【導(dǎo)讀】在電路中很多時(shí)候都要涉及到無(wú)緣濾波電路，無(wú)源濾波電路有哪些呢？他們的原理和作用是什么呢？又該怎樣選取電源濾波電容,要想掌握其方法與精髓,其實(shí)也不難。下面就一起來(lái)學(xué)習(xí)吧。
無(wú)源濾波器缺點(diǎn):帶負(fù)載能力差,無(wú)放大作用,特性不理想邊沿不陡峭,各級(jí)互相影響。
RC濾波
1, C值的選取:C不能選的太小，否則負(fù)載電容對(duì)濾波電路的影響很大，一般IC的輸入電容往往有l(wèi)~lOpF的輸入電容。C值選的太大，則會(huì)影響濾波電路的高頻特性，因?yàn)?br />
大電容的高頻特性一般都不好。
2, R值的選取:R值過(guò)小會(huì)加大電源的負(fù)載，R值過(guò)大則會(huì)消耗較多的能量。
RC濾波電路的最大缺陷就是他不僅消耗我們希望抑制的信號(hào)能量，而目也消耗我們希望保留的信號(hào)能量。另外由于受電容高頻特性的限制也不能用在太高頻的場(chǎng)合，例如數(shù)MHz以上需要用LC濾波器。
1. 電容濾波電路
另外電容濾波電路也可以用電容儲(chǔ)能特性來(lái)解釋，當(dāng)單向脈動(dòng)直流電壓處于高峰值時(shí)電容就充電，而當(dāng)處于低峰值電壓時(shí)就放電，這樣把高峰值電壓存儲(chǔ)起來(lái)到低峰值電壓處再釋放。把高低不平的單向脈動(dòng)性直流電壓轉(zhuǎn)換成比較平滑的直流電壓。
濾波電容的容量通常比較大，并且往往是整機(jī)電路中容量最大的一只電容器。濾波電容的容量大，濾波效果好。電容濾波電路是各種濾波電路中最常用一種。
電源濾波電容如何選取,掌握其精髓與方法,其實(shí)也不難。
1)理論上理想的電容其阻抗隨頻率的增加而減少(1/jwc),但由于電容兩端引腳的電感效應(yīng),這時(shí)電容應(yīng)該看成是一個(gè)LC串連諧振電路,自諧振頻率即器件的SFR參數(shù),這表示頻率大于SFR值時(shí),電容變成了一個(gè)電感,如果電容對(duì)地濾波,當(dāng)頻率超出FSR后,對(duì)干擾的抑制就大打折扣,所以需要一個(gè)較小的電容并聯(lián)對(duì)地,可以想想為什么?原因在于小電容,SFR值大,對(duì)高頻信號(hào)提供了一個(gè)對(duì)地通路,所以在電源濾波電路中我們常常這樣理解:大電容慮低頻,小電容慮高頻,根本的原因在于SFR(自諧振頻率)值不同,當(dāng)然也可以想想為什么?如果從這個(gè)角度想,也就可以理解為什么電源濾波中電容對(duì)地腳為什么要盡可能靠近地了。
2)那么在實(shí)際的設(shè)計(jì)中,我們常常會(huì)有疑問(wèn),我怎么知道電容的SFR是多少?就算我知道SFR值,我如何選取不同SFR值的電容值呢?是選取一個(gè)電容還是兩個(gè)電容?電容的SFR值和電容值有關(guān),和電容的引腳電感有關(guān),所以相同容值的0402,0603,或直插式電容的SFR值也不會(huì)相同,當(dāng)然獲取SFR值的途徑有兩個(gè),1)器件Data sheet,如22pf0402電容的SFR值在2G左右, 2)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀直接量測(cè)其自諧振頻率,想想如何量測(cè)?知道了電容的SFR值后,用軟件仿真,如RFsim99,選一個(gè)或兩個(gè)電路在于你所供電電路的工作頻帶是否有足夠的噪聲抑制比。仿真完后,那就是實(shí)際電路試驗(yàn),如調(diào)試手機(jī)接收靈敏度時(shí),LNA的電源濾波是關(guān)鍵,好的電源濾波往往可以改善幾個(gè)dB。
電容的本質(zhì)是通交流,隔直流,理論上說(shuō)電源濾波用電容越大越好。但由于引線和PCB布線原因,實(shí)際上電容是電感和電容的并聯(lián)電路,(還有電容本身的電阻,有時(shí)也不可忽略)這就引入了諧振頻率的概念:ω=1/(LC)1/2在諧振頻率以下電容呈容性,諧振頻率以上電容呈感性。因而一般大電容濾低頻波,小電容濾高頻波。
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這也能解釋為什么同樣容值的STM封裝的電容濾波頻率比DIP封裝更高。
至于到底用多大的電容,這是一個(gè)參考：
電容諧振頻率
電容值 DIP (MHz) SMT (MHz)
1.0μF 2.5 5
0.1μF 8 16
0.01μF 25 50
1000pF 80 160
100 pF 250 500
10 pF 800 1.6(GHz)
不過(guò)僅僅是參考而已,用老工程師的話說(shuō)——主要靠經(jīng)驗(yàn)。更可靠的做法是將一大一小兩個(gè)電容并聯(lián),因?yàn)榇箅娙莞哳l特性差,小電容高頻特性好。一般要求相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上,以獲得更大的濾波頻段。
2. 電感濾波電路
3. L形RC濾波電路
L形RC濾波電路就是在普通電容濾波電路中電容器前面加個(gè)電阻器，電阻器是串聯(lián)在電路中，而電容器是并聯(lián)在電路中，這時(shí)電阻器和電容器形成了的L字形狀，所以稱它們?yōu)長(zhǎng)形RC濾波電路。它的濾波原理和濾波效果都和普通電容濾波電路是差不多，這時(shí)電容器和電阻器也構(gòu)成了分壓電路，因?yàn)殡娙莸娜菘购苄?，所以?duì)交流分量的分壓衰減很大，這樣交流量通過(guò)電容器短路接地，達(dá)到濾波的目的。對(duì)于直流電壓部分，由于電容器對(duì)直流電呈隔離狀態(tài)，這時(shí)電容器對(duì)電阻器沒有分壓作用，直流不會(huì)流過(guò)電容器。在這種濾波電路中，如果電阻器的阻值不變時(shí)，加大濾波電容的容量可以提高濾波效果，濾波電容的容量越大越好。如果濾波電容的容量不變，加大電阻器的阻值也可以提高濾波效果，但是濾波電阻的阻值不能太大，因?yàn)闉V波電阻的阻值太大的話，直流輸出電壓就會(huì)變小。
LC濾波主要是電感的電阻小,直流損耗小。對(duì)交流電的感抗大,濾波效果好。缺點(diǎn)是體積大,笨重。成本高。用在要求高的電源電路中。
RC濾波中的電阻要消耗一部分直流電壓,R不能取得很大,用在電流小要求不高的電路中。RC體積小,成本低。濾波效果不如LC電路。
LC濾波一般用在高頻電路或電源電路上中 而RC用在低頻電路中
LC濾波器應(yīng)用的頻率范圍為1kHz～1.5GHz.由于受限于其中電感的Q值，頻率響應(yīng)的截至區(qū)不夠陡峭。
1, RC濾波器相對(duì)于LC濾波器來(lái)說(shuō)，更容易小型化或者集成，LC相對(duì)體積就大多了;
2, RC濾波器有耗損，LC濾波器理論上可以無(wú)耗損，所以電源部分電路一般都是LC電路;
3, RC比LC的體積要小,成本要底;
4, RC用在低頻電路中,LC濾波一般用在高頻電路中;
5, RC濾波中的電阻要消耗一部分直流電壓,R不能取得很大,用在電流小要求不高的電路中.RC體積小,成本低.濾波效果不如LC電路; LC濾波主要是電感的電阻小,直流損耗小.對(duì)交流電的感抗大,濾波效果好.缺點(diǎn)是體積大,笨重.成本高.用在要求高的電源電路中.
6, 濾波級(jí)數(shù)越多效果也好，但是帶來(lái)的是損耗和成本越高，所以不建議超過(guò)3級(jí);
7, RC濾波器一般常與運(yùn)算放大器組合使用，構(gòu)成有源濾波器，多作為低頻信號(hào)的濾波。例如，在鎖相環(huán)路中作為環(huán)路濾波器使用
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4. π形RC濾波電路
首先從結(jié)構(gòu)上來(lái)講，這種濾波電路是由兩個(gè)電容器和一個(gè)電阻器組成，它實(shí)際上就是L形濾波電路中電阻器前面再加個(gè)電容器接地就成了π形RC濾波電路。兩個(gè)電容同時(shí)進(jìn)行濾波作用，后面一個(gè)濾波電容可以把前面電容未濾完整的直流電壓進(jìn)一步濾波，這樣兩個(gè)電容同時(shí)進(jìn)行濾波，濾波效果當(dāng)然是更加理想?？梢约哟蟮谝恢粸V波電容的容量來(lái)提高濾波效果，但第一只濾波電容的容量不能太大，因?yàn)閯傞_機(jī)接通電源時(shí)，第一只濾波電容容量太大的話充電時(shí)間會(huì)太長(zhǎng)，這一充電電流是流過(guò)整流二極管的，當(dāng)充電電流太大、持續(xù)時(shí)間太長(zhǎng)時(shí)，會(huì)損壞整流二極管，所以采用這種π形RC濾波電路時(shí)，可以使第一只電容容量略有減少，通過(guò)調(diào)整后面的L形RC濾波電路來(lái)提高濾波效果。
5. 多節(jié)π形RC濾波電路
多節(jié)π形RC濾波電路就是在普通π形RC濾波電路后面再接一個(gè)L形RC濾波電路形成多節(jié)π形RC濾波電路。其濾波原理和上面普通π形RC濾波電路一樣，只是這種濾波電路會(huì)有多個(gè)直流電壓輸出端，越是后面的輸出端的直流電壓濾波效果越好。第一個(gè)濾波輸出端電壓最高，最后一個(gè)濾波輸出端電壓最低，這主要是因?yàn)楦鞴?jié)電阻器都有電壓降。多節(jié)π形RC濾波電路是整機(jī)電路中用得最多一種濾波電路。
6. π形LC濾波電路
這種濾波電路與普通π形RC濾波電路在結(jié)構(gòu)上基本上是一樣的，只是將電阻器更換成電感器而已。因?yàn)殡娮杵鲗?duì)直流電和交流電存在相同的電阻，而電感器對(duì)交流電感抗大，對(duì)直流電感抗小，這樣既可以提高交流濾波效果，還不會(huì)降低直流輸出電壓，因?yàn)殡姼衅鲗?duì)直流電不存在感抗，不會(huì)像電阻器那樣對(duì)直流電也存在電壓降。電感器的通直阻交特性是這種濾波電路的最大優(yōu)點(diǎn)，但是電感器的成本高所以這種濾波電路沒有π形RC濾波電路使用得多。
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