【经验】四大滤波电路工作原理分析

时间： 2021-08-04 来源：爱浦电子

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在整流电路输出的电压是单向脉动性电压，不能直接给电子电路使用。所以要对输出的电压进行滤波，消除电压中的交流成分，成为直流电后给电子电路使用。在滤波电路中，主要使用对交流电有特殊阻抗特性的器件，如：电容器、电感器。本文对其各种形式的滤波电路进行分析。

滤波电路种类：

滤波电路主要有下列几种：电容滤波电路，这是最基本的滤波电路；π型RC滤波电路；π型LC滤波电路；电子滤波器电路。

滤波原理

1. 单向脉动性直流电压的特点

如图 1(a) 所示。是单向脉动性直流电压波形，从图中可以看出，电压的方向性无论在何时都是一致的，但在电压幅度上是波动的，就是在时间轴上，电压呈现出周期性的变化，所以是脉动性的。
但根据波形分解原理可知，这一电压可以分解一个直流电压和一组频率不同的交流电压，如图 1(b) 所示。在图 1(b) 中，虚线部分是单向脉动性直流电压U。中的直流成分，实线部分是 UO 中的交流成分。

2. 电容滤波原理

根据以上的分析，由于单向脉动性直流电压可分解成交流和直流两部分。在电源电路的滤波电路中，利用电容器的“隔直通交”的特性和储能特性，或者利用电感“隔交通直”的特性可以滤除电压中的交流成分。图 2 所示是电容滤波原理图。

图 2(a) 为整流电路的输出电路。交流电压经整流电路之后输出的是单向脉动性直流电，即电路中的 UO。

图 2(b) 为电容滤波电路。由于电容C1对直流电相当于开路，这样整流电路输出的直流电压不能通过C1到地，只有加到负载RL图为RL上。对于整流电路输出的交流成分，因C1容量较大，容抗较小，交流成分通过C1流到地端，而不能加到负载 RL。这样，通过电容C1的滤波，从单向脉动性直流电中取出了所需要的直流电压+U。

滤波电容C1的容量越大，对交流成分的容抗越小，使残留在负载RL上的交流成分越小，滤波效果就越好。

3. 电感滤波原理

图3所示是电感滤波原理图。由于电感L1对直流电相当于通路，这样整流电路输出的直流电压直接加到负载RL上。

对于整流电路输出的交流成分，因L1电感量较大，感抗较大，对交流成分产生很大的阻碍作用，阻止了交流电通过C1流到加到负载RL。这样，通过电感L1的滤波，从单向脉动性直流电中取出了所需要的直流电压+U。
滤波电感L1的电感量越大，对交流成分的感抗越大，使残留在负载RL上的交流成分越小，滤波效果就越好，但直流电阻也会增大。

π型RC滤波电路识图方法

图4所示是π型RC滤波电路。电路中的 C1、C2和C3是3只滤波电容，R1和R2是滤波电阻，C1、R1 和C2构成第一节 π 型的RC滤波电路， C2、R2和C3构成第二节π型RC滤波电路。由于这种滤波电路的形式如同希腊字母 π 和采用了电阻器、电容器，所以称为π型RC滤波电路。

π型RC滤波电路原理如下：

（1）这一电路的滤波原理是：从整流电路输出的电压首先经过C1的滤波，将大部分的交流成分滤除，然后再加到由 R1 和C2构成的滤波电路中。C2的容抗与R1构成一个分压电路，因C2的容抗很小，所以对交流成分的分压衰减量很大，达到滤波目的。对于直流电而言，由于C2具有隔直作用，所以 R1和C2分压电路对直流不存在分压衰减的作用，这样直流电压通过 R1 输出。

（2）在R1大小不变时，加大C2的容量可以提高滤波效果，在C2容量大小不变时，加大R1的阻值可以提高滤波效果。但是，滤波电阻R1的阻值不能太大，因为流过负载的直流电流要流过R1，在R1上会产生直流压降，使直流输出电压Uo2 减小。R1的阻值越大，或流过负载的电流越大时，在R1上的压降越大，使直流输出电压越低。

（3）C1 是第一节滤波电容，加大容量可以提高滤波效果。但是 C1 太大后，在开机时对 C1 的充电时间很长，这一充电电流是流过整流二极管的，当充电电流太大、时间太长时，会损坏整流二极管。所以采用这种 π 型 RC 滤波电路可以使 C1 容量较小，通过合理设计 R1 和 C2 的值来进一步提高滤波效果。

（4）这一滤波电路中共有3个直流电压输出端，分别输出Uo1、 Uo2 和 Uo3 三组直流电压。其中， Uo1只经过电容C1 滤波；Uo2则经过了C1、 R1和C2 电路的滤波，所以滤波效果更好， Uo2中的交流成分更小；Uo3则经过了2节滤波电路的滤波，滤波效果最好，所以Uo3中的交流成分最少。

（5）3个直流输出电压的大小是不同的。Uo1电压最高，一般这一电压直接加到功率放大器电路，或加到需要直流工作电压最高、工作电流最大的电路中；Uo2电压稍低，这是因为电阻R1对直流电压存在电压降；Uo3电压最低，这一电压一般供给前级电路作为直流工作电压，因为前级电路的直流工作电压比较低，且要求直流工作电压中的交流成分少。

π型 LC滤波电路识图方法

图5所示是π型LC滤波电路。π型LC滤波电路与π型RC滤波电路基本相同。这一电路只是将滤波电阻换成滤波电感，因为滤波电阻对直流电和交流电存在相同的电阻，而滤波电感对交流电感抗大，对直流电的电阻小，这样既能提高滤波效果，又不会降低直流输出电压。

在图5的电路中，整流电路输出的单向脉动性直流电压先经电容C1滤波，去掉大部分交流成分，然后再加到L1和C2滤波电路中。

对于交流成分而言， L1对它的感抗很大，这样在L1上的交流电压降大，加到负载上的交流成分小。

对直流电而言，由于L1不呈现感抗，相当于通路，同时滤波电感采用的线径较粗，直流电阻很小，这样对直流电压基本上没有电压降，所以直流输出电压比较高，这是采用电感滤波器的主要优点。

电子滤波器识图方法

1. 电子滤波器

图 6 所示是电子滤波器。电路中的VT1是三极管，起到滤波管作用， C1是VT1 的基极滤波电容，R1是VT1的基极偏置电阻，RL是这一滤波电路的负载，C2是输出电压的滤波电容。

电子滤波电路工作原理如下：

① 电路中的VT1、 R1、 C1组成电子滤波器电路，这一电路相当于一只容量为C1×β1大小电容器，β1为VT1的电流放大倍数，而晶体管的电流放大倍数比较大，所以等效电容量很大，可见电子滤波器的滤波性能是很好的。等效电路如图6（b）所示。图中C为等效电容。

② 电路中的R1和C1构成一节RC滤波电路， R1一方面为 VT1 提供基极偏置电流，同时也是滤波电阻。由于流过R1的电流是VT1的基极偏置电流，这一电流很小， R1的阻值可以取得比较大，这样R1和C1的滤波效果就很好，使VT1基极上直流电压中的交流成分很少。由于发射极电压具有跟随基极电压的特性，这样VT1发射极输出电压中交流成分也很少，达到滤波的目的。

③ 在电子滤波器中，滤波主要是靠R1和C1实现的，这也是RC滤波电路，但与前面介绍的RC滤波电路是不同的。在这一电路中流过负载的直流电流是VT1 的发射极电流，流过滤波电阻 R1 的电流是VT1基极电流，基极电流很小，所以可以使滤波电阻R1的阻值设得很大（滤波效果好），但不会使直流输出电压下降很多。

④ 电路中的R1的阻值大小决定了VT1的基极电流大小，从而决定了 VT1集电极与发射极之间的管压降，也就决定了VT1 发射极输出直流电压大小，所以改变 R1 的大小，可以调整直流输出电压 +V 的大小。

2. 电子稳压滤波器

图 7 所示是另一种电子稳压滤波器，与前一种电路相比，在VT1基极与地端之间接入了稳压二极管VD1。电子稳压原理如下：

在 VT1基极与地端之间接入了稳压二极管VD1后，输入电压经R1使稳压二极管 VD1处于反向偏置状态，此时VD1的稳压特性使VT1管的基极电压稳定，这样 VT1 发射极输出的直流电压也比较稳定。注意：这一电压的稳定特性是由于VD1的稳压特性决定的，与电子滤波器电路本身没有关系。

R1同时还是VD1的限流保护电阻。在加入稳压二极管VD1后，改变R1的大小不能改变VT1发射极输出电压大小，由于VT1 的发射结存在PN结电压降，所以发射极输出电压比VD1的稳压值略小。C1、 R1 与 VT1 同样组成电子滤波器电路，起到滤波作用。

在有些场合下，为了进一步提高滤波效果，可采用双管电子滤波器电路，2 只电子滤波管构成了复合管电路。这样总的电流放大倍数为各管电流放大倍数之积，显然可以提高滤波效果。

电源滤波电路识图小结

关于电源滤波电路分析主要注意以下几点：

（1）分析滤波电容工作原理时，主要利用电容器的“隔直通交”特性，或是充电与放电特性，即整流电路输出单向脉动性直流电压时对滤波电容充电，当没有单向脉动性直流电压输出时，滤波电容对负载放电。

（2）分析滤波电感工作原理时，主要是认识电感器对直流电的电阻很小、无感抗作用，而对交流电存在感抗。

（3）进行电子滤波器电路分析时，要知道电子滤波管基极上的电容是滤波的关键元件。另外，要进行直流电路的分析，电子滤波管有基极电流和集电极、发射极电流，流过负载的电流是电子滤波管的发射极电流，改变基极电流大小可以调节电子滤波管集电极与发射极之间的管压降，从而改变电子滤波器输出的直流电压大小。

（4）电子滤波器本身没有稳压功能，但加入稳压二极管之后可以使输出的直流电压比较稳定。

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选型指南 - 顺络 - 2024/1/4 PDF 英文下载

LDO和DC/DC有哪些区别？

我们仅从优缺点来做简单的分析 LDO优点：稳定性好，负载响应快。输出纹波小。缺点：效率低，输入输出的电压差不能太大。 DC/DC：直流电压转直流电压。严格来讲，LDO也是DC/DC的一种，但目前DC/DC多指开关电源。具有很多种拓朴结构，如BUCK，BOOST。等优点：效率高，输入电压范围较宽。缺点：负载响应比LDO差，输出纹波比LDO大。可见LDO只能是降压，DCDC 有升压，降压，升降压多种结构。由于MOSFET的导通电阻很小，因而它上面的电压降非常低。如果输入电压和输出电压很接近，最好是选用LDO稳压器，可达到很高的效率。所以，在把锂离子电池电压转换为3V输出电压的应用中大多选用LDO稳压器。虽说电池的能量最后有百分之十是没有使用，LDO稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长，同时噪音较低。如果输入电压和输出电压不是很接近，就要考虑用开关型的DCDC了，应为从上面的原理可以知道，LDO的输入电流基本上是等于输出电流的，如果压降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。 DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大电流、静态电流小。随著集成度的提高，许多新型DC-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是，这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。总的来说，升压是一定要选DCDC的，降压，是选择DCDC还是LDO，要在成本，效率，噪声和性能上比较。

技术问答发布时间 : 2024-10-30

【产品】工作温度为-40°C~+80°C的EMC滤波器模块LC-AC01P2 ，适用于模拟电路

LC-AC01P2是爱浦电子为客户提供符合EMC的小体积滤波器模块。该滤波器具有全球输入电压范围，产品适用于模拟电路等对噪声比较敏感的场合。

产品发布时间 : 2022-06-10

维爱普数字工控产品电源滤波器，具备多种安全保护功能，守护工业控制的电力纯净与安全

随着工业4.0的推进，数字工控产品的广泛应用对电源质量提出了更高要求。维爱普数字工控产品电源滤波器，又称电源EMI滤波器或EMI电源滤波器，是一种专为减少电源中噪声和干扰而设计的电路设备。它通过电容器、电感器和电阻等元件组成的滤波电路，对电源信号进行精细处理，滤除高频谐波、电磁干扰及电压波动，为数字工控产品提供稳定、纯净的电力环境。

产品发布时间 : 2024-09-28

被动PFC电路中，电感补偿式PFC和填谷式PFC电路中的电解电容容值怎么确定？两者电路中的电容作用有什么区别吗？

电感补偿式是使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，被动式PFC的功率因数只能达到0.7～0.8，它一般在高压滤波电容附近。填谷式PFC电路是利用整流桥后面的填谷电路来大幅度增加整流管的导通角，通过填平谷点，使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波形，将功率因数提高到0.9左右，显著降低总谐波失真。与传统的电感式无源功率因数校正电路相比，其优点是电路简单，成本较低，功率因数补偿效果显著，并且在输入电路中不需要使用体积大重量沉的大电感器。电解电容的选取与要求的母线电压纹波大小有关，推荐采用冠坤电解电容，参考链接：【选型】冠坤电子（Su'scon）铝电解电容器选型指南

技术问答发布时间 : 2020-01-02

KYOCERA高可靠性车载元器件，让汽车行驶更安全

KYOCERA AVX 是先进的电子元器件产品制造商和供应商。具有与京瓷集团共享技术和资源的优势，提供更广泛的产品，包括电容器、天线、连接器、电路保护和定时设备、传感器、控制、滤波器、保险丝、二极管、电阻器、耦合器和电感器，用于5G、物联网、汽车、消费电子、工业、医疗等多个领域。

原厂动态发布时间 : 2022-09-28

电源滤波器的重要性与多样应用

电源滤波器的核心功能是过滤电源线路中的高频噪声，这些噪声可能由电源本身产生，也可能来自外界的电磁干扰。电源滤波器通常由电感器、电容器和电阻器组成，它们结合使用可以有效地抑制高频噪声，允许低频信号通过，从而稳定输出电压，保护电路免受损害。

产品发布时间 : 2024-02-22

【技术】探讨滤波的概念以及低通滤波器的用途和特性

滤波器是一个电路，其去除或“过滤掉”特定范围的频率分量。换句话说，它将信号的频谱分离为将要通过的频率分量和将被阻塞的频率分量。爱浦电子在本文将对滤波的概念以及低通滤波器的用途和特性进行详细的讲解。

技术探讨发布时间 : 2021-11-24

【产品】输入范围18-80VDC的EMC滤波器模块LC-DC01P2，体积小，适用PCB板直插式安装

LC-DC01P2是爱浦电子为客户提供的小体积EMC滤波器模块，产品适用于模拟电路等对噪声比较敏感的场合。将此模块加在DC-DC模块的输入端，可以使产品符合IEC/EN61000-4-5标准中的±1KV（2Ω内阻）/±4KV（12Ω内阻）的浪涌要求。

产品发布时间 : 2022-05-20

电源滤波器对电源频率的衰减率是多少？

电源滤波器是电子设备中常用的一种电路元件，其主要作用是对电源信号中的噪声和干扰进行滤波，以保证电子设备的稳定工作。在设计和选择电源滤波器时，一个重要的参数就是其对电源频率的衰减率，本文电源滤波器维爱普小编来详细讲解。

技术探讨发布时间 : 2024-01-03

PASSIVE COMPONENTS for the Internet of Things Capacitors, Inductors, Circuit Protection, Saw Filters, Crystal Units, Tuning Forks

型号- KT2520K,KT1612A,KC2016K,KT3225K,CX2520,CX2520DB,KC2520K,CX3225SB,ST2012SB,CX2016DB,CX1612,ST3215SB,CX1612DB,SF14-1582M5UUD2,CX2016,KT2016K,KC3225K,SF14-2446M5UUA3,SF14-0915M5UUA1

技术文档 - KYOCERA - 2017/09/08 PDF 英文下载