濾波器在功率和音訊電子中常用於濾除不必要的頻率。而電路設計中,基於不同應用有著許多不同種類的濾波器,但它們的基本理念都是一致的,那就是移除不必要的訊號。所有濾波器都可以被分為兩類,有源濾波器和無源濾波器。有源濾波器用到1個或多個有源器件和其它無源器件組成,而無源濾波器則只有無源器件組成。
本文中,我們向大家介紹其中的π濾波器,它在
電源電路設計中非常適用。π型濾波器
π濾波器是無源濾波器,是由3個器件組成,而非傳統的兩器件組成的無源濾波器。它的結構有點像希臘字母π,所以因此得名π濾波器。π型濾波器用於低通濾波
π濾波器是一種出色的低通濾波器,與傳統的lc濾波器有很大不同。當π濾波器用於低通濾波時,輸出穩定且k值固定。
使用π濾波器實現的低通濾波器很簡單。π濾波器電路由兩個電容併聯,再與乙個電感串聯組成如下的π形狀的電路。
如上圖所示,兩個電容接地的同時中間與乙個電感串聯。因為這是乙個低通濾波器,它在高頻下產生高阻抗,在低頻下產生低阻抗。因此,常用於傳輸線路中隔絕不必要的高頻訊號。
π濾波器中每個元件的值的計算可以由以下公式得出,方便你設計應用
截止頻率fc=/1/ᴫ(lc)1/2
電容值 c=1/z0 ᴫfc
電感值 l1=z0/ ᴫfc
其中z0為阻抗π型濾波器用於高通濾波
π濾波器同樣可以被配置成高通濾波器。這種配置下,濾波器會隔絕低頻訊號,通過高頻訊號。而且同樣由兩種無源器件組成,兩個電感和乙個電容。
在高通濾波下,π濾波器電路的組合方式有些不同,具體如下圖。
在該配置下,其引數計算參照以下公式。
截止頻率 fc= 1/4ᴫ(lc)1/2
電容值 c=1/4z0ᴫfc
阻抗值 l1=z0/4ᴫfcπ型濾波器的優點高輸出電壓
π濾波器的輸出電壓很高,所以適用於需要高壓直流濾波的應用。低紋波係數
若以低通濾波配置來進行直流濾波的話,π濾波器是一種效率很高的濾波器,可以從橋式整流器輸出端濾除不必要的交流紋波。電容在交流下阻抗低,但在直流下阻抗高。在rf應用中設計方便
在控制中的rf環境中,需要更高頻率的傳輸,比如ghz級別的寬頻,高頻π濾波器在pcb中更容易設計。高頻π濾波器還會提供比其它半導體濾波器更強大的脈衝免疫。π型濾波器的缺點電感上的電壓值公升高
與射頻設計不同,從π濾波器輸出的大電流是不恰當的,因為這股電流必須流經電感。如果負載電流很大的話,那麼電感上的電壓也會隨之變大,這樣就需求更加笨重和昂貴的電感。同樣,電感上的大電流會致使能量耗散,從而降低效率。需要較大輸入電容
π濾波器的另乙個問題就是輸入電容的值很大。π濾波器輸入端需要高容值,這樣一來在一些空間受限的應用中成了挑戰。同時大電容同樣提高了設計的成本。糟糕的電壓調節
π濾波器不適用於負載電流不穩定且一直在變化的應用。當負載電流變化大的時候,π濾波器的電壓調節很糟糕。這樣的應用中更適合l型濾波器。π型濾波器設計的經驗在電子電力設計中
π濾波器的layout需要較寬的走線
將π濾波器與供電元件隔離開來尤為重要
輸入電容,電感和輸出電容的間距要小
輸出電容的地線層需要直接與驅動電路相連在射頻電路中
rf應用中元器件的選擇非常關鍵。尤其是要注意元器件的精度。
pcb走線的增加會在電路中產生電感。所以電感取值時要考慮到pcb走線的電感。應該用合理的方式來減少雜散電感。
盡可能減少雜散電容。
元件布局要盡可能緊密。
射頻應用中的輸入與輸出適合使用同軸電纜。
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