电容电感滤波电路是高通还是低通

2023-08-31

【RC为什么能有滤波的效果,RC滤波电路是高通还是低通

RC既可以构成低通滤波电路,也可以构成高通滤波电路。并且,在前两集中其实已经认识了RC低通滤波电路和RC高通滤波电路,分别是电容滤波电路(第3集)和电容隔直通交电路(第4集),如图1:

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这里我们从低通/高通的角度重新认识下它们,让ui从频率=0的直流到频率很高的正弦波变化起来,我们观察这两个电路输出:

电容滤波电路(图1左):

  1. 如果ui是个直流电压,电容无波可滤,常识也知道uo就是ui,也就是说频率为0的信号可以通过滤波电路;

  2. 如果ui是个频率较低的正弦信号,虽然电容有“拖字诀”大法,但因为ui变化频率低,uo还是能跟得上ui变化,也就是说低频的信号可以通过;

  3. 如果ui是个频率较高的正弦信号,电容的”拖字诀“效果明显,uo不再跟得上ui的变化,uo波形能够到达的峰值明显小于ui波形的峰值,也就是对高频信号衰减很大;

  4. ui频率越高,uo越跟不上ui变化,uo波形的摆幅越小,即衰减越大。

所以,电容滤波电路体现的是一个低通滤波器性质。

关于RC低通滤波电路插播一个问题:当处于第3种情况,uo不再跟得上ui的变化,uo的波形会变成下图2的绿线还是黄线?———— 答案是黄线!ui是阶跃信号时,才出现绿线这种充放电曲线(可回顾第1集)。当ui是正弦信号时,RC滤波电路跟不上ui的频率,虽然uo波形的摆幅降低,但波形不会变形。这也符合我们对低通滤波器的认知。

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图2

电容隔直通交电路(图1右)

  1. 如果ui是个直流电压,ui电压的变化率为0,所以RL上没有电流通过,根据欧姆定律,即uo=0V,电容完全”隔直“,也就是说频率为0的信号完全不可以通过隔直通交电路;

  2. 如果ui是个频率较低的正弦信号,由于电流与电压的变化率线性正相关,所以RL上的电流很小,根据欧姆定律,所以uo的电压峰峰值也很小,也就是对低频信号衰减较大;

  3. 如果ui是个频率较高的正弦信号,电流因为ui电压变化率的增大而增大,uo的峰峰值也随之增大,直到uo峰峰值与ui峰峰值相等,即ui信号可以通过电容无损传递到uo端。

所以,电容隔直通交电路体现的是一个高通滤波器性质。

关于RC高通滤波电路插播一个问题:大家会不会有一种疑惑,ui频率很高的话,隔直通交电路中的电容都来不及完成充放电过程,反正感觉不太对啊。———— 这里狂敲黑板!!! 狂敲!!!电路能“高通”靠的就是这个“来不及充放电”!!!下面解释:图片.png


如上图3,将电路分为两段来看:黄色段和绿色段,ui是一个频率很高的正弦信号源。当ui电压快速上升时,表示ui源从正极搬运电子到负极更加卖力,正极遗留下更多的单身正电荷。黄色段电路是理想电路,没有电阻,正极更多的单身正电荷吸引电容左极板的电子瞬间到达正极。也就是,电容左极板的单身正电荷是瞬间产生的,正是这些单身正电荷吸引绿色段电路中的电子运动形成RL电流,所以,电容右极板的电压(即uo电压)是瞬间建立的。因为这一切都是瞬间发生的,绿色段电路中的电子都来不及被吸引到电容右极板上去。那如果电子被吸引到电容右极板上去又怎么样?有1个电子到达电容右极板,相当于中和1个电容左极板的单身正电荷,电容左极板单身正电荷的数量不就是uo的电压大小嘛。那么如果“来得及”的话,uo电压就会因为电子“来得及”跑到电容右极板进行放电而降低。从电路总体来说,就是uo电压摆幅降低,uo被电路衰减了。所以!!!!!!ui频率越高,变化地越快,绿色段中的电子越来不及进行放电,uo摆幅越等于ui摆幅,这不就是高通滤波器的特性嘛!




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