RC滤波器与LC滤波器详解（RC滤波器与LC滤波器区别,RC滤波器和LC滤波器⼯作原理和经典设计） RC滤波器与LC滤波器详解(RC滤波器与LC滤波器区别,RC滤波器和LC滤波器⼯作原理和经典设计)
[导读] LC滤波器应⽤的频率范围为1kHz～1.5GHz.由于受限于其中电感的Q值，频率响应的截⾄区不够陡峭。
关键词：
RC滤波器和LC滤波器的区别
LC滤波器应⽤的频率范围为1kHz～1.5GHz.由于受限于其中电感的Q值，频率响应的截⾄区不够陡峭。
1， RC滤波器相对于LC滤波器来说，更容易⼩型化或者集成，LC相对体积就⼤多了;
2， RC滤波器有耗损，LC滤波器理论上可以⽆耗损;
amadori
3， RC⽐LC的体积要⼩，成本要底;
4， RC⽤在低频电路中，LC滤波⼀般⽤在⾼频电路中; 清水植物黑发
5， RC滤波中的电阻要消耗⼀部分直流电压，R不能取得很⼤，⽤在电流⼩要求不⾼的电路中.RC体积⼩，成本低。滤波效果不如LC 电路; LC滤波主要是电感的电阻⼩，直流损耗⼩。对交流电的感抗⼤，滤波效果好。缺点是体积⼤，笨重。成本⾼。⽤在要求⾼的电源电路中。 6， 滤波级数越多效果也好，但是带来的是损耗和成本越⾼，所以不建议超过3级;
7， RC滤波器⼀般常与运算放⼤器组合使⽤，构成有源滤波器，多作为低频信号的滤波。例如，在锁相环路中作为环路滤波器使⽤
RC滤波器⼯作原理和经典设计
在测试系统中，常⽤RC滤波器。因为在这⼀领域中，信号频率相对来说不⾼。⽽RC滤波器电路简单，抗⼲扰性强，有较好的低频性能，并且选⽤标准的阻容元件易得，所以在⼯程测试的领域中最经常⽤到的滤波器是RC滤波器。
1）⼀阶RC低通滤波器
RC低通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所⽰。
设滤波器的输⼊电压为ex输出电压为ey，电路的微分⽅程为： 这是⼀个典型的⼀阶系统。令=RC，称为时间常数，对上式取拉⽒变换，有：
或
其幅频、相频特性公式为：
层板托 分析可知，当f很⼩时，A（f）=1，信号不受衰减的通过；当f很⼤时，A（f）=0，信号完全被阻挡，不能通过。
2）⼀阶RC⾼通滤波器
RC⾼通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所⽰。
设滤波器的输⼊电压为ex输出电压为ey，电路的微分⽅程为：
拆装螺杆料筒 同理，令=RC，对上式取拉⽒变换，有：
散打护具 或
其幅频、相频特性公式为：
分析可知，当f很⼩时，A（f）=0，信号完全被阻挡，不能通过；当f很⼤时，A（f）=1信号不受衰减的通过。
3）RC带通滤波器
带通滤波器可以看作为低通滤波器和⾼通滤波器的串联，其电路及其幅频、相频特性如下图所⽰。
其幅频、相频特性公式为： H（s） = H1（s） * H2（s）
式中H1（s）为⾼通滤波器的传递函数，H2（s）为低通滤波器的传递函数。有：
这时极低和极⾼的频率成分都完全被阻挡，不能通过；只有位于频率通带内的信号频率成分能通过。
须要注意，当⾼、低通两级串联时，应消除两级耦合时的相互影响，因为后⼀级成为前⼀级的“负载”，⽽前⼀级⼜是后⼀级的信号源内阻．实际上两级间常⽤射极输出器或者⽤运算放⼤器进⾏隔离．所以实际的带通滤波器常常是有源的．有源滤波器由RC调谐⽹络和运算放⼤器组成．运算放⼤器既可作为级间隔离作⽤，⼜可起信号幅值的放⼤作⽤．
LC滤波器也称为⽆源滤波器，是传统的谐波补偿装置。LC滤波器之所以称为⽆源滤波器，顾名思义，
就是该装置不需要额外提供电源。LC 滤波器⼀般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合⽽成，与谐波源并联，除起滤波作⽤外，还兼顾⽆功补偿的需要；
LC滤波器⼯作原理和经典设计
⽆源滤波器，⼜称LC滤波器，是利⽤电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某⼀次或多次谐波，最普通易于采⽤的⽆源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、⾼通滤波器都属于⽆源滤波器。
LC滤波器的适⽤场合
⽆源LC电路不易集成，通常电源中整流后的滤波电路均采⽤⽆源电路，且在⼤电流负载时应采⽤LC电路。
有源滤波器适⽤场合
有源滤波器电路不适于⾼压⼤电流的负载，只适⽤于信号处理，滤波是信号处理中的⼀个重要概念。滤波分经典滤波和现代滤波。
经典滤波的概念，是根据富⽴叶分析和变换提出的⼀个⼯程概念。根据⾼等数学理论，任何⼀个满
⾜⼀定条件的信号，都可以被看成是由⽆限个正弦波叠加⽽成。换句话说，就是⼯程信号是不同频率的正弦波线性叠加⽽成的，组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。只允许⼀定频率范围内的信号成分正常通过，⽽阻⽌另⼀部分频率成分通过的电路，叫做经典滤波器或滤波电路。
电容滤波电路/电感滤波电路作⽤原理
整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从⽰波器观察整流电路的输出，与直流相差很⼤，波形中含有较⼤的脉动成分，称为纹波。为获得⽐较理想的直流电压，需要利⽤具有储能作⽤的电抗性元件（如电容、电感）组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。
常⽤的滤波电路有⽆源滤波和有源滤波两⼤类。⽆源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波（包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等）。有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电⼦滤波器。直流电中的脉动成分的⼤⼩⽤脉动系数来表⽰，此值越⼤，则滤波器的滤波效果越差。
脉动系数（S）=输出电压交流分量的基波最⼤值／输出电压的直流分量
半波整流输出电压的脉动系数为S=1．57，全波整流和桥式整流的输出电压的脉动系数S≈O．67。
对于全波和桥式整流电路采⽤C型滤波电路后，其脉动系数S=1／（4（RLC／T-1）。（T为整流输出的直流脉动电压的周期。）
电阻滤波电路
RC-π型滤波电路，实质上是在电容滤波的基础上再加⼀级RC滤波电路组成的。如图1（B）RC滤波电路。若⽤S表⽰C1两端电压的脉动系数，则输出电压两端的脉动系数S=（1/ωC2R）S。
由分析可知，电阻R的作⽤是将残余的纹波电压降落在电阻两端，最后由C2再旁路掉。在ω值⼀定的情况下，R愈⼤，C2愈⼤，则脉动系数愈⼩，也就是滤波效果就越好。⽽R值增⼤时，电阻上的直流压降会增⼤，这样就增⼤了直流电源的内部损耗；若增⼤C2的电容量，⼜会增⼤电容器的体积和重量，实现起来也不现实。这种电路⼀般⽤于负载电流⽐较⼩的场合。
电感滤波电路
根据电抗性元件对交、直流阻抗的不同，由电容C及电感L所组成的滤波电路的基本形式如图1所⽰。因为电容器C对直流开路，对交流阻抗⼩，所以C并联在负载两端。电感器L对直流阻抗⼩，对交流阻抗⼤，因此L应与负载串联。
（A）电容滤波
（B）C-R-C或RC-π型电阻滤波脉动系数S=（1/ωC2R‘）S’
（C）L-C电感滤波
（D）π型滤波或叫C-L-C滤波
图1⽆源滤波电路的基本形式
并联的电容器C在输⼊电压升⾼时，给电容器充电，可把部分能量存储在电容器中。⽽当输⼊电压降低时，电容两端电压以指数规律放电，就可以把存储的能量释放出来。经过滤波电路向负载放电，负载上得到的输出电压就⽐较平滑，起到了平波作⽤。若采⽤电感滤波，当输⼊电压增⾼时，与负载串联的电感L中的电流增加，因此电感L将存储部分磁场能量，当电流减⼩时，⼜将能量释放出来，使负载电流变得平滑，因此，电感L也有平波作⽤。
利⽤储能元件电感器L的电流不能突变的特点，在整流电路的负载回路中串联⼀个电感，使输出电流波形较为平滑。因为电感对直流的阻抗⼩，交流的阻抗⼤，因此能够得到较好的滤波效果⽽直流损失⼩。电感滤波缺点是体积⼤，成本⾼。
mrp游戏 桥式整流电感滤波电路如图2所⽰。电感滤波的波形图如图2所⽰。根据电感的特点，当输出电流发⽣变化时，L中将感应出⼀个反电势，使整流管的导电⾓增⼤，其⽅向将阻⽌电流发⽣变化。
图2电感滤波电路
在桥式整流电路中，当u2正半周时，D1、D3导电，电感中的电流将滞后u2不到90°。当u2超过90°后开始下降，电感上的反电势有助于D1、D3继续导电。当u2处于负半周时，D2、D4导电，变压器副边电压全部加到D1、D3两端，致使D1、D3反偏⽽截⽌，此时，电感中的电流将经由D2、D4提供。由于桥式电路的对称性和电感中电流的连续性，四个⼆极管D1、D3；D2、D4的导电⾓θ都是180°，这⼀点与电容滤波电路不同。
图3电感滤波电路波形图
已知桥式整流电路⼆极管的导通⾓是180°，整流输出电压是半个半个正弦波，其平均值约为。电感滤波电路，⼆极管的导通⾓也是180°，当忽略电感器L的电阻时，负载上输出的电压平均值也是。如果考虑滤波电感的直流电阻R，则电感滤波电路输出的电压平均值为
要注意电感滤波电路的电流必须要⾜够⼤，即RL不能太⼤，应满⾜wL》》RL，此时IO（AV）可⽤下式计算
由于电感的直流电阻⼩，交流阻抗很⼤，因此直流分量经过电感后的损失很⼩，但是对于交流分量，在wL和上分压后，很⼤⼀部分交流分量降落在电感上，因⽽降低了输出电压中的脉动成分。电感
L愈⼤，RL愈⼩，则滤波效果愈好，所以电感滤波适⽤于负载电流⽐较⼤且变化⽐较⼤的场合。采⽤电感滤波以后，延长了整流管的导电⾓，从⽽避免了过⼤的冲击电流。
电容滤波原理详解
1．空载时的情况
当电路采⽤电容滤波，输出端空载，如图4（a）所⽰，设初始时电容电压uC为零。接⼊电源后，当u2在正半周时，通过D1、D3向电容器C充电；当在u2的负半周时，通过D2、D4向电容器C充电，充电时间常数为
（a）电路图（b）波形图
图4空载时桥式整流电容滤波电路
式中包括变压器副边绕组的直流电阻和⼆极管的正向导通电阻。由于⼀般很⼩，电容器很快就充到交流电压u2的最⼤值，如波形图
2（b）的时刻。此后，u2开始下降，由于电路输出端没接负载，电容器没有放电回路，所以电容电压值uC不变，此时，uC＞u2，⼆极管两端承受反向电压，处于截⽌状态，电路的输出电压，电路输出维持⼀个恒定值。实际上电路总要带⼀定的负载，有负载的情况如下。
2．带载时的情况
图5给出了电容滤波电路在带电阻负载后的⼯作情况。接通交流电源后，⼆极管导通，整流电源同时向电容充电和向负载提供电流，输出电压的波形是正弦形。在时刻，即达到u290°峰值时，u2开始以正弦规律下降，此时⼆极管是否关断，取决于⼆极管承受的是正向电压还是反向电压。
先设达到90°后，⼆极管关断，那么只有滤波电容以指数规律向负载放电，从⽽维持⼀定的负载电流。但是90°后指数规律下降的速率快，⽽正弦波下降的速率⼩，所以超过90°以后有⼀段时间⼆极管仍然承受正向电压，⼆极管导通。随着u2的下降，正弦波的下降速率越来越快，uC的下降速率越来越慢。所以在超过90°后的某⼀点，例如图5（b）中的t2时刻，⼆极管开始承受反向电压，⼆极管关断。此后只有电容器C向负载以指数规律放电的形式提供电流，直⾄下⼀个半周的正弦波来到，u2再次超过uC，如图5（b）中的t3时刻，⼆极管重⼜导电。
以上过程电容器的放电时间常数为
电容滤波⼀般负载电流较⼩，可以满⾜td较⼤的条件，所以输出电压波形的放电段⽐较平缓，纹波较⼩，输出脉动系数S⼩，输出平均电压UO（AV）⼤，具有较好的滤波特性。
（a）电路图（b）波形图
图5带载时桥式整流滤波电路
以上滤波电路都有⼀个共性，那就是需要很⼤的电容容量才能满⾜要求，这样⼀来⼤容量电容在加电瞬间很有很⼤的短路电流，这个电流对整流⼆极管，变压器冲击很⼤，所以现在⼀般的做法是在整流前加⼀的功率型NTC热敏电阻来维持平衡，因NTC热敏电阻在常温下电阻很⼤，加电后随着温度升⾼，电阻阻值迅速减⼩，这个电路叫软起动电路。这种电路缺点是：断电后，在热时间常数内，NTC热敏电阻没有恢复到零功率电阻值，所以不宜频繁的开启。
为什么整流后加上滤波电容在不带负载时电压为何升⾼？这是因为加上滤波测得的电压是含有脉动成分的峰值电压，加上负载后就是平均值，计算：峰值电压=1.414&mes；理论输出电压有源滤波-电⼦电路滤波。电阻滤波本⾝有很多⽭盾，电感滤波成本⼜⾼，故⼀般线路常采⽤有源滤波电路，电路如图6。它是由C1、R、C2组成的π型RC滤波电路与有源器件晶体管T组成的射极输出器连接⽽成的电路。由图6可知，流过R的电流IR=IE／（1+β）=IRL／（1+β）。流过电阻R的电流仅为负载电流的1/（1+β）．所以可以采⽤较⼤的R，与C2配合以获得较好的滤波效果，以使C2两端的电压的脉动成分减⼩，输出电压和C2两端的电压基本相等，因此输出电压的脉动成分也得到了削减。
从RL负载电阻两端看，基极回路的滤波元件R、C2折合到射极回路，相当于R减⼩了（1+β）倍，⽽C2增⼤了（1+β）倍。这样所需的电容C2只是⼀般RCπ型滤波器所需电容的1／β，⽐如晶体管的直流
放⼤系数β=50，如果⽤⼀般RCπ型滤波器所需电容容量为1000μF，如采⽤电⼦滤波器，那么电容只需要20μF就满⾜要求了。采⽤此电路可以选择较⼤的电阻和较⼩的电容⽽达到同样的滤波效果，因此被⼴泛地⽤于⼀些⼩型电⼦设备的电源之中。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议