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RC低通滤波电路转折频率的定义和仿真验证

CHANBAEK 来源:一名靠谱的EE 作者:Microjia 2023-04-17 14:53 次阅读

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。

poYBAGQ87DyAJsw1AACYAeK2xRE375.png

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

pYYBAGQ87ESAcRfeAAAKFHveVz8546.png

,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

pYYBAGQ87EyATa3wAAAtGOMBbEg789.png

poYBAGQ87FSAEAJ0AAAnz_7oFoI518.png

仿真结果

poYBAGQ87F2ADlWDAAFEQhYQKpQ218.png

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。

pYYBAGQ87GWABzO8AAEcsvwGYsk461.png

poYBAGQ87G2AS0YOAADrLNuXCAs763.png


在仿真输出结果中定位-3.01dB处的频率为159.24Hz,与计算相符。

pYYBAGQ87HyAWVFuAABZLd4igmM937.png

-3dB的意义是什么?

poYBAGQ87IWANqR7AABjBMk2wSI245.png

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。

pYYBAGQ87JGAWAi5AACuhms652M754.png

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。

poYBAGQ87J2ARh4MAAEr3XoxsTM622.png

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