LC電路,又稱無源濾波電路,常用于諧波補償,不需要外加電源。一般由電容、電感和電阻組成。這種濾波電路設計簡單,但其通帶放大倍數和截止頻率隨負載而變化,不適用于信號處理要求高的場合。無源濾波電路通常用于電源電路,如直流電源整流或大電流負載。
一、LC電路類型
常用的濾波電路有無源濾波器和有源濾波器。如果電路只由無源元件(電阻、電容、電感)組成,則稱為無源濾波電路。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復合濾波(包括倒L型、LC型、LC-π型和RC-π型等)。濾波電路既由無源元件組成,又由有源元件(雙極管、單極管、集成運放)組成,稱為有源濾波電路,其主要形式為有源RC(電阻電容)電路.
LC電路具有結構簡單、可靠性高、應用范圍廣等優點。其主要特點是電感阻值小,直流損耗小。另外LC電路對交流電的電感大,濾波效果好。
LC電路按功能分為LC低通濾波器、LC帶通濾波器、高通濾波器、LC全通濾波器和LC帶阻濾波器。按調諧又分為單調諧濾波器、雙調諧濾波器和三調諧濾波器等。
LC濾波器設計過程主要考慮其諧振頻率、電容耐壓、電感耐流。另外需要注意的是無源LC電路不易集成。
二、LC電路特性
LC電路一般由電感、電容和電阻適當組合而成,并與諧波源并聯。它不僅起過濾作用,還兼顧了補償作用。
圖 1. LC 電路類型
以下是幾種LC電路的特點:
1)L型濾波器的負載阻抗高,源阻抗低。
2)反L濾波器的負載阻抗低,源阻抗高。
3)T型濾波器的負載阻抗低,源阻抗低。
4) π濾波器的負載阻抗高,源阻抗高。
在實際使用中,一般都會遵循這些特點。實際上,阻抗很難估計,尤其是在高頻段。由于寄生參數,電路阻抗變化較大,電路阻抗還與電路的工作狀態有關,實際調試以調試為準。
三、LC電路工作特點
根據電抗元件對交流和直流的不同阻抗,由電容器C和電感L組成的LC電路的基本形式如圖所示。由于電容C對直流開路,對交流阻抗小,所以C并聯在負載兩端,而電感L對直流阻抗小,對交流阻抗大,所以應接L與負載串聯。
在電子電路中,電感線圈作用于交流電的有限電流。由電感公式XL=2πfL可知,電感L越大,頻率f越高,感抗也越大。我們已經知道,電容具有“隔直流通交流”的能力,而電感則具有“通直流、隔交流、通低頻、阻高頻”的功能”。如果伴隨有很多干擾信號的直流電通過LC濾波電路,大部分交流干擾信號將被電感阻止吸收并轉化為磁感應和熱能,其余大部分將被通過電容旁路到地,可以抑制干擾,所以輸出端得到比較純凈的直流電流。
PCB上電源的電感一般是用很粗的漆包線繞在涂有各種顏色的圓形磁芯上。此外,附近通常還有幾個高大的濾波鋁電解電容,這是一個經典的LC濾波電路。此外,PCB還大量采用蛇形線路和貼片鉭電容組成LC電路。很少有人注意到,在設計LC電路時,蛇形線在電路板上來回折迭,也可以看作是一個小電感。
簡而言之,LC濾波電路的原理實際上是綜合了L、C元件的基本特性。因為電容xc=2nfc的容抗會隨著信號頻率的升高而減小,而電感xl=2f的電感會隨著信號頻率的升高而增大。如果電容器和電感器串聯、并聯或混合在一起,它們組合的阻抗也會根據信號的頻率發生很大變化。這說明不同的濾波電路會對某一頻率信號呈現或大或小的電抗,從而使該頻率信號通過或阻斷。從而濾波電路起到選擇某一頻率信號和濾除某一頻率信號的作用。
2. LC 諧振電路
四、LC電路功能
1)LC電路可作為濾波電路用在某些電源中。如果干擾信號較多的直流電源通過LC濾波電路,則大部分交流干擾信號會被電感阻隔,變成磁感應和熱能。大部分通過電容旁路到地,可以抑制干擾信號的影響,獲得比較純凈的直流電流輸出。
2)起振蕩作用,或有時為單片機產生時鐘信號(有的有外部時鐘信號)。
3)它也可以用作選頻電路,或發射振蕩電路(但必須是能發送和接收信號的電路),也可作為其他電路輸入信號的產生。
4)由于整流電路的輸出電壓不全是純直流,用示波器觀察到的整流電路輸出與直流有很大區別,波形中含有很大的脈動成分,稱為紋波。為了獲得理想的直流電壓,需要采用具有儲能功能的電抗元件(如電容、電感)組成的LC電路,濾除輸出電壓的脈動成分。
五、LC電路計算
1)RC儲能電容的電壓為:
Voltage=U*exp(-t/rc)
U代表電壓初值,rc代表電阻電容,t為經過時間,exp(-t/ rc) 表示 e 的 -t/rc 次冪。
時間常數τ=rc
即電容與電阻的乘積,引入時間常數后電壓=U*exp(-t/τ)
因此,零輸入響應的電壓變化是一個指數衰減過程,理論上是無窮大的時間,但一般認為經過3到5個時間常數后衰減結束。
因此,放電時間取決于時間常數τ=rc
2)對于LC振蕩電路,與LC電路的乘積有關。
具體來說,對于一般的LRC循環,
R>2*sqr(L/R)
R=2*sqr(L/R)
R>2*sqr(L/R) sqr
(X)代表根號(X)被除
分為三種情況,粗略地說,放電時間取決于電路中R、L、C的取值,U不等于0且I=0,電容通過L、R放電,
求解第二個可以得到兩個特征值-階偏微分方程如:
p1=-(R/2L)+spr[(R/2L)*(R/2L)-1/LC]
p1=-(R/2L)-spr[(R/2L )*(R/2L)-1/LC]
電容電壓=[U/(p2-p1)]*[p2exp(p1*t)-p1exp(p2*t)]
電容放電時間的關系并且可以分析LRC。
關于LC電路的常見問題
1、LC電路是什么意思?
LC 電路是使用元件電感器 (L) 和電容器 (C) 的電路。該電路也稱為諧振電路、儲能電路或調諧電路。
2. LC電路有什么作用?
LC 電路要么用于生成特定頻率的信號,要么用于從更復雜的信號中提取特定頻率的信號;此功能稱為帶通濾波器。
3、LC電路用在什么地方?
LC電路用于選擇或產生特定頻率信號。LC電路的應用體現在許多電子設備中,尤其是無線電設備,如發射機、無線電接收機和電視接收機、放大器、振蕩器、濾波器、調諧器和混頻器等。
4、LC電路有哪些特性?
LC 電路是一個只有兩個元件的閉環:電容器和電感器。它具有類似于鐘擺或彈簧質量等機械系統的共振特性:它喜歡在特定頻率下振蕩,因此響應強烈。
5、LC振蕩中的LC是什么?
LC 振蕩 - 當帶電的電容器連接到電感器時,電路中電容器上的電流和電荷會發生電氣 LC 振蕩。存儲在電容器中的電能是其初始電荷,稱為 q_m。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:LC(無源濾波)電路類型、特性功能、計算公式
文章出處:【微信號:電路一點通,微信公眾號:電路一點通】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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