπ型濾波器所需電容的1／β，比如晶體管的直流放大系數β=50，如果用一般RCπ型濾波器所需電容容量為1000μF，如采用電子濾波器，那么電容只需要20μF就滿(mǎn)足要求了。采用此電路可以選擇較大的電阻和較小的電容而達到同樣的濾波效果，因此被廣泛地用于一些小型電子設備的電源之中。