6-3-6 结合电容器和电感器的滤波器

(1) LC滤波器

可以组合电容器和电感器以改善频率特性。图8显示了某些组合电容器和电感器的LC滤波器的基本特性。

如果使用单个电容器或电感器,则频率特性的斜率将为20dB/dec。

其中组合单个电容器和单个电感器的L型滤波器,斜率将为40dB/dec。由总共三个部分形成的π型或T型滤波器将拥有60dB/dec的斜率。

(2) 每个部分增加斜率20dB/dec。

通过向组合中增加另一部分,频率特性的斜率可以增加20dB。每个部分增加斜率20dB。这样有助于提高滤波器拾取信号和噪声的能力 (图1) 。

滤波器中部件的数量被称为滤波器的“阶数”。L型滤波器是二阶滤波器,而π型或T型滤波器是三阶滤波器。阶数较高的滤波器具有更陡的频率特性。

(3) 组合使用时电容器和电感器交替

在组合部件时,交替使用电感器和电容器。如果两个电容器或电感器组合在一起,滤波器的阶数不会增加。这样只会增加电容和电感常数。

请注意,图8所示特性为理想化特性。如果没有根据周围电路的阻抗适当地设置电容器和电感器常数,则频率特性将不会如此陡峭地倾斜。

图8 LC滤波器配置和频率特性

图8 LC滤波器配置和频率特性

(4) 使用LC滤波器的益处

如上所示,阶数较高的滤波器具有更陡的频率特性斜率。这一属性在抑制噪声方面具有以下益处。 (另一方面,这在成本方面是不利的,因为涉及更多的部件。)

  1. 1、当截止频率相同时,可以消除更多噪声。

  2. 2、当降噪能力相同时,可以传递更高频率范围内的信号。

  3. 3、可以获得极大的插损 (如果仅有单个部件,将无法实现) 。

后文将解释这些益处:

在信号频率和噪声频率接近时, 1 和 2 是有益的。如图9所示,这样可以在保持信号频率的同时降低噪声。因此,LC复合滤波器通常用于必须保持脉冲波形的时钟信号。

为了准确地控制截止频率,必须调整电容器和电感器常数以匹配周围电路的阻抗。许多准备用作信号滤波器的LC滤波器经过调整,以匹配大约50Ω的电路。

图9 较陡频率特性的益处

图9 较陡频率特性的益处

上述情况 3 是有益的,因为当使用单个部件时,插损存在限制。

例如,当使用电容器消除噪声时,即使使用具有理论超大静电电容的电容器 (例如,1000μF) ,也可以完全消除噪声 (在超过1MHz的所有频率上为100dB或更高) 。然而,实际上,单个电容器仅能够在某些频率处获得大约60dB的插损,而不管电容器的静电电容有多大 (不计算三端电容器和稍后解释的其他特殊电容器) 。这是因为除了静电电容之外,电容器还具有寄生元件,例如ESR和ESL。

可以通过组合电容器与电感器克服限制。利用LC滤波器可以实现例如80dB (或甚至超过100dB,视条件而定) 的插损。

这就是LC滤波器用于开关电源和其他非常嘈杂的设备的原因。

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