LC(無源濾波)電路類型、特性功能、計(jì)算公式

LC電路，又稱無源濾波電路，常用于諧波補(bǔ)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(shè)計(jì)簡單，但其通帶放大倍數(shù)和截止頻率隨負(fù)載而變化，不適用于信號(hào)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(fù)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(fù)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(yùn)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(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。其主要特點(diǎn)是電感阻值小，直流損耗小。另外LC電路對(duì)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(diào)諧又分為單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器和三調(diào)諧濾波器等。

LC濾波器設(shè)計(jì)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(dāng)組合而成，并與諧波源并聯(lián)。它不僅起過濾作用，還兼顧了補(bǔ)償作用。

圖 1. LC 電路類型

以下是幾種LC電路的特點(diǎn)：

1)L型濾波器的負(fù)載阻抗高，源阻抗低。

2)反L濾波器的負(fù)載阻抗低，源阻抗高。

3)T型濾波器的負(fù)載阻抗低，源阻抗低。

4) π濾波器的負(fù)載阻抗高，源阻抗高。

在實(shí)際使用中，一般都會(huì)遵循這些特點(diǎn)。實(shí)際上，阻抗很難估計(jì)，尤其是在高頻段。由于寄生參數(shù)，電路阻抗變化較大，電路阻抗還與電路的工作狀態(tài)有關(guān)，實(shí)際調(diào)試以調(diào)試為準(zhǔn)。

三、LC電路工作特點(diǎn)

根據(jù)電抗元件對(duì)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(duì)直流開路，對(duì)交流阻抗小，所以C并聯(lián)在負(fù)載兩端，而電感L對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大，所以應(yīng)接L與負(fù)載串聯(lián)。

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(jīng)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(hào)的直流電通過LC濾波電路，大部分交流干擾信號(hào)將被電感阻止吸收并轉(zhuǎn)化為磁感應(yīng)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(gè)高大的濾波鋁電解電容，這是一個(gè)經(jīng)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(shè)計(jì)LC電路時(shí)，蛇形線在電路板上來回折迭，也可以看作是一個(gè)小電感。

簡而言之，LC濾波電路的原理實(shí)際上是綜合了L、C元件的基本特性。因?yàn)殡娙輝c=2nfc的容抗會(huì)隨著信號(hào)頻率的升高而減小，而電感xl=2f的電感會(huì)隨著信號(hào)頻率的升高而增大。如果電容器和電感器串聯(lián)、并聯(lián)或混合在一起，它們組合的阻抗也會(huì)根據(jù)信號(hào)的頻率發(fā)生很大變化。這說明不同的濾波電路會(huì)對(duì)某一頻率信號(hào)呈現(xiàn)或大或小的電抗，從而使該頻率信號(hào)通過或阻斷。從而濾波電路起到選擇某一頻率信號(hào)和濾除某一頻率信號(hào)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(hào)較多的直流電源通過LC濾波電路，則大部分交流干擾信號(hào)會(huì)被電感阻隔，變成磁感應(yīng)和熱能。大部分通過電容旁路到地，可以抑制干擾信號(hào)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(shí)為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)(有的有外部時(shí)鐘信號(hào))。

3)它也可以用作選頻電路，或發(fā)射振蕩電路(但必須是能發(fā)送和接收信號(hào)的電路)，也可作為其他電路輸入信號(hào)的產(chǎn)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(qū)別，波形中含有很大的脈動(dòng)成分，稱為紋波。為了獲得理想的直流電壓，需要采用具有儲(chǔ)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(dòng)成分。

五、LC電路計(jì)算

1)RC儲(chǔ)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(jīng)過時(shí)間，exp(-t/ rc) 表示 e 的 -t/rc 次冪。

時(shí)間常數(shù)τ=rc

即電容與電阻的乘積，引入時(shí)間常數(shù)后電壓=U*exp(-t/τ)

因此，零輸入響應(yīng)的電壓變化是一個(gè)指數(shù)衰減過程，理論上是無窮大的時(shí)間，但一般認(rèn)為經(jīng)過3到5個(gè)時(shí)間常數(shù)后衰減結(jié)束。

因此，放電時(shí)間取決于時(shí)間常數(shù)τ=rc

2)對(duì)于LC振蕩電路，與LC電路的乘積有關(guān)。

具體來說，對(duì)于一般的LRC循環(huán)，

R>2*sqr(L/R)

R=2*sqr(L/R)

R>2*sqr(L/R) sqr

(X)代表根號(hào)(X)被除

分為三種情況，粗略地說，放電時(shí)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(gè)可以得到兩個(gè)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(shí)間的關(guān)系并且可以分析LRC。

關(guān)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(chǔ)能電路或調(diào)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(hào)，要么用于從更復(fù)雜的信號(hào)中提取特定頻率的信號(hào);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(chǎn)生特定頻率信號(hào)。LC電路的應(yīng)用體現(xiàn)在許多電子設(shè)備中，尤其是無線電設(shè)備，如發(fā)射機(jī)、無線電接收機(jī)和電視接收機(jī)、放大器、振蕩器、濾波器、調(diào)諧器和混頻器等。

4、LC電路有哪些特性?

LC 電路是一個(gè)只有兩個(gè)元件的閉環(huán)：電容器和電感器。它具有類似于鐘擺或彈簧質(zhì)量等機(jī)械系統(tǒng)的共振特性：它喜歡在特定頻率下振蕩，因此響應(yīng)強(qiáng)烈。

5、LC振蕩中的LC是什么?

LC 振蕩 - 當(dāng)帶電的電容器連接到電感器時(shí)，電路中電容器上的電流和電荷會(huì)發(fā)生電氣 LC 振蕩。存儲(chǔ)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