LC和RC滤波电路分析

一、概述

整流电路的输出电压并不是纯粹的直流，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，成为纹波。为了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：电感、电容)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。无源滤波主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波（包括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，也称为电子滤波器。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

无源滤波电路的结构简单，易于设计，但它的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，因而不适用于信号处理要求高的场合；有源滤波电路的负载不影响滤波特性，因此常用于信号处理要求高的场合。

二、LC滤波电路分析

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(可滤除某一次或多次谐波)，还兼顾无功补偿的需要,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。

LC滤波器按照功能分为LC低通滤波器、LC带通滤波器、LC高通滤波器、LC全通滤波器、LC带阻滤波器。

在电子线路中，电感线圈对交流有限流作用，由电感的感抗公式XL=2πfL 可知，电感L越大，频率f越高，感抗就越大。因此电感线圈有通低频，阻高频的作用，这就是电感的滤波原理。

LC滤波原理图

上图是LC滤波电路实例 电感在电路最常见的作用就是与电容一起，组成LC滤波电路。我们已经知道，电容具有“阻直流，通交流”的本领，而电感则有“通直流，阻交流，通低频，阻高频”的功能。如果把伴有许多干扰信号的直流电通过LC滤波电路（如图），那么，交流干扰信号大部分将被电感阻止吸收变成磁感和热能，剩下的大部分被电容旁路到地，这就可以抑制干扰信号的作用，在输出端就获得比较纯净的直流电流。

各种LC滤波电路原理图

三、RC滤波电路分析

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。

RC滤波电路也分为：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等，通过写出电路的微分方程，然后取拉氏变换可以得到其幅频特性和相频特性进而分析滤波器的通带。

四、LC滤波和RC滤波的区别

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;

(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;

(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。

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