电容滤波电路滤波原理

电容滤波电路滤波原理

滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋丁平滑。

★当u2为正半周并且数值大丁电容两端电压uC时，二极管D1和D3管导通，D2和D4管截止，电流一路流经负载电阻RL,另一路对电容C充电。当uC>u2，导致D1和D3管反向偏置而截止，电容通过负载电阻RL放电，uC按指数规律缓慢下降。

⑴电路（b）uo的波形

单相桥式整流电容滤波电路及稳态时的波形分析

★当u2为负半周幅值变化到恰好大丁uC时，D2和D4因加正向电压变为导通状态，u2再

次对C充电，uC上升到u2的峰值后乂开始下降；下降到一定数值时D2和D4变为截止,C 对RL放电，uC按指数规律下降；放电到一定数值时D1和D3变为导通，重复上述过程。

RL、C对充放电的影响

电容充电时间常数为rDC,因为二极管的rD很小，所以充电时间常数小，充电速度快；

RLC为放电时间常数，因为RL较大，放电时间常数远大丁充电时间常数，因此，滤波效果取决丁放电时间常数

电容C 愈大，负载电阻RL 愈大，滤波后输出电压愈平■滑，并且其平■均值愈大，如图所示

四、电容反馈式振荡电路 演&蚣心

1. 电路组成

为了获得较好的输出电压波 形，

若将电感反馈式振荡电路中的 电容换成

电感，电感换成电容，并 在转换后将两

个电容的公共端接 地，且增加集电极电

阻R c ，就可得 到电容反馈式振荡电路，

如右图所 示。因为两个电容的三个端分

别接 在晶体管的三个极，故也称为电容

三点式电路。 2. 工作原理

★根据正弦波振荡电路的判断方法，观察如上图所示电路，包含了放大电路、

选频网络、反馈网络和非线性元件（晶体管）四个部分；

★放大电路能够正常工作；

★断开反馈，加频率为f 0的输入电压，给定其极性，判断出从C 2上所获得的

反馈电压极性与输入电压相同，故电路弦波振荡的相位条件，各点瞬时极性如图 所示。

★只要电路参数选择得当，电路就可以满足幅值条件，而产生正弦波振荡。

R L C 不同时耽的波形

电容反馈式振荡电路

3.振荡频率及起振条件

振荡频率

反馈系数

起振条件

4.优缺点

电容反馈式振荡电路的输出电压波形好，但

若用改变电容的方法来调节振荡频率，则会影响电

路的反馈系数和起振条件；而若用改变电感的方法

来调节振荡频率，则比较困难。在振荡频率可调

范围不大的情况下，可采用如右图所示电路作为选

频率可调的迷颇网络

频网络。

5.稳定振荡频率的措施

若要提高电容反馈式振荡电路的频率，要减小C i、C2的电容量和L的电感量实际上，当C i 和C2减小到一定程度时，晶体管的极间电容和电路中的杂散电容将纳入C i和C2之中，从而影响振荡频率。这些电容等效为放大电路的输入电容C i和输出电容C o,改进型电路和等效电器如下图所示。由于极间电容受温度的影响，杂散电容又难于确定，为了稳定振荡频率，在电感支路串联一个小容量电容C3,而且C3<

1 1 1 1 1

-- - 陆---------- + -- + - 佃

C q+9 c/G J G

振荡频率

」 1 1

/ft Q / M —j =

2兀屁T 家聿厄

7.1.3 LC 正弦波振荡电路

LC 正弦波振荡电路与 RC 桥式正弦波振荡电路的组成原则在本质上是相同

的，只是选频网络采用LC 电路。在LC 振荡电路中，当f =f 0时，放大电路的放大 倍数数值最大，而其余频率的信号均被衰减到零；引入正反馈后，使反馈电压作 为放大电路的输入电压，以维持输出电压，从而形成正弦波振荡。由于 LC 正弦 波振荡电路的振荡频率较高，所以放大电路多采用分立元件电路。

一、LC 谐振回路的频率特性

（推导过程）

1

在信号频率较低时，电容的容抗（ 力亡）

I 很大，网络呈感性；在信号频率较高时，电感的

厂__】 感抗（羽=」过）很大，网络呈容隹；只有当 f =f o

T I

时，网络才呈纯阻性，且阻抗最大。这时电路产 生电流

谐振，电容的电场能转换成磁场能，而电 感的磁场能又

转换成电场能，两种能量相互转换 LC 正弦波振荡电路中的选频网络采用 电

路，无损耗，谐振频率为

LC 并联网络，如图所示。图（a ）为理想

血＞ 理想情况下的网弟 几乎与C1和C2无关，也与C i 和C o 无关，所以频率稳定度高

电容反馈式振荡电路的改进

等效用路

实际的LC 并联网络总是有损耗的，各种 损耗等效成电阻R,如图(b)所示。电路的导纳 为

r = —-—

R + j 或

回路的品质因数

R M (推导过程

) 上式表明，选频网络的损耗愈小，谐振频率相同时，电容容量愈小，电感数 值愈大。 当f =f 0时，电抗冲顷"皿#逐。(推导过程)

当网络的输入电流为I o 时，电容和电感的电流约为 QI 。。

-=Y =皿+——

根据式Z &+J 戒，可得适用于频率从零到无穷大时 LC 并联网络

电抗的表达式Z =1/ Y ，其频率特性如下图所示。Q 值愈大，曲线愈陡，选频特性 愈好。 (b)考虑电路损耗时的网辩

LC 券联网络

LC 并联网络电抗的频率特性

若以LC并联网络作为共射放大电路的集电极负载，如右图所示，则电路的电

压放大倍数

根据LC并联网络的频率特性，当f= f0时，电

压放大倍数的数值最大，且无附加相移（原因）。

对于其余频率的信号，T卜电压放大倍数不但数值

减小，而且有附加相移。电路具有选频特性，故称之

为选频击而放大电路。若在电路中引入正反馈，并能-

用反馈电压取代输入电压，则电路就成为°一瞄甘+由

岐

选簌放大电路正弦波振荡电路。根据引入反馈的方式不同，LC正弦波振荡电路分为变压器反馈式、电感反馈式和电容反馈式三种电路。

三、电感反馈式振荡电路?击一L

1.电路组成

为了克服变压器反馈式振荡电路中

变压器原边线圈和副边线圈耦合不紧密

的缺点，可将变压器反馈式振荡电路的

N1和N2合并为一个线圈，如右图所示，

为了加强谐振效果，将电容C跨接在整

个线圈两端，便得到电感反馈式振荡电

路。

2.工作原理

电感反馈式振荡电路

★观察电路它包含了放大电路、选频网络、反馈网络和非线性元件（晶体管）四个部分，而且放大电路能够正常工作

★用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件：断开反馈，加频率为f0的输入电压，给定其极性，判断出从N2上获得的反馈电压极性与输入电压相同，故电路满足正弦波振荡的相位条件，各点瞬时极性如上图所示。

★只要电路参数选择得当，电路就可满足幅值条件，而产生正弦波振荡。

如下图所示为电感反馈式振荡电路的交流通路，原边线圈的三个端分别接在晶体管的三个极，故称电感反馈式振荡电路为电感三点式电路。

电感反饿式振荡电路的交流通路

3.振荡频率及起振条件

振荡频率

A w --- .. .

御（乌十打+ 2虹。

反馈系数

『一乌+豪

起振条件

￡i + Z/ rbs E >

-------------- —T

马+职足

4.优缺点

电感反馈式振荡电路中N2与N i之间耦合紧密，振幅大，易起振；当C采用可变电容时，可以获得调节范围较宽的振荡频率，最高振荡频率可达几十MHz。由于反馈电压取白电感，对高频信号具有较大的电抗，反馈信号中含有较多的高次谐波分量，输出电压波形不好。

滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。

去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作

旁路电容用在有电阻连接时，接在电阻两端使交流信号顺利通过。

1.关于去耦电容蓄能作用的理解

1）去耦电容主要是去除高频如RF信号的十扰，十扰的进入方式是通过电磁辐射。

而实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位的。

你可以把总电源看作密云水库，我们大楼内的家家户户都需要供水，

这时候，水不是直接来自于水库，那样距离太远了，

等水过来，我们已经渴的不行了。

实际水是来自于大楼顶上的水塔，水塔其实是一个buffer的作用。

如果微观来看，高频器件在工作的时候，其电流是不连续的，而且频率很高，

而器件VCC到总电源有一段距离，即便距离不长，在频率很高的情况下，

阻抗Z = i*wL+R ,线路的电感影响也会非常大，

会导致器件在需要电流的时候，不能被及时供给。

而去耦电容可以弥补此不足。

这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一（在vcc引脚上通常并联一个去藕电容，这样交流分量就从这个电容接地。）

2）有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到

地

2.旁路电容和去耦电容的区别

去耦：去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的

RF 能量。去耦电容还可 以为器件 供局部化的DC 电压源，它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。

旁路：从元件或电缆中转移出不想要的共模 RF 能量。这主要是通过产生AC 旁路消除无意的 能量进入敏感的部分，另外还可以提供基带滤波功能（带宽受限）。

我们经常可以看到，在电源和地之间连接着去耦电容，它有三个方面的作用：一是作为本集 成电路的蓄能电容；二是滤除该器件产生的高频噪声, 切断其通过供电回路进行传播的通路； 三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。

在电子电路中,去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用， 电容所处的位置不同， 称

呼就不一样了。对丁同一个电路来说，旁路（bypass ）电容是把输入信号中的高频噪声作 为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（decoupling ）电容也称退耦电容，是把 输出信号的干扰作为滤除对象。

高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是0.1u , 0.01u 等，而去耦合电容一般比较大, 是10u 或者更大，依据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。

数字电路中典型的去耦电容值是 0.1头F 。这个电容的分布电感的典型值是 5头H 。0.1头F 的 去耦电容有5 H 的分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz 左右，也就是说，对于10MHz 以下的噪声有较好的去耦效果，对 40MHz 以上的噪声几乎不起作用。1 F 、10 F 的电容, 并行共振频率在

信号瑜入

±1

星路由客

20MHz以上，去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片充放电电容，或1个蓄能电容，可选10 F左右。最好不用电解电容，电解电容是两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构

在高频时表现为电感。要使用钥电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格，可按C='T7F，

即10MHz取0.1 F, 100MHz 取0.01 F。

补充：电容器选用及使用注意事项：

1,一般在低频耦合或旁路，电气特性要求较低时，可选用纸介、涤纶电容器；在高频高压电路中，应选用云母电容器或瓷介电容器；在电源滤波和退耦电路中，可选用电解电容器。

2,在振荡电路、延时电路、音调电路中，电容器容量应尽可能与计算值一致。在各种滤波及网（选频网络），电容器容量要求精确；在退耦电路、低频耦合电路中，对同两级精度的要求不太严格。3,电容器额定电压应高于实际工作电压，并要有足够的余地，一般选用耐压值为实际工作电压两倍以上的电容器。

4,优先选用绝缘电阻高，损耗小的电容器，还要注意使用环境。

呵呵，去偶电容有时侯，用的是一个大电容和一个小电容并联使用，这样更好滤除电路的谐波，使电路输入电源更平稳.

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