对于整流电路输出的脉冲直流电，由于其中包含的交流成分比较大，若直接对各种电子设备供电，会引入比较大的干扰，例如音频放大设备产生比较明显的“嗡嗡”的交流声。实际应用中需要在整流之后进行滤波，消除直流电源中的交流电压成分。直流电源中进行滤波的电路单元称为滤波电路。直流电源中通常采用电容和电感等滤波元件组成无源滤波电路。

1 电容滤波电路 

图7.5中的电容C构成电容滤波电路。下面分空载和带负载两种情况讨论。

1．工作原理

（1）空载时情况

电容C两端的初始电压为零。接入交流电源后，当v2为正半周时，通过D1、D3向电容器C充电；v2为负半周时，经D2、D4向电容器C充电，充电时间常数为

其中，Ri为整流电路包括变压器二次绕组的直流电阻和二极管D的等效电阻。一般由于Ri很小，所以充电很快，电容C迅速被充到交流电压的峰值V2m。此时二极管的电压始终小于或等于零，故二极管均截止，电容C无放电回路，所以，输出电压vo保持在V2m不变，输出为一个恒定的直流。这时的单相桥式整流、电容滤波电路的输出波形如图7.6（a）所示。

（2）带负载时的情况

图7.6（b）波形表示了在带负载RL时电容滤波的工作情况。当t=0时电源接通，v2处于正半周，通过D1、D3一方面向负载RL提供电流，另一方面向电容C充电。接入负载时的充电时间常为

由于负载较大，所以充电时间与空载时相差不大，因此在开始的1/4个周期中，输出电压vo与输入电压v2相同；当输入电压达到峰值V2m时，电容电压和输出电压也达到最大值V2m，如图7.6（b）中的ab段所示；之后v2开始下降，v2＜vc，二极管D1～D4受反向电压作用而全部截止，这时电容C开始经RL放电，放电的时间常数为

由于RL较大，故放电时间常数较大，电容两端的电压vc按指数规律慢慢下降，如图7.6（b）bc段所示；电容放电过程直至下一个半周v2按正弦规律上升到和电容电压vc相等。当|v2|＞vc时，二极管D2、D4开始导通，v2经D2、D4又开始对电容C充电，因而vc又开始升高，直至交流信号最大值V2m附近，该过程如图7.6（b）cd段所示。cd段vc到上部v2值之间的电压部分，为电路中的电流在整流电路内阻Ri上产生的电压降。电容C如此周而复始地进行充、放电，负载RL上便得到如图7.6（b）所示的一个近似锯齿波的输出电压，使负载电压的波动大为减小。

2．输出直流电压Vo和脉动系数S

电容滤波后，输出直流电压Vo提高了，纹波减小，而且输出直流电压Vo与放电时间常有关，RLC越大，电容放电速度越慢，负载电压中的纹波成分越小，输出直流电压Vo越高。考虑两种极端情况，一种是空载时，没有负载电流，整流输出都用来对滤波电容充电，此时输出电压最高，即，，交流纹波完全滤掉；另一种情况是当电容开路时，相当于没有滤波，输出电压等同于桥式整流后的直流电压。所以，电容滤波电路的输出直流电压Vo在～范围内变化。为了获得较好的滤波效果，应选择大容量的电容进行滤波，实际使用中一般取

式中T为电源交流电压的周期；一般电容为几十至几千微法，多选用电解电容，其耐电压值应大于V2m。当满足式（9.3.1）时，输出直流电压Vo可估算为

脉动系数为

3．整流二极管的导通角

在未加滤波电容之前，无论是哪种整流电路中的二极管，均至少有半个周期为导通状态，即二极管的导通角θ大约等于π。加滤波电容后，只有当电容充电时，二极管才导通，因此，每个二极管的导通角都小于π。而且RLC的值愈大，滤波效果愈好，二极管导通角θ将愈小。由于电容滤波后输出平均电流增大，而二极管的导通角反而减小，所以导通期间整流二极管的充电电容为一个很大的电流脉冲，如图7.6（c）所示。这对二极管的寿命很不利，所以必须选用最大整流平均电流IF较大的二极管。一般可按IF≥（2~3）Io来选择整流二极管。

电容滤波电路结构简单，使用方便，但是为了取得良好的滤波效果则需要使用大容量的电容；当要求输出电流较大时，电容滤波难以取得良好的滤波效果，电容滤波适用负载电流不大的场合。

【例7.1】滤波电路如图7.5所示，设供电电源频率为50Hz，要求输出直流电压为50V，负载电流为100mA，估算滤波电容的电容值C和电容的最小耐电压值。

解：由已知可知

所以，求得负载电阻阻值为

由式（7.3.1）取

所以有

由式（7.3.2）可得变压器二次绕组电压有效值

则电容的耐电压值应大于

2 电感滤波电路 

将一个电感线圈L和电阻R串联，就构成了电感滤波电路。图7.7所示的电感滤波电路，就是在桥式整流电路和负载电阻RL之间串入一个电感器L。

滤波电感也是一种储能元件，当通过的电流发生变化时，在电感中将产生电动势阻止电流变化。当通过电感线圈的电流增大时，感应电动势将阻止电流增大，同时把一部分能量储存于线圈的磁场中；当电流减小时，感应电动势将阻止电流减小，同时把储存的磁场能量释放出来。线圈的电感愈大，产生的感应电动势愈大，阻止负载电流变动的能力就愈强，输出电压脉动的效果就愈好。但电感大了不但成本高，而且笨重、体积大，易引起电磁干扰。一般线圈电感选为几亨到几十亨。

从整流电路输出的电压中，对于其直流分量，由于电感近似于短路而全部加在负载RL两端；对于其交流分量，由于电感L的感抗远大于负载电阻RL而大部分落在电感L上，负载RL上只有很小的交流电压，负载上输出的直流电压和纯电阻负载相同基本相同，即。

电感滤波器适用于负载电流较大的场合。

3  其他形式的滤波电路

串联电感和并联电容都能够起滤波作用，为了进一步减小脉动程度，提高滤波效果，可以将滤波电感和滤波电容组合连接成复式滤波器，如π型滤波电路，常用的有RC-π型滤波电路和LC-π型滤波电路，如图7.8所示。

RC-π 型滤波电路可以看做是由一个电容（电容C1）和一个G型滤波器（电阻R和电容C2组成）组合而成，如图7.8（a）所示。RC-π型滤波电路的输入端接在整流电路的输出端，整流后电压先经过电容C1滤波，然后再由电阻R和电容C2组成的G型滤波器进一步滤波，剩余的交流成分在电阻R和电容C2之间分压；当电容C2的容抗比电阻R的阻值小得多时，交流电压大多降落在电阻R上，因此输出电压vo比单纯的电容滤波更平滑，脉动系数更小。为了保证滤波效果，通常按照以下关系式选取电容C2

上式中ωl是整流后的最低次谐波的角频率。通常考虑C2的容抗是电阻R的1/10～1/5倍。

RC-π型滤波电路的优点是电路简单实用，比电容滤波效果更好，缺点是电阻R有直流电压降，使输出电压下降，特别是当负载电流较大时比较显著，因此这种滤波器比较适合负载电流较小的场合。

为了克服RC-π型滤波电路缺点，可将R用电感L替换，组成LC-π型滤波电路，如图7.8（b）所示。由于电感对直流呈现电阻小而对交流呈现电阻大的特性，这样对交流的滤波效果和RC-π型滤波器相同，同时又不会使输出直流成分下降太大，所以滤波效果更好，在各种电子设备中广泛应用。