1.5 滤波电路
学习目标
1.理解晶体三极管的结构和分类，熟悉其外形、图形符号。掌握晶体三极管电流分配关系和它的电流放大作用。
2.掌握晶体三极管的输入特性、输出特性及三种工作状态，了解其主要参数。
3.掌握用万用表对晶体三极管进行测试的方法。
4.了解场效晶体管的类型及工作原理，熟悉其图形符号，理解其转移特性和输出特性，了解其使用的注意事项。
内容提要
整流电路的输出电压虽然是单一方向的，但是脉动较大，含有较大的谐波成分，不能适应大多数电子线路及设备的需要。因此，一般在整流后，还需利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。
一、电容滤波电路
1.电路
在整流电路的输出端（即负载电阻两端）并联一个电容即构成电容滤波电路，如图1-5-1（a）所示。滤波电容容量较大，一般均采用电解电容，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，使输出趋于平滑。
图1-5-1 电容滤波电路
2.滤波原理
当变压器副边电压u2处于正半周并且数值大于电容两端电压uC时，二极管VD1、VD3导通，电流一路流经负载电阻RL，另一路对电容C充电，uC=uO=u2，如图1-5-1（b）图中的ab段。当u2上升到峰值后开始下降，电容通过RL放电，uC也开始下降，趋势与u2基本相同，如图1-5-1（b）中的bc段。由于电容电压uC按指数规律衰减，当u2下降到一定数值后，uC的下降速度小于u2的下降速度，使uC大于u2，从而导致VD1、VD3反向偏置而变为截止，电容C继续通过RL放电，uC按指数规律下降，如图1-5-1（b）中的cd段。
当u2负半周幅值变化到恰好大于uC时，VD2、VD4因加正向电压变为导通状态，u2再次对电容C充电，uC上升到u2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时VD2、VD4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VD2、VD4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VD1、VD3变为导通，重复上述过程。
3.输出电压平均值
UO（AV）≈1.2U2（桥式整流电容滤波电路）
UO（AV）≈1.0U2（半波整流电容滤波电路）滤波电容的容量为
二、电感滤波电路
图1-5-2 单相桥式整流电感滤波电路
在整流电路与负载电阻之间串联一个电感线圈L就构成电感滤波电路，如图1-5-2所示。由于电感线圈的电感量要足够大，所以一般需要采用铁芯的线圈。
电感的基本性质是当流过它的电流发生变化时，电感线圈中产生的感生电动势将阻止电流的变化。当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中；当通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。因此，经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑，而且整流二极管的导通角增大。
三、复式滤波电路
当单独使用电容或电感滤波，效果仍不理想时，可采用复式滤波电路，如图1-5-3所示。电容和电感是基本的滤波元件，利用它们对直流量和交流量呈现不同电抗的特点，只要合理地接入电路都可以达到滤波的目的。
图1-5-3 复式滤波电路
四、各种滤波性能的比较
表1-5-1中列出各种滤波电路性能的比较。构成滤波电路的电容及电感应足够大，θ为二极管的导通角，凡θ角小的，整流管的冲击电流大；凡θ角大的，整流管的冲击电流小。
表1-5-1 各种滤波电路性能的比较
【例1-5-1】电路如图1-5-4所示。已知U2=17V，RL=R=1kΩ，滤波电容C值很大，使得放电时间常数远大于电源的周期T，试求下列情况下负载两端的电压UO的大小：（1） S1、S2全部断开；（2）S1、S2全部闭合；（3）S1闭合，S2断开。
图1-5-4
【要点解析】熟悉半波整流电路、桥式整流电路、电容滤波电路的结构。
【解】（1）S1、S2全部断开，电路为半波整流电路。正半周VD1、VD3工作，负半周二极管全部断开无输出。
UO=0.45U2=0.45×17=7.65V
（2）S1、S2全部闭合，电路为桥式整流带电容滤波。
UO=1.2U2=1.2×17=20.4V
（3）S1闭合，S2断开，电路为桥式整流电路。
UO=0.9U2=0.9×17=15.3V
【例1-5-2】分析判断图1-5-5所示各电路能否作为滤波电路，简述理由。
【要点解析】一般而言，在直流电源的滤波电路中，电容应并联在电路的输出端，电感应串联在电路的输出端。这是因为电容对直流量的容抗很大，而对交流量的容抗很小，因此，它便于交流量旁路到地，直流量进入负载；电感的感抗对直流量、交流量的作用正好与容抗相反。
【解】根据上述原则，图1-5-5（a）、（b）所示电路可用为滤波电路，而图（c）电路不能作为滤波电路。
图1-5-5
巩固练习
一、判断题
1.电容滤波电路适用于小负载电流，而电感滤波电路适用于大负载电流。（ ）
2.在单相桥式整流电容滤波电路中，若有一只整流管断开，输出电压平均值变为1原来的一半。（ ）
二、填空题
3.滤波电路的主要作用是______。
4.滤波电路主要有______、______。
5.在滤波电路中，利用电容充放电时______使直流输出电压保持稳定。
6.在滤波电路中，电容的正极接______，负极接______。
三、分析计算题
7.如图1-5-6所示电路中，已知变压器副边交流电压有效值U2=20V，求下列情况下输出电压UO的值。
（1）电路正常工作，UO=？
（2）电容C因虚焊未接上，UO=？
（3）有电容C，但负载RL开路，UO=？
（4）整流桥中，二极管VD2因虚焊开路，同时电容C开路，UO=？
图1-5-6
8.图1-5-6所示电路中，已知U2=20V，若在不同状态下电压表测得负载两端的电压有（1）28V，（2）24V，（3）20V，（4）18V，（5）9V五种情况，试分析每种电压所代表的电路状态以及出现这种状态的原因。
9.单相桥式整流电容滤波电路。输入端所加的交流电压为ui=220sin100πtV。设负载电压UL=12V，负载电流IL=0.8A。试确定：（1）变压器二次绕组交流电压的有效值U2；（2）滤波电容器的电容量及耐压值；（3）整流二极管的整流电流及反向峰值电压。