【任務】為了得到低紋波的直流電壓，通常的做法是使用RC濾波、LC濾波及其相應地Π濾波，但使用電容或電感濾波有以下缺點：體積大、漏電流大、器件離散性大，濾波效果并不會随着電容量或電感量的增大而顯著增大，會存在濾波瓶頸或引入額外的分布參數。在不增大電容量的情況下，試設計一個基于三極管的電子濾波器對直流電壓（以 5V為例）進行濾波。

【構思】構思的起點是如下的電容濾波電路：

現在，我們的目标是通過一個三極管将電容C1的濾波效果增大到βC1倍（β為三極管的放大倍數）。顯然，隻有将三極管的C、E極接入電路主回路才能通過大電流到負載RL（以NPN管為例，因此C極必須接 5V電源端）：

上面的三極管是無法導通的，必須使基極正偏才能導通，導通程度與基極電流有關，基極電流越大，導通程度越深，直至飽和。于是，我們想到在在 5V電源與基極之間接一個電阻：

但是，新的問題來了：上面的電路并沒有将濾波效果放大β倍，隻是對負載電流進行了截流控制。如果C1對 5V濾波不夠徹底（超過了設計要求的最小紋波），那麼剩餘的紋波将通過R1進入三極管的基極，被放大β倍後送給負載，反而成了紋波放大器，違背了設計任務的要求。因此，我們必須額外增加一個電容C2，将Q1基極的紋波“引流”到地（利用電容特性：通交流，阻直流；通高頻，阻低頻）：

上面的電路将 5V中的直流成分的大部分通過CE送給負載RL，隻有很少的直流成分送給Q1基極，而相應地“壓制”了交流成分，直流放大了β倍，相當于反過來說将交流成分抑制到1/β，這可等效為接了一個βC1的電容（β大多在50到2,3百）。盡管相當于“放大”了電容，但這與采用純粹的大電容濾波形成的效果是截然不同的：大電容意味着大的漏電流，大的上電沖擊，而基于三極管的電子濾波器不存在這些問題，因為三極管沒有電容那麼大的漏電流，而且由于結電容的存在，對上電沖擊電流有一定的緩沖作用。

我們還可以優化上面的電路，在負載前端增加小容量的瓷片電容（通常不大于100nF），進一步濾除高頻信号：

【計算】為計算方便，假定β=100，RL“吃”電流200mA，為使Q1的CE間壓降盡量小，我們可以使基極電流IB為臨界放大電流的1.5~2倍（為計算方便，我取2倍）：

IB=2IC/β≈2IE/β=2IL/β=2*200/100=4mA，

R1=(5-0.7)/IB=4.3/4≈1k （0.7為三極管BE壓降）。

因為負載電流為200mA，我們根據濾波經驗公式：2000uF/A或2uF/mA，可得C1=2*200=400uF（取标準系列的470uF電解電容）。

因為大部分直流紋波的頻率約為f=300kHz，為将C2的容抗限制在1Ω以内（接近于容抗接地，增強濾波效果），即1/(2πfC2)≤1，C2≥1/(2*π*300k)≈53uF（取标準系列的68uF）。

查三極管選型手冊，看到S9013型三極管最大集電極電流Icm=400mA，相較于本案例的負載電流（200mA）有一倍餘量，而放大倍數在64~202之間（可篩選出接近100的管子），最後确定選用S9013管。

确定參數的電路如下圖：

【說明】上面的電路可能會使送給負載的 5V有壓損，因此負載前端可增加穩壓環節，比如簡單的穩壓二極管穩壓，三端穩壓器穩壓，LDO穩壓等，這裡從略。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!