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RC和LC低通滤波器的截止频率与Q值,到底怎么算?

RC低通滤波器

RC低通滤波器,顾名思义,就是用电阻和电容组成的低通滤波器。图1.1展示了它的基本结构,电阻R串联电容C,输入电压记为Ui,输出电压记为Uo。

RC低通滤波器

电容的容抗Xc记为1/(ωRC),其中ω = 2πf。根据串联分压,我们可以列出传递函数H(s)。

1/(1+jωRC)

将分子分母各乘以1-jωRC,分母变为实数,得到幅频特性|H(jω)|。

复数的模值代表了电压增益,当电压增益下降至-3dB(0.707倍)时,即Ac = 0.707*Au,此时的频率f = fc即为截止频率。图1.2展示了电压增益-3dB点。

电压增益-3dB点

截止频率记作fc,通过化简最终可求得截止频率:fc = 1/(2πRC)。

LC低通滤波器

LC低通滤波器与RC类似,只是将电阻换成了电感。图2.1展示了LC低通滤波器的结构。

LC低通滤波器

电感的感抗XL记为ωL,电容的容抗Xc记为1/(ωC)。总阻抗Z是电感和电容阻抗的串联。

Z = √(ωL^2 + 1/(ωC)^2)

截止频率fc是指滤波器开始显著衰减信号的频率。在截止频率处,电感和电容的阻抗相等且互为相反数,从而总阻抗的虚部为0。通过设置ωL = 1/(ωC),我们可以得到截止频率:fc = 1/√(LC)。

品质因数Q值

品质因数Q值是衡量谐振电路性能的一个重要参数,它反映了谐振电路在谐振频率附近的能量存储能力和损耗情况,以及滤波器的频率特性和带宽。

在串联谐振时,Q值可以表示为Q = ωL/R。可以看出,Q值与频率无关,只与R、L、C相关。

在谐振电路中,Q值与通频带宽度(BW)成反比,公式为BW = f0/Q,Q值越大,相对带宽越窄。

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——苏承栈,极星编程网资深编辑

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