RC低通滤波电路转折频率的定义和仿真验证

转折频率的定义

在自动控制原理中，两条渐近线相交点的频率为转折频率，又名转角频率。两条渐近线一般是指低频段和高频段。

一阶惯性环节的伯德图

我们知道，在-3dB处即为转折频率，RC低通滤波电路的转折频率

，这是怎么来的呢？下面我们先仿真验证这个结论，然后再进行推导。

仿真验证

仿真结果

可以看到仿真结果与实际计算结果有一些偏差，在-3dB处，频率为158.76Hz。这是什么原因？仿真电路的元器件精度设置成了千分之一，理论上不会相差这么多。下面我们进行推导。

 

在仿真输出结果中定位-3.01dB处的频率为159.24Hz，与计算相符。

-3dB的意义是什么？

实际测试

输出开路情况

绿色为输入信号，棕色为输出信号，可以看到输出信号的幅值为702.24，与0.707接近。

输出带负载应用

在实际应用电路中，RC滤波后级为信号采样电路，信号采样电路的输入阻抗与电容并联，使得输入信号在RC的滤波的基础上进一步衰减。对于低频段，电容阻抗很高，可以看成采样电路与电阻R1分压，为了不影响有效信号，理论上采样电路输入阻抗应该远大于RC滤波电阻R1。对于高频段，电容C1的阻抗很低，与采样电路内阻并联后，应接近电容阻抗，理论上采样电路输入阻抗应该远大于RC滤波电容的容抗。

RC滤波电路最典型的应用场景就是信号经电阻分压+电容滤波连接到MCU，分压电阻要根据MCU的ADC输入阻抗进行设计，这对采样精度有较大的影响。值得注意的是，MCU的ADC在不同的采样频率下，其输入阻抗不同，采样频率越高，其输入阻抗越低。有时间会实际设计一个板子做一个详细的测试，到时候写一篇详细的测试报告。