为什么在滤波电路中使用电阻器

电器工程 电阻器 筛选
2022-01-12 12:09:55

由于电容器和电感器可以自行滤波。为什么需要单独的电阻器?例如,在 RC 电路中,仅使用电容器会有什么不同?

4个回答

由于电容器和电感器可以自行滤波。

考虑以下由一个电容器组成的“滤波器

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

请注意,通过检查,\$V_{out} = V_{in}\$ 无论是否存在电容器;没有进行过滤。

这是因为输出端口输入端口相同。

现在,添加一个电阻:

示意图

模拟这个电路

请注意,我们现在有不同的输入和输出端口,现在我们有一个一阶滤波器。我们可以添加电感器而不是电阻器并创建一个二阶滤波器。

$$V_{out}= V_{in}\frac{1}{1+j\omega C_1 R_1}$$

就其本身而言,电容器或电感器只是一个简单的单端口组件。另一方面,过滤器具有输入和输出,这意味着它们是双端口设备。

要获得一个简单的两端口滤波器,您可以使用电阻器、电容器和电感器的组合来创建各种滤波器类型,例如高通和低通。使用一个以上的每个可以获得带通和陷波滤波器(带阻滤波器)。

使用电阻器和电容器/电感器,您可以获得一阶滤波器。使用电容器和电感器可以获得二阶滤波器。二阶滤波器具有更显着的滤波特性。

如果您有一个电阻器,则不能将其称为衰减器-需要串联两个电阻器来创建衰减器;一个简单的两线组件转换为一个更复杂的三线设备,具有输入、输出和公共连接,即双端口网络。

不,电感器和电容器不会“自行”过滤。

例如,与信号串联的电容器如果另一端的阻抗为无穷大,则不执行滤波。同样,如果该电压的阻抗为零,则跨信号电压的电容器不执行滤波。

显示一个您认为电容器自行进行滤波的电路。仔细观察后,我们会在某个地方发现一些阻抗,它正在对抗制作高通或低通滤波器。

使用带有电容器或电感器的显式电阻器,而不是让它对抗杂散、隐含或内部阻抗,有助于使事情变得可预测。

因为,如果没有电阻,这个电路可以输出的能量将是无限的,根本不依赖于电容器。

这样想:

如果没有电容器,则 \$Vin\$ 和 \$Vout\$ 之间的电阻为零。零电阻意味着无限电流将在 \$Vin\$ 和 \$Vout\$ 之间流动(请记住,\$Vin\$ 是理想的电压源,因此能够执行诸如提供无限能量的电路之类的事情),这意味着\$Vout\$ 将始终等于 \$Vin\$(因为它们之间不能形成电势,电子完全自由流动)。

您的电路以这种无限电流的形式充满无限能量,无论电容器发生什么(无论如何都不会泄漏任何能量,因为电流无法通过电容器),您的输出将永远是您想要的它是(直到无穷大),而 \$Vin\$ 是正数。如果添加电阻器,则会在 \$Vout\$ 和 \$Vin\$ 和 \$Vout\$ 与电容器的“顶端”端之间产生电位。电流不能再以无限量流动,并且会发生以下一系列事件:

电容器开始在“顶端”端充满(请记住,如果没有电阻器,这会立即发生,在 \$Vout\$ 处为您提供“无间隙”电流源)。

当它填满“顶部”端时,存储在该端的电子将开始将电子从地面“拉”到“底部”端。这将能量从“顶部”端“移动”到“底部”端。这要么发生在电容器充满之前,要么直到 \$Vin\$ 电位反转,这就是为什么 R(每次填充电容器的电流量)和 C(电容器可以容纳多少)在分析时都很重要过滤器。

如果电容器在 \$Vin\$ 处的电位反转之前充满(如果频率“慢”于电容器“大”时会发生这种情况),则不再有电流流入电容器,所有剩余电流都流向 \$输出\$。

如果在电容器充满之前电位在 \$Vin\$ 处反转(“频率”快于电容器“大”),那么所有电流都流回 \$Vin\$,因为 \$Vin\$ 现在是在低于地电位。在这种情况下,电容器“底”端的能量会移回地面,因为“顶”端没有更多电荷将其保持在电容器中。这意味着从“顶部”传输到“底部”端的能量现在被传输到地面(并且出于所有实际目的,丢失了)。