LC(无源滤波)电路类型、特性功能、计算公式

LC电路，又称无源滤波电路，常用于谐波补偿，不需要外加电源。一般由电容、电感和电阻组成。这种滤波电路设计简单，但其通带放大倍数和截止频率随负载而变化，不适用于信号处理要求高的场合。无源滤波电路通常用于电源电路，如直流电源整流或大电流负载。

一、LC电路类型

常用的滤波电路有无源滤波器和有源滤波器。如果电路只由无源元件(电阻、电容、电感)组成，则称为无源滤波电路。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复合滤波(包括倒L型、LC型、LC-π型和RC-π型等)。滤波电路既由无源元件组成，又由有源元件(双极管、单极管、集成运放)组成，称为有源滤波电路，其主要形式为有源RC(电阻电容)电路.

LC电路具有结构简单、可靠性高、应用范围广等优点。其主要特点是电感阻值小，直流损耗小。另外LC电路对交流电的电感大，滤波效果好。

LC电路按功能分为LC低通滤波器、LC带通滤波器、高通滤波器、LC全通滤波器和LC带阻滤波器。按调谐又分为单调谐滤波器、双调谐滤波器和三调谐滤波器等。

LC滤波器设计过程主要考虑其谐振频率、电容耐压、电感耐流。另外需要注意的是无源LC电路不易集成。

二、LC电路特性

LC电路一般由电感、电容和电阻适当组合而成，并与谐波源并联。它不仅起过滤作用，还兼顾了补偿作用。

图 1. LC 电路类型

以下是几种LC电路的特点：

1)L型滤波器的负载阻抗高，源阻抗低。

2)反L滤波器的负载阻抗低，源阻抗高。

3)T型滤波器的负载阻抗低，源阻抗低。

4) π滤波器的负载阻抗高，源阻抗高。

在实际使用中，一般都会遵循这些特点。实际上，阻抗很难估计，尤其是在高频段。由于寄生参数，电路阻抗变化较大，电路阻抗还与电路的工作状态有关，实际调试以调试为准。

三、LC电路工作特点

根据电抗元件对交流和直流的不同阻抗，由电容器C和电感L组成的LC电路的基本形式如图所示。由于电容C对直流开路，对交流阻抗小，所以C并联在负载两端，而电感L对直流阻抗小，对交流阻抗大，所以应接L与负载串联。

在电子电路中，电感线圈作用于交流电的有限电流。由电感公式XL=2πfL可知，电感L越大，频率f越高，感抗也越大。我们已经知道，电容具有“隔直流通交流”的能力，而电感则具有“通直流、隔交流、通低频、阻高频”的功能”。如果伴随有很多干扰信号的直流电通过LC滤波电路，大部分交流干扰信号将被电感阻止吸收并转化为磁感应和热能，其余大部分将被通过电容旁路到地，可以抑制干扰，所以输出端得到比较纯净的直流电流。

PCB上电源的电感一般是用很粗的漆包线绕在涂有各种颜色的圆形磁芯上。此外，附近通常还有几个高大的滤波铝电解电容，这是一个经典的LC滤波电路。此外，PCB还大量采用蛇形线路和贴片钽电容组成LC电路。很少有人注意到，在设计LC电路时，蛇形线在电路板上来回折迭，也可以看作是一个小电感。

简而言之，LC滤波电路的原理实际上是综合了L、C元件的基本特性。因为电容xc=2nfc的容抗会随着信号频率的升高而减小，而电感xl=2f的电感会随着信号频率的升高而增大。如果电容器和电感器串联、并联或混合在一起，它们组合的阻抗也会根据信号的频率发生很大变化。这说明不同的滤波电路会对某一频率信号呈现或大或小的电抗，从而使该频率信号通过或阻断。从而滤波电路起到选择某一频率信号和滤除某一频率信号的作用。

2. LC 谐振电路

四、LC电路功能

1)LC电路可作为滤波电路用在某些电源中。如果干扰信号较多的直流电源通过LC滤波电路，则大部分交流干扰信号会被电感阻隔，变成磁感应和热能。大部分通过电容旁路到地，可以抑制干扰信号的影响，获得比较纯净的直流电流输出。

2)起振荡作用，或有时为单片机产生时钟信号(有的有外部时钟信号)。

3)它也可以用作选频电路，或发射振荡电路(但必须是能发送和接收信号的电路)，也可作为其他电路输入信号的产生。

4)由于整流电路的输出电压不全是纯直流，用示波器观察到的整流电路输出与直流有很大区别，波形中含有很大的脉动成分，称为纹波。为了获得理想的直流电压，需要采用具有储能功能的电抗元件(如电容、电感)组成的LC电路，滤除输出电压的脉动成分。

五、LC电路计算

1)RC储能电容的电压为：

Voltage=U*exp(-t/rc)

U代表电压初值，rc代表电阻电容，t为经过时间，exp(-t/ rc) 表示 e 的 -t/rc 次幂。

时间常数τ=rc

即电容与电阻的乘积，引入时间常数后电压=U*exp(-t/τ)

因此，零输入响应的电压变化是一个指数衰减过程，理论上是无穷大的时间，但一般认为经过3到5个时间常数后衰减结束。

因此，放电时间取决于时间常数τ=rc

2)对于LC振荡电路，与LC电路的乘积有关。

具体来说，对于一般的LRC循环，

R>2*sqr(L/R)

R=2*sqr(L/R)

R>2*sqr(L/R) sqr

(X)代表根号(X)被除

分为三种情况，粗略地说，放电时间取决于电路中R、L、C的取值，U不等于0且I=0，电容通过L、R放电，

求解第二个可以得到两个特征值-阶偏微分方程如：

p1=-(R/2L)+spr[(R/2L)*(R/2L)-1/LC]

p1=-(R/2L)-spr[(R/2L )*(R/2L)-1/LC]

电容电压=[U/(p2-p1)]*[p2exp(p1*t)-p1exp(p2*t)]

电容放电时间的关系并且可以分析LRC。

关于LC电路的常见问题

1、LC电路是什么意思?

LC 电路是使用元件电感器 (L) 和电容器 (C) 的电路。该电路也称为谐振电路、储能电路或调谐电路。

2. LC电路有什么作用?

LC 电路要么用于生成特定频率的信号，要么用于从更复杂的信号中提取特定频率的信号;此功能称为带通滤波器。

3、LC电路用在什么地方?

LC电路用于选择或产生特定频率信号。LC电路的应用体现在许多电子设备中，尤其是无线电设备，如发射机、无线电接收机和电视接收机、放大器、振荡器、滤波器、调谐器和混频器等。

4、LC电路有哪些特性?

LC 电路是一个只有两个元件的闭环：电容器和电感器。它具有类似于钟摆或弹簧质量等机械系统的共振特性：它喜欢在特定频率下振荡，因此响应强烈。

5、LC振荡中的LC是什么?

LC 振荡 - 当带电的电容器连接到电感器时，电路中电容器上的电流和电荷会发生电气 LC 振荡。存储在电容器中的电能是其初始电荷，称为 q_m。

审核编辑：汤梓红