帶通和帶阻濾波器分析
發(fā)布時(shí)間:2020-12-07 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】將并聯(lián)和串聯(lián)設(shè)計(jì)混合在一起的一種有趣的電路,是與輸出負(fù)載串聯(lián)的并聯(lián)LC濾波器電路,下面我們將其稱為(L // C)-R電路。下面的圖1給出了這種架構(gòu)的表示:
本文介紹利用并聯(lián)L // C而引起的諧振現(xiàn)象,并利用該現(xiàn)象我們對(duì)電子中的濾波器模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。
帶阻濾波器
將并聯(lián)和串聯(lián)設(shè)計(jì)混合在一起的一種有趣的電路,是與輸出負(fù)載串聯(lián)的并聯(lián)LC濾波器電路,下面我們將其稱為(L // C)-R電路。下面的圖1給出了這種架構(gòu)的表示:
圖1:(L // C)-R電路圖
如果我們將Z L // C稱為并聯(lián)LC結(jié)構(gòu)的阻抗,則可以寫成V in = V out + Z L // C ×I。知道I = V out / R并通過(guò)用V out分解表達(dá)式,我們可以在幾步之后寫出(L // C)-R電路的傳遞函數(shù):
eq 2:(L // C)-R傳遞函數(shù)
我們假設(shè)L = 3 mH,C = 5 nF,R = 10kΩ和20kΩ,我們來(lái)分析該電路的傳遞函數(shù),
圖2:(L // C)-R傳遞函數(shù)的圖
圖2陳述了這樣的一個(gè)事實(shí),即當(dāng)電阻增加時(shí),該帶阻濾波器的帶寬Δω變窄,這是因?yàn)镼 串聯(lián) =(1 / R)√( L / C)=ω 0 /Δω。
實(shí)際上,該定義對(duì)并聯(lián)電路無(wú)效,并聯(lián)結(jié)構(gòu)的公式變?yōu)镼 并聯(lián) = 1 / Q series =R√(C / L),這解釋了先前確定的圖1中的現(xiàn)象。
實(shí)際上,并聯(lián)RLC電路的特征參數(shù)是串聯(lián)RLC電路的倒數(shù)。
帶通濾波器
一個(gè)有趣的概念稱為對(duì)偶性,使我們能夠從另一電路的知識(shí)中直接找到新電路的方式。基于這樣的事實(shí)推論,可以將應(yīng)用于電流或電壓的方程式應(yīng)用于特定結(jié)構(gòu)。
讓我們更清楚一點(diǎn),再考慮一下上面詳細(xì)介紹的帶阻濾波器示例。我們將這種配置稱為(L // C)-R,因?yàn)長(zhǎng)//C電路與電阻R串聯(lián)(-)。我們已經(jīng)看到該電路充當(dāng)該電壓的帶阻濾波器。
該電路的對(duì)偶電路是圖3中所示的(L // R)// R電路:
圖3:圖1的對(duì)偶結(jié)構(gòu)
對(duì)偶性概念告訴我們,該對(duì)偶電路是帶阻濾波器(即帶通濾波器)的對(duì)偶。為了驗(yàn)證該假設(shè),我們可以通過(guò)寫成I in = I out + Y L // C ×V out來(lái)開(kāi)始,這與上一節(jié)中顯示的等式相同,但適用于電流,如對(duì)偶性概念所述。ÿ L// C是L // C的導(dǎo)納和等于1 / Z L// C。
知道V out = R×I out并通過(guò)用I out分解表達(dá)式,得出:
eq 3:(L // C)// R傳遞函數(shù)
我們可以看到,等式3與等式2非常相似,但是虛數(shù)項(xiàng)是相反的,這決定了了帶通濾波器的行為。我們可以再次考慮相同的值L = 3 mH,C = 5 nF和R = 10kΩ和20kΩ,并繪制此傳遞函數(shù),以得出本節(jié)的結(jié)論并確認(rèn)帶通濾波器:
圖4:(L // C)// R傳遞函數(shù)圖
結(jié)論
并聯(lián)RLC電路的行為與串聯(lián)結(jié)構(gòu)完全不同。這是由于L // C電路的能量相互交換的現(xiàn)象,稱為共振。
這種現(xiàn)象是由于互連的電感器和電容器之間發(fā)生了相互放電/電荷。這樣的電路的阻抗理論上趨于無(wú)窮大值在特定的脈動(dòng)ω 0稱為共振脈動(dòng)(對(duì)于f或共振頻率0)。在實(shí)際電路中,此阻抗會(huì)由于內(nèi)部電阻行為而達(dá)到峰值。
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