电子设计教程36:LC并联谐振滤波器
LC的谐振频率可以表示为:
假设有外部信号施加在LC并联电路上,会发生哪些现象呢?在信号频率比较低的时候,电容的容抗很大,信号难以通过,可以把电容这一支路理解为断路,电路主要表现出感性阻抗;在信号频率比较高的时候,电路表现出容性阻抗。不论是容性还是感性,都会存在相位的移动,就像周期信号通过电容或电感都会有相位移动一样。当信号频率正好为谐振频率时,电路表现出阻性阻抗,且无相位移动。在理想状态下,阻抗无穷大。
关于LC电路在谐振频率下的阻抗,是可以通过严格的数学表达式求解的,但写出来比较麻烦,本文按以下方法简化分析:
假设有个频率为fo的交流电源,施加在LC并联网络上。由于LC并联网络没有损耗,所以也无需电源提供任何能量,即不会有任何电流留入LC并联网络。从电源的角度来看,就好像接了一个阻抗无穷大的“电阻”。实际应用时,电路当然会存在损耗,当考虑LC电路的损耗时,为了维持自激振荡,每一次振荡消耗多少能量,那么外部电源就会补充多少能量,从电源的角度来看,仍然可以认为电源在为某个电阻提供能量。所以,LC并联网络在谐振频率下,可以理解为电阻,表现出阻性。
利用这个原理可以制作LC谐振滤波器。如果信号频率等于谐振频率,那么LC电路相当于阻值很大的电阻,所以大部分电压会分配在LC并联网络上。LC并联谐振滤波器如下图。
下图是LC并联谐振滤波器的增益与相位仿真,使用的软件是Tina TI.理论上来讲,电感为2.2uH,电容为1nF,那么谐振频率为3.39MHz。可以看出在谐振频率附近,幅度衰减最小,相位移动最小。
LC也可以组成串联的谐振滤波器,不过由于滤波效果差,不怎么实用。
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