電感電容電阻濾波電路

電感電容電阻濾波電路在電路中，當(dāng)電流流過導(dǎo)體時，會產(chǎn)生電磁場，電磁場的大小除以電流的大小就是電感，電感的定義是L=phi/i,單位是韋伯。電感只能對非穩(wěn)恒電流起作用，它的特點兩端電壓正比于通過他的電流的瞬時變化率（導(dǎo)數(shù)），比例系數(shù)就是它的“自感”。電感起作用的原因是它在通過非穩(wěn)恒電流時產(chǎn)生變化的磁場，而這個磁場又會反過來影響電流，所以，這么說來，任何一個導(dǎo)體，只要它通過非穩(wěn)恒電流，就會產(chǎn)生變化的磁場，就會反過來影響電流，所以任何導(dǎo)體都會有自感現(xiàn)象產(chǎn)生。電阻-電容組合起低通濾波作用，這時輸入端是兩個元件兩端，輸出端是電容兩端，對于后級電路來說，低、高頻信號可以過去，但高頻信號被電容短路了。（電容通高頻信號，阻低頻信號，通交流信號，阻直流信號，對于高頻信號，電容現(xiàn)在相當(dāng)與一根導(dǎo)線，所以將高頻信號短路了）對于電容-電阻組合則起高通濾波作用，這時輸入端是兩個元件兩端，輸出端是電阻兩端，對于后級電路來說，低頻信號由于電容存在，過不去，到不了后級電路（電容通高頻信號，阻低頻信號，通交流信號，阻直流信號），而高頻信號卻可以通過，所以為高通濾波。如上圖所示為10MHz低通濾波電路。該電路利用帶寬高達(dá)100MHz的高速電流反饋運算放大器OPA603組成二階巴特沃斯低通濾波器。轉(zhuǎn)折頻率為f0=1/2πRC，按圖中所示參數(shù)，f0=10MHz，電路增益為1.6。如上圖所示為有源高通濾波電路。該電路的截止頻率fc=100Hz。電路中，R1與R2之比和C1與C2之比可以是各種值。該電路采用R1=R2和C1=2C2。采用C1=C2和R1=2R2也可以。濾波電路分類詳解整流電路的輸出電壓不是純粹的直流，從示波器觀察整流電路的輸出，與直流相差很大，波形中含有較大的脈動成分，稱為紋波。為獲得比較理想的直流電壓，需要利用具有儲能作用的電抗性元件（如電容、電感）組成的濾波電路來濾除整流電路輸出電壓中的脈動成分以獲得直流電壓。常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復(fù)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，也被稱作電子濾波器。直流電中的脈動成分的大小用脈動系數(shù)來表示，此值越大，則濾波器的濾波效果越差。脈動系數(shù)(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系數(shù)為S=1．57，全波整流和橋式整流的輸出電壓的脈動系數(shù)S≈O．67。對于全波和橋式整流電路采用C型濾波電路后，其脈動系數(shù)S=1／(4(RLC／T-1)。(T為整流輸出的直流脈動電壓的周期。)電阻濾波電路RC-π型濾波電路，實質(zhì)上是在電容濾波的基礎(chǔ)上再加一級RC濾波電路組成的。如圖1(B)RC濾波電路。若用S表示C1兩端電壓的脈動系數(shù)，則輸出電壓兩端的脈動系數(shù)S=(1/ωC2R)S。由分析可知，電阻R的作用是將殘余的紋波電壓降落在電阻兩端，最后由C2再旁路掉。在ω值一定的情況下，R愈大，C2愈大，則脈動系數(shù)愈小，也就是濾波效果就越好。而R值增大時，電阻上的直流壓降會增大，這樣就增大了直流電源的內(nèi)部損耗；若增大C2的電容量，又會增大電容器的體積和重量，實現(xiàn)起來也不現(xiàn)實。這種電路一般用于負(fù)載電流比較小的場合.電感濾波電路根據(jù)電抗性元件對交、直流阻抗的不同，由電容C及電感L所組成的濾波電路的基本形式如圖1所示。因為電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。（A）電容濾波

（B）

C-R-C或RC-π型電阻濾波脈動系數(shù)S=(1/ωC2R')S'以上過程電容器的放電時間常數(shù)為電容濾波一般負(fù)載電流較小，可以滿足td較大的條件，所以輸出電壓波形的放電段比較平緩，紋波較小，輸出脈動系數(shù)S小，輸出平均電壓UO(AV)大，具有較好的濾波特性。（a）電路圖

（b）波形圖圖5帶載時橋式整流濾波電路以上濾波電路都有一個共性,那就是需要很大的電容容量才能滿足要求,這樣一來大容量電容在加電瞬間很有很大的短路電流,這個電流對整流二極管,變壓器沖擊很大,所以現(xiàn)在一般的做法是在整流前加一的功率型NTC熱敏電阻來維持平衡,因NTC熱敏電阻在常溫下電阻很大,加電后隨著溫度升高，電阻阻值迅速減小,這個電路叫軟起動電路。這種電路缺點是：斷電后，在熱時間常數(shù)內(nèi)，NTC熱敏電阻沒有恢復(fù)到零功率電阻值，所以不宜頻繁的開啟。為什么整流后加上濾波電容在不帶負(fù)載時電壓為何升高？這是因為加上濾波測得的電壓是含有脈動成分的峰值電壓，加上負(fù)載后就是平均值，計算：峰值電壓=1.414×理論輸出電壓有源濾波-電子電路濾波電阻濾波本身有很多矛盾,電感濾波成本又高,故一般線路常采用有源濾波電路,電路如圖6。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6可知，流過R的電流IR=IE／(1+β)=IRL／(1+β)。流過電阻R的電流僅為負(fù)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成分也得到了削減。從RL負(fù)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(dāng)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(shù)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(dá)到同樣的濾波效果，因此被廣泛地用于一些小型電子設(shè)備的電源之中。RC電路是電阻器電容器電路(RC電路)或者RC過濾器，RC網(wǎng)絡(luò)是電路a和電容器駕駛的組成由電阻器電壓或當(dāng)前來源.一次RC電路由一個電阻器和一臺電容器組成，是RC電路的簡單例子。RC電路在模擬電路、脈沖數(shù)字電路中得到廣泛的應(yīng)用。目錄RC電路的分類RC電路的典型應(yīng)用RC實用電路RC電路的分類（1）RC串聯(lián)電路電路的特點：由于有電容存在不能流過直流電流，電阻和電容都對電流存在阻礙作用，其總阻抗由電阻和容抗確定，總阻抗隨頻率變化而變化。RC串聯(lián)有一個轉(zhuǎn)折頻率：f0=1/2πR1C1當(dāng)輸入信號頻率大于f0時，整個RC串聯(lián)電路總的阻抗基本不變了，其大小等于R1。（2）RC并聯(lián)電路RC并聯(lián)電路既可通過直流又可通過交流信號。它和RC串聯(lián)電路有著同樣的轉(zhuǎn)折頻率：f0=1/2πR1C1。當(dāng)輸入信號頻率小于f0時，信號相對電路為直流，電路的總阻抗等于R1;當(dāng)輸入信號頻率大于f0時C1的容抗相對很小，總阻抗為電阻阻值并上電容容抗。當(dāng)頻率高到一定程度后總阻抗為0。（3）RC串并聯(lián)電路RC串并聯(lián)電路存在兩個轉(zhuǎn)折頻率f01和f02:f01=1/2πR2C1,f02=1/2πC1*[R1*R2/(R1+R2)]當(dāng)信號頻率低于f01時，C1相當(dāng)于開路，該電路總阻抗為R1+R2。當(dāng)信號頻率高于f02時，C1相當(dāng)于短路，此時電路總阻抗為R1。當(dāng)信號頻率高于f01低于f02時，該電路總阻抗在R1+R2到R1之間變化。RC電路的典型應(yīng)用1.RC微分電路如圖1所示，電阻R和電容C串聯(lián)后接入輸入信號VI，由電阻R輸出信號VO，當(dāng)RC數(shù)值與輸入方波寬度tW之間滿足：RC<<tW，這種電路就稱為微分電路。在R兩端（輸出端）得到正、負(fù)相間的尖脈沖，而且是發(fā)生在方波的上升沿和下降沿，如圖2所示。在t=t1時，VI由0→Vm，因電容上電壓不能突變（來不及充電，相當(dāng)于短路，VC＝0），輸入電壓VI全降在電阻R上，即VO＝VR＝VI＝Vm。隨后（t>t1），電容C的電壓按指數(shù)規(guī)律快速充電上升，輸出電壓隨之按指數(shù)規(guī)律下降（因VO＝VI－VC＝Vm－VC），經(jīng)過大約3τ（τ＝R×C）時，VCVm，VO0，τ（RC）的值愈小，此過程愈快，輸出正脈沖愈窄。t=t2時，VI由Vm→0,相當(dāng)于輸入端被短路，電容原先充有左正右負(fù)的電壓Vm開始按指數(shù)規(guī)律經(jīng)電阻R放電，剛開始，電容C來不及放電，他的左端（正電）接地，所以VO＝－Vm，之后VO隨電容的放電也按指數(shù)規(guī)律減小，同樣經(jīng)過大約3τ后，放電完畢，輸出一個負(fù)脈沖。只要脈沖寬度tW>（5~10）τ，在tW時間內(nèi)，電容C已完成充電或放電（約需3τ），輸出端就能輸出正負(fù)尖脈沖，才能成為微分電路，因而電路的充放電時間常數(shù)τ必須滿足：τ＜（1/5~1/10tW，這是微分電路的必要條件。由于輸出波形VO與輸入波形VI之間恰好符合微分運算的結(jié)果［VO=RC（dVI/dt）］，即輸出波形是取輸入波形的變化部分。如果將VI按傅里葉級展開，進行微分運算的結(jié)果，也將是VO的表達(dá)式。他主要用于對復(fù)雜波形的分離和分頻器，如從電視信號的復(fù)合同步脈沖分離出行同步脈沖和時鐘的倍頻應(yīng)用。2.RC耦合電路圖1中，如果電路時間常數(shù)τ（RC）>>tW，他將變成一個RC耦合電路。輸出波形與輸入波形一樣。如圖3所示。（1）在t=t1時，第一個方波到來，VI由0→Vm，因電容電壓不能突變（VC=0），VO=VR=VI=Vm。（2）t1<t<t2時，因τ>>tW，電容C緩慢充電，VC緩慢上升為左正右負(fù)，VO=VR=VI－VC，VO緩慢下降。（3）t=t2時，VO由Vm→0，相當(dāng)于輸入端被短路，此時，VC已充有左正右負(fù)電壓Δ［Δ=（VI/τ）×tW］，經(jīng)電阻R非常緩慢地放電。（4）t=t3時，因電容還來不及放完電，積累了一定電荷，第二個方波到來，電阻上的電壓就不是Vm，而是VR=Vm-VC（VC≠0），這樣第二個輸出方波比第一個輸出方波略微往下平移，第三個輸出方波比第二個輸出方波又略微往下平移，…，最后，當(dāng)輸出波形的正半周“面積”與負(fù)半周“面積”相等時，就達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。也就是電容在一個周期內(nèi)充得的電荷與放掉的電荷相等時，輸出波形就穩(wěn)定不再平移，電容上的平均電壓等于輸入信號中電壓的直流分量（利用C的隔直作用），把輸入信號往下平移這個直流分量，便得到輸出波形，起到傳送輸入信號的交流成分，因此是一個耦合電路。以上的微分電路與耦合電路，在電路形式上是一樣的，關(guān)鍵是tW與τ的關(guān)系，下面比較一下τ與方波周期T（T>tW）不同時的結(jié)果，如圖4所示。在這三種情形中，由于電容C的隔直作用，輸出波形都是一個周期內(nèi)正、負(fù)“面積”相等，即其平均值為0，不再含有直流成份。①當(dāng)τ>>T時，電容C的充放電非常緩慢，其輸出波形近似理想方波，是理想耦合電路。②當(dāng)τT時，電容C有一定的充放電，其輸出波形的平頂部分有一定的下降或上升，不是理想方波。③當(dāng)τ<<T時，電容C在極短時間內(nèi)（tW）已充放電完畢，因而輸出波形為上下尖脈沖，是微分電路。（3）t=t2時，VI由Vm→0，相當(dāng)于輸入端被短路，電容原先充有左正右負(fù)電壓VI（VI<Vm）經(jīng)R緩慢放電，VO（VC）按指數(shù)規(guī)律下降。積分電路積分電路可將矩形脈沖波轉(zhuǎn)換為鋸齒波或三角波，還可將鋸齒波轉(zhuǎn)換為拋物波。電路原理很簡單，都是基于電容的沖放電原理，這里就不詳細(xì)說了，這里要提的是電路的時間常數(shù)R*C，構(gòu)成積分電路的條件是電路的時間常數(shù)必須要大于或等于10倍于輸入波形的寬度。RC電路是電阻器電容器電路(RC電路)或者RC過濾器，RC網(wǎng)絡(luò)是電路a和電容器駕駛的組成由電阻器電壓或當(dāng)前來源.一次RC電路由一個電阻器和一臺電容器組成，是RC電路的簡單例子。RC電路在模擬電路、脈沖數(shù)字電路中得到廣泛的應(yīng)用。目錄RC電路的分類RC電路的典型應(yīng)用RC實用電路RC電路的分類（1）RC串聯(lián)電路電路的特點：由于有電容存在不能流過直流電流，電阻和電容都對電流存在阻礙作用，其總阻抗由電阻和容抗確定，總阻抗隨頻率變化而變化。RC串聯(lián)有一個轉(zhuǎn)折頻率：f0=1/2πR1C1當(dāng)輸入信號頻率大于f0時，整個RC串聯(lián)電路總的阻抗基本不變了，其大小等于R1。（2）RC并聯(lián)電路RC并聯(lián)電路既可通過直流又可通過交流信號。它和RC串聯(lián)電路有著同樣的轉(zhuǎn)折頻率：f0=1/2πR1C1。當(dāng)輸入信號頻率小于f0時，信號相對電路為直流，電路的總阻抗等于R1;當(dāng)輸入信號頻率大于f0時C1的容抗相對很小，總阻抗為電阻阻值并上電容容抗。當(dāng)頻率高到一定程度后總阻抗為0。（3）RC串并聯(lián)電路RC串并聯(lián)電路存在兩個轉(zhuǎn)折頻率f01和f02:f01=1/2πR2C1,f02=1/2πC1*[R1*R2/(R1+R2)]當(dāng)信號頻率低于f01時，C1相當(dāng)于開路，該電路總阻抗為R1+R2。當(dāng)信號頻率高于f02時，C1相當(dāng)于短路，此時電路總阻抗為R1。當(dāng)信號頻率高于f01低于f02時，該電路總阻抗在R1+R2到R1之間變化。RC電路的典型應(yīng)用1.RC微分電路如圖1所示，電阻R和電容C串聯(lián)后接入輸入信號VI，由電阻R輸出信號VO，當(dāng)RC數(shù)值與輸入方波寬度tW之間滿足：RC<<tW，這種電路就稱為微分電路。在R兩端（輸出端）得到正、負(fù)相間的尖脈沖，而且是發(fā)生在方波的上升沿和下降沿，如圖2所示。在t=t1時，VI由0→Vm，因電容上電壓不能突變（來不及充電，相當(dāng)于短路，VC＝0），輸入電壓VI全降在電阻R上，即VO＝VR＝VI＝Vm。隨后（t>t1），電容C的電壓按指數(shù)規(guī)律快速充電上升，輸出電壓隨之按指數(shù)規(guī)律下降（因VO＝VI－VC＝Vm－VC），經(jīng)過大約3τ（τ＝R×C）時，VCVm，VO0，τ（RC）的值愈小，此過程愈快，輸出正脈沖愈窄。t=t2時，VI由Vm→0,相當(dāng)于輸入端被短路，電容原先充有左正右負(fù)的電壓Vm開始按指數(shù)規(guī)律經(jīng)電阻R放電，剛開始，電容C來不及放電，他的左端（正電）接地，所以VO＝－Vm，之后VO隨電容的放電也按指數(shù)規(guī)律減小，同樣經(jīng)過大約3τ后，放電完畢，輸出一個負(fù)脈沖。只要脈沖寬度tW>（5~10）τ，在tW時間內(nèi)，電容C已完成充電或放電（約需3τ），輸出端就能輸出正負(fù)尖脈沖，才能成為微分電路，因而電路的充放電時間常數(shù)τ必須滿足：τ＜（1/5~1/10tW，這是微分電路的必要條件。由于輸出波形VO與輸入波形VI之間恰好符合微分運算的結(jié)果［VO=RC（dVI/dt）］，即輸出波形是取輸入波形的變化部分。如果將VI按傅里葉級展開，進行微分運算的結(jié)果，也將是VO的表達(dá)式。他主要用于對復(fù)雜波形的分離和分頻器，如從電視信號的復(fù)合同步脈沖分離出行同步脈沖和時鐘的倍頻應(yīng)用。2.RC耦合電路圖1中，如果電路時間常數(shù)τ（RC）>>tW，他將變成一個RC耦合電路。輸出波形與輸入波形一樣。如圖3所示。（1）在t=t1時，第一個方波到來，VI由0→Vm，因電容電壓不能突變（VC=0），VO=VR=VI=Vm。（2）t1<t<t2時，因τ>>tW，電容C緩慢充電，VC緩慢上升為左正右負(fù)，VO=VR=VI－VC，VO緩慢下降。（3）t=t2時，VO由Vm→0，相當(dāng)于輸入端被短路，此時，VC已充有左正右負(fù)電壓Δ［Δ=（VI/τ）×tW］，經(jīng)電阻R非常緩慢地放電。（4）t=t3時，因電容還來不及放完電，積累了一定電荷，第二個方