電路分析|阻抗思維分析濾波電路-KIA MOS管
信息來(lái)源:本站 日期:2021-03-31
上一篇講到阻抗概念,阻抗思維分析開(kāi)關(guān)電路。今天我們來(lái)分析一下濾波電路。
任何電路在經(jīng)過(guò)“等效處理”之后,都會(huì )被簡(jiǎn)化成“電源+阻容感”的模型,然后開(kāi)始研究這個(gè)等效電路的阻抗特性。研究清楚阻抗特性,用串聯(lián)和并聯(lián)定理結合歐姆定律,我們就知道電路在給什么樣的激勵,會(huì )得到什么樣的輸出。
阻抗是電阻和電抗的統稱(chēng),電阻和電抗最大的差異在于電阻限流(歐姆定律)的同時(shí)會(huì )消耗電能。而電抗只限流,不消耗電能(不做功)。電阻在直流電和交流電下都有限流作用,而電抗只在交流電環(huán)境中有限流作用。
實(shí)際工程應用中,一個(gè)電源輸出中往往包含不同頻率的交流成分,有我們想要的,也有我們不想要的。而電感和電容的阻抗會(huì )隨著(zhù)頻率變化。正是因為這個(gè)特點(diǎn),電感和電容成了濾波電路中當仁不讓的主角。
還是如下電路,假設該電源包含的頻譜分量為0-1GHz。
假如我們要為負載R2濾除掉高頻的交流分量,我們會(huì )發(fā)現串聯(lián)電感或者并聯(lián)電容的方式都可以滿(mǎn)足要求。
如下圖,若在電源和負載上串聯(lián)1顆16uH的電感,100MHz交流分量會(huì )衰減多少?根據電感的阻抗公式:ZL=2πfL=2*3.14*100MHz*16uH,可以求得ZL=10K。
根據串聯(lián)分壓公式,R3兩端電壓/輸入=R3/(R3+ZL)=1K/11K=0.0909。所以電源幅值為5V時(shí),R3兩端幅值僅為5V*0.0909=0.45V。
100MHz時(shí),用示波器分別量測濾波前和濾波后的波形對比如下,可見(jiàn)100MHz波形效果,實(shí)際量測為0.449V,和分析結果一致。
通過(guò)在電源和負載中間串聯(lián)電感,在負載前端并聯(lián)電容,就組成了低通濾波器電路。如下,假如C1=1uF,L1=22uH,求該濾波電路對100MHZ交流分量的衰減程度是多少?
此時(shí),該電路是電容(C1)的阻抗Zc和R3并聯(lián)后,再和電感(L1)阻抗ZL進(jìn)行分壓。可以列出阻抗方程(就是簡(jiǎn)單的串聯(lián)分壓公式)。
衰減幅度=Vout/Vin=(Zc//R3)/(ZL+(Zc//R3)),
其中Zc=1/2πfC,ZL=2πfL。已知R3=1KΩ,可得
Zc=0.0015Ω,Zc//R=0.00149Ω。
ZL=13816Ω,可求得衰減幅度=0.00149/(13816.00149)=0.000000178。
可見(jiàn)100MHz的交流分量幾乎無(wú)法通過(guò)22uH,1uF的低通濾波電路。同時(shí)我們也看到,負載R3也會(huì )影響濾波器濾波效果。所以我們有時(shí)候會(huì )發(fā)現同樣的濾波器電路,在這個(gè)電路上效果好,別的電路上效果差。
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