谐振过滤器gydF4y2Ba

到目前为止，我们所专注的过滤器设计已经使用gydF4y2Ba任何一个gydF4y2Ba电容器gydF4y2Ba或gydF4y2Ba电感器gydF4y2Ba，但两者不能同时进行。我们现在应该知道，L和C的组合往往会产生共鸣，这一特性可以在设计中加以利用gydF4y2Ba带通gydF4y2Ba和gydF4y2Ba带阻gydF4y2Ba过滤电路。gydF4y2Ba

系列LC.gydF4y2Ba电路在共振时提供最小阻抗gydF4y2Ba平行LC（“坦克”）gydF4y2Ba电路以其谐振频率提供最大阻抗。了解这一点，我们有两个基本策略用于设计带通或带停止滤波器。gydF4y2Ba

对于带通滤波器，两种基本的谐振策略是:串联LC通过一个信号，或并联LC短信号。这里将对两种方案进行对比和模拟:gydF4y2Ba

系列谐振带通滤波器gydF4y2Ba

系列谐振LC带通滤波器。gydF4y2Ba

系列LC组件在谐振处传递信号，并阻止任何其他频率的信号从进入负载。gydF4y2Ba

串联谐振带通滤波器V1 1 0 AC 1 SIN L1 1 2 1 C1 2 3 1U Rload 3 0 1K .C LIN 20 50 250 250 .plot AC V（3）。gydF4y2Ba

串联谐振带通滤波器:谐振频率为159.15 Hz时电压峰值。gydF4y2Ba

几点要注意：看看如何在“通带”内几乎没有信号衰减（负载电压峰值附近的频率范围），与电容器或电感器单独制成的带通滤波器不同。gydF4y2Ba

此外，由于该滤波器上的串联LC谐振原理工作，因此谐振频率不受电路电阻的影响，因此负载电阻的值不会歪斜峰值频率。但是，负载电阻的不同值gydF4y2Ba将gydF4y2Ba改变钻孔图的“陡峭”（过滤器的“选择性”）。gydF4y2Ba

谐振带通滤波器的另一种基本形式是采用槽式电路(并行LC组合)，使频率过高或过低的信号在到达负载时短路:gydF4y2Ba

并联谐振带通滤波器gydF4y2Ba

并联谐振带通滤波器。gydF4y2Ba

的gydF4y2Ba坦克电路gydF4y2Ba在共振时会有很多阻抗，允许信号以最小的衰减到达负载。然而，在谐振频率下或过谐振频率时，槽电路将具有低阻抗，使信号短路，并使大部分信号在串联电阻R上下降gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

并联谐振带通滤波器v1 10 ac 1 sin r1 1 2 500 l1 20 100m c1 20 10u rload 20 1k .ac Lin 20 50 250 .plot ac v(2) .endgydF4y2Ba

并联谐振滤波器：电压达到159.15Hz的谐振频率。gydF4y2Ba

就像低通和高通滤波器设计依赖于串联电阻和平行“短路”组件以衰减不需要的频率，该谐振电路永远不会为负载提供全输入（源）电压。gydF4y2Ba

那gydF4y2Ba系列抵抗gydF4y2Ba只要有一个负载电阻连接到滤波器的输出端，总是会降低一些电压。值得注意的是，这种形式的带通滤波器电路在模拟无线电调谐电路中非常流行，用于从天线的众多频率中选择特定的无线电频率。gydF4y2Ba

在大多数模拟无线电调谐器电路中，站选择的旋转拨盘在罐电路中移动可变电容器。gydF4y2Ba

可变电容调谐无线电接收器罐电路，以选择其中一个广播电台。gydF4y2Ba

图中所示的可变电容器和空心电感器gydF4y2Ba在简单的无线电的上方的照片上包括罐电路滤波器中的主要元素，用于区分一个无线电台的信号。gydF4y2Ba

正如我们可以使用系列和并行LCgydF4y2Ba谐振电路gydF4y2Ba要在一定范围内传递那些频率，我们还可以使用它们来阻止在一定范围内的频率，创建带停止滤波器。同样，我们在这样做的情况下有两种主要策略，使用它们的系列或并联谐振。首先，我们将看看系列品种：gydF4y2Ba

系列谐振带停止过滤器gydF4y2Ba

串联谐振带阻滤波器。gydF4y2Ba

当串联LC组合达到共振时，其极低的阻抗使信号短路，使其通过电阻RgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba并防止其通道对负荷。gydF4y2Ba

串联谐振带式滤波器V1 1 0 AC 1 SIN R1 1 2 500 L1 2 3 100M C1 3 0 10U Rload2 0 1K .C LIN 20 70 230 .plot AC V（2）。gydF4y2Ba

系列谐振带停止过滤器：缺口频率= LC谐振频率（159.15 Hz）。gydF4y2Ba

接下来，我们将检查并行谐振带停止滤波器：gydF4y2Ba

并联谐振带停止滤波器gydF4y2Ba

并联谐振带停止滤波器。gydF4y2Ba

并联LC组件以谐振频率呈现高阻抗，从而阻止信号从该频率的负载。相反，它将信号传递给任何其他频率的负载。gydF4y2Ba

并联谐振带硬顶滤波器V1 1 0 AC 1 SIN L1 1 2 100M C1 1 2 10U Rload 2 0 1K .C LIN 20 100 200 .plot AC V（2）。gydF4y2Ba

并联谐振带阻滤波器:陷波频率= LC谐振频率(159.15 Hz)。gydF4y2Ba

再一次，注意串联电阻的缺失如何使所有期望(通过)信号的衰减最小。另一方面，陷波频率处的振幅很低。换句话说，这是一个非常“选择性”的过滤器。gydF4y2Ba

在所有这些谐振滤波器设计中，选择性取决于所使用的电感和电容的“纯度”。如果存在任何杂散阻力（特别是电感器中的可能），这将减少过滤器对识别频率的精细识别频率的能力，以及引入将歪斜峰值/缺口频率的反谐振效应。gydF4y2Ba

对设计低通和高通滤波器的小说是谨慎的。在评估标准RC和LR低通和高通滤波器设计后，可能会发生更好，更有效地设计的低通或高通滤波器，可以通过将电容和电感元件组合在一起（如）这个数字gydF4y2Ba以下。gydF4y2Ba

电容感应低通滤波器gydF4y2Ba

电容电感低通滤波器。gydF4y2Ba

电感应该屏蔽任何高频，而电容器也应该短路任何高频，两者一起工作，只允许低频信号到达负载。gydF4y2Ba

起初，这似乎是一个好策略，并消除了一系列阻力的需要。然而，更有洞察力的学生将认识到，任何组合电容和电感一起在一个电路很可能导致谐振效应发生在一定的频率。gydF4y2Ba

正如我们之前看到的，共振可以导致奇怪的事情发生。让我们画一个gydF4y2Ba香料gydF4y2Ba分析并观察在一个较宽的频率范围内会发生什么:gydF4y2Ba

Lc低通滤波器v1 10 ac 1 sin l1 1 2 100m c1 20 1u l2 2 3 100m rload 3 0 1k .ac Lin 20 100 1k .plot ac v(3) .endgydF4y2Ba

lc低通滤波器的意外响应。gydF4y2Ba

应该是低通滤波器的是一个低通滤镜，是一个带通滤波器，达到526 Hz的峰值！该滤波器电路中的电容和电感在该点处具有谐振，围绕C的大电压降gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba，无论l如何在负载处看到gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba减弱的影响。gydF4y2Ba

此时的负载的输出电压实际上超过输入（源）电压！更多的反射显示，如果lgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba和cgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba是在共振，他们将施加一个非常沉重(非常低阻抗)负载交流电源，这可能不是好的。gydF4y2Ba

我们将再次运行相同的分析，只有这次绘制CgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba下图中的电压，VM（2），以及源电流，I（V1）以及负载电压，VM（3）：gydF4y2Ba

电流在lc低通滤波器不必要的谐振处增加。gydF4y2Ba

果然，我们看到C的电压gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba并且在负载电压最大的相同频率下，源电流向高点尖刺到高点。如果我们期待此过滤器提供简单的低通功能，我们可能会失望的结果。gydF4y2Ba

问题是L-C滤波器具有输入阻抗和必须匹配的输出阻抗。电压源阻抗必须匹配过滤器的输入阻抗，并且滤波器输出阻抗必须匹配“rgydF4y2Ba_{加载gydF4y2Ba}“对于一个平坦的回应。gydF4y2Ba

输入和输出阻抗由（L / C）的平方根给出。gydF4y2Ba

z =（l / c）gydF4y2Ba^1/2gydF4y2Ba

从，我们可以找到滤波器的阻抗，和所需的，RgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba和R.gydF4y2Ba_{加载gydF4y2Ba}匹配它。gydF4y2Ba

对于L = 100 MH，C =1μFZ =（L / C）gydF4y2Ba^1/2gydF4y2Ba=（（100 mH）/（1μF））gydF4y2Ba^1/2gydF4y2Ba=316Ω.gydF4y2Ba

在下面的图中，我们添加了rgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba= 316 Ω给发电机，并改变负荷RgydF4y2Ba_{加载gydF4y2Ba}从1000Ω到316Ω。请注意，如果我们需要驱动1000Ω负载，则可以调整L / C比率以匹配该电阻。gydF4y2Ba

阻抗匹配过滤器gydF4y2Ba

源电路和负载匹配的L-C低通滤波器。gydF4y2Ba

LC匹配低通滤波器V1 1 0 AC 1 SIN RG 1 4 316 L1 4 2 100M C1 2 0 1.0U L2 2 3 100M Rload 3 0 316 .ac Lin 20 100 1K .plot AC V（3）。gydF4y2Ba

下图显示了当源和负载阻抗匹配滤波器输入和输出阻抗时L-C低通滤波器的“平坦”响应。gydF4y2Ba

阻抗匹配的L-C低通滤波器的响应几乎平于截止频率。gydF4y2Ba

在比较非匹配滤波器和匹配滤波器的响应时要注意的一点是，滤波器上的可变负载会产生相当大的电压变化。该特性直接适用于lc滤波电源gydF4y2Ba监管gydF4y2Ba很差。的gydF4y2Ba电源供应gydF4y2Ba电压随负载的变化而变化。这是不可取的。gydF4y2Ba

这种差的负载调节可以通过a减轻gydF4y2Ba摆动窒息gydF4y2Ba。这是一个gydF4y2Ba窒息gydF4y2Ba,gydF4y2Ba电感器gydF4y2Ba，设计为gydF4y2Ba饱和gydF4y2Ba当大型直流电流通过它时。gydF4y2Ba

通过饱和，我们的意思是DC电流在磁芯中产生“过于”的高水平通量，使得电流的AC分量不能改变通量。由于感应与Dφ/ DT成比例，因此通过重型DC电流降低电感。gydF4y2Ba

电感的减小减小了电抗XgydF4y2Ba_lgydF4y2Ba。降低电抗，减少电感器上的电压降;因此，增加滤波器输出处的电压。这改善了相对于可变负载的电压调节。gydF4y2Ba

尽管存在意外的共振，但电容器和电感器组成的低通滤波器经常用作AC / DC电源的最终阶段，以将不需要的AC“纹波”电压从AC转换的DC过滤出来。gydF4y2Ba

为什么这是，如果这个特定的过滤器设计具有潜在的麻烦的共鸣点？gydF4y2Ba

答案在于滤波器元件尺寸的选择和从AC/DC转换器(整流器)遇到的频率。我们在AC/DC电源滤波器中要做的是将直流电压与少量相对高频的交流电压分开。gydF4y2Ba

滤波器的电感和电容一般都相当大(典型的是电感数个亨利，电容数千个µF)，使得滤波器的谐振频率非常、非常低。当然，直流的“频率”为零，所以它不可能使LC电路产生共振。gydF4y2Ba

另一方面，纹波电压是一种非正弦交流电压，其基频至少是转换交流电压频率的两倍，此外还有多次谐波。gydF4y2Ba

对于在60 Hz AC电源上运行的插件 - 墙壁电源（欧洲50 Hz），滤波器的最低频率将在欧洲（欧洲）是120 Hz（欧洲100 Hz）它的共鸣点。因此，完全避免了这种过滤器中的潜在麻烦的谐振点。gydF4y2Ba

以下SPICE分析计算了这种滤波器的电压输出(AC和DC)，串联直流和交流(120hz)电压源提供了粗略的近似gydF4y2Ba混合频率gydF4y2BaAC/DC变换器的输出。gydF4y2Ba

AC/DC电源滤波器提供“无纹波”直流电源。gydF4y2Ba

AC / DC电源过滤器提供“纹波自由”直流电源AC / DC电源滤波器V1 1 0 AC 1 SIN V2 2 1 DC L1 2 3 3 C1 3 0 9500U L2 3 4 2 Rload 4 0 1K .DC V2 12 121 .ac LIN 1 120 120 120.print DC V（4）.print AC V（4）.print V2 V（4）1.200E + 01 1.200E + 01 + 01直流电压在负载= 12伏弗雷克V（4）1.200E+02 3.412E-05负载= 34.12微伏的AC电压gydF4y2Ba

负载上的直流电压为12伏，负载上施加的1伏交流电源只剩下34.12伏交流电，这种电路设计证明自己是非常有效的gydF4y2Ba电源供应gydF4y2Ba筛选。gydF4y2Ba

这里学到的关于谐振效果的课程也适用于使用电容器和电感器的高通滤波器的设计。只要所需和不期望的频率很好到谐振点的任一侧，滤波器就会正常工作。gydF4y2Ba

但是如果任何一个显著的接近谐振频率的信号被应用到滤波器的输入中，奇怪的事情就会发生!gydF4y2Ba

审查：gydF4y2Ba

• 电容和电感的谐振组合可以用来创建非常有效的带通和带阻滤波器，而不需要在电路中增加电阻，从而减少所需频率的通过。gydF4y2Ba

相关工作表:gydF4y2Ba

• 共鸣工作表gydF4y2Ba
• 无源滤波器电路工作表gydF4y2Ba