RC低通濾波電路轉(zhuǎn)折頻率的定義和仿真驗(yàn)證

轉(zhuǎn)折頻率的定義

在自動(dòng)控制原理中，兩條漸近線相交點(diǎn)的頻率為轉(zhuǎn)折頻率，又名轉(zhuǎn)角頻率。兩條漸近線一般是指低頻段和高頻段。

一階慣性環(huán)節(jié)的伯德圖

我們知道，在-3dB處即為轉(zhuǎn)折頻率，RC低通濾波電路的轉(zhuǎn)折頻率

，這是怎么來的呢？下面我們先仿真驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論，然后再進(jìn)行推導(dǎo)。

仿真驗(yàn)證

仿真結(jié)果

可以看到仿真結(jié)果與實(shí)際計(jì)算結(jié)果有一些偏差，在-3dB處，頻率為158.76Hz。這是什么原因？仿真電路的元器件精度設(shè)置成了千分之一，理論上不會(huì)相差這么多。下面我們進(jìn)行推導(dǎo)。

在仿真輸出結(jié)果中定位-3.01dB處的頻率為159.24Hz，與計(jì)算相符。

-3dB的意義是什么？

實(shí)際測試

輸出開路情況

綠色為輸入信號，棕色為輸出信號，可以看到輸出信號的幅值為702.24，與0.707接近。

輸出帶負(fù)載應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用電路中，RC濾波后級為信號采樣電路，信號采樣電路的輸入阻抗與電容并聯(lián)，使得輸入信號在RC的濾波的基礎(chǔ)上進(jìn)一步衰減。對于低頻段，電容阻抗很高，可以看成采樣電路與電阻R1分壓，為了不影響有效信號，理論上采樣電路輸入阻抗應(yīng)該遠(yuǎn)大于RC濾波電阻R1。對于高頻段，電容C1的阻抗很低，與采樣電路內(nèi)阻并聯(lián)后，應(yīng)接近電容阻抗，理論上采樣電路輸入阻抗應(yīng)該遠(yuǎn)大于RC濾波電容的容抗。

RC濾波電路最典型的應(yīng)用場景就是信號經(jīng)電阻分壓+電容濾波連接到MCU，分壓電阻要根據(jù)MCU的ADC輸入阻抗進(jìn)行設(shè)計(jì)，這對采樣精度有較大的影響。值得注意的是，MCU的ADC在不同的采樣頻率下，其輸入阻抗不同，采樣頻率越高，其輸入阻抗越低。有時(shí)間會(huì)實(shí)際設(shè)計(jì)一個(gè)板子做一個(gè)詳細(xì)的測試，到時(shí)候?qū)懸黄敿?xì)的測試報(bào)告。