電路分析|阻抗思維分析濾波電路-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-03-31
上一篇講到阻抗概念，阻抗思維分析開關電路。今天我們來分析一下濾波電路。
任何電路在經過“等效處理”之后，都會被簡化成“電源+阻容感”的模型，然后開始研究這個等效電路的阻抗特性。研究清楚阻抗特性，用串聯和并聯定理結合歐姆定律，我們就知道電路在給什么樣的激勵，會得到什么樣的輸出。
阻抗是電阻和電抗的統稱，電阻和電抗最大的差異在于電阻限流（歐姆定律）的同時會消耗電能。而電抗只限流，不消耗電能（不做功）。電阻在直流電和交流電下都有限流作用，而電抗只在交流電環境中有限流作用。
實際工程應用中，一個電源輸出中往往包含不同頻率的交流成分，有我們想要的，也有我們不想要的。而電感和電容的阻抗會隨著頻率變化。正是因為這個特點，電感和電容成了濾波電路中當仁不讓的主角。
還是如下電路，假設該電源包含的頻譜分量為0-1GHz。
假如我們要為負載R2濾除掉高頻的交流分量，我們會發現串聯電感或者并聯電容的方式都可以滿足要求。
如下圖，若在電源和負載上串聯1顆16uH的電感，100MHz交流分量會衰減多少？根據電感的阻抗公式：ZL=2πfL=2*3.14*100MHz*16uH，可以求得ZL=10K。
根據串聯分壓公式，R3兩端電壓/輸入=R3/（R3+ZL）=1K/11K=0.0909。所以電源幅值為5V時，R3兩端幅值僅為5V*0.0909=0.45V。
100MHz時，用示波器分別量測濾波前和濾波后的波形對比如下，可見100MHz波形效果，實際量測為0.449V，和分析結果一致。
通過在電源和負載中間串聯電感，在負載前端并聯電容，就組成了低通濾波器電路。如下，假如C1=1uF，L1=22uH，求該濾波電路對100MHZ交流分量的衰減程度是多少？
此時，該電路是電容(C1)的阻抗Zc和R3并聯后，再和電感（L1）阻抗ZL進行分壓。可以列出阻抗方程（就是簡單的串聯分壓公式）。
衰減幅度=Vout/Vin=（Zc//R3）/(ZL+（Zc//R3）),
其中Zc=1/2πfC，ZL=2πfL。已知R3=1KΩ，可得
Zc=0.0015Ω，Zc//R=0.00149Ω。
ZL=13816Ω，可求得衰減幅度=0.00149/（13816.00149）=0.000000178。
可見100MHz的交流分量幾乎無法通過22uH，1uF的低通濾波電路。同時我們也看到，負載R3也會影響濾波器濾波效果。所以我們有時候會發現同樣的濾波器電路，在這個電路上效果好，別的電路上效果差。
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