本文讲解了LC串联谐振现象及如何避免谐振引起噪声放大的问题。当增益大于1时,噪声被放大,谐振频率处的增益非常高。使用LC滤波器时,负载阻抗、噪声源内阻、电感和电容值等因素会影响滤波效果。通过增大电容或减小电感可以降低尖峰高度,但需注意谐振频率的变化。
LC串联谐振要杜绝吗?
一个电感+一个电容串联,在某个特定的频率,就会发生谐振,这个就是谐振频率。
那么,噪声是如何被放大的?
当输出与输入的比值,即增益。如果增益>1,那就说明被放大了。
如上图,1uH为电感,1uF电容的增益。
在低频的状态下,增益基本为1,即不放大不衰减。
在谐振频率处,有一个非常高的尖峰。
在这里设定的器件为理想器件,从理论上来讲尖峰为穷大,谐振频率旁的增益是非常高的。
当频率比较高时,随着频率的升高,增益会下降,也就是衰减了信号。
如果将谐振频率处的增益降到0.7左右,那就是很不错的低通滤波器了。
不过,电感和电容都是非耗能器件,如果没有电阻器件的引入,在谐振频率处,增益会等于无穷大。
这里有个问题:为什么有时使用LC滤波器效果反而更差?
由于滤波电路是需要接负载的,信号滤波以后接入了负载,增益会变得不一样,如下图:加入了负载。
加入负载后不同RL的增益曲线:
当负载电阻越小,谐振处的增益就越小,噪声放大(谐振引起)的可能性就越小。
在实际电路中的负载有低阻和高阻之分。相对来讲低阻负载不太容易发生加入滤波器效果更差的情况。
由于负载的不同,会出现:同样的LC滤波器在加入不同的电路出现了不同的效果,可能效果更好,也可能效果更差。
因此,负载阻抗越低,越不容易产生尖峰。
除了负载阻抗的影响,噪声源内阻在谐振电路中也有很大关系。
实际应用中,噪声型号是有一定内阻的。
(根据内阻不同加入内阻参量)
如图,为排除负载电阻的影响,将其设为高阻态:统一RL=1MΩ,以不同Rs来分析。
得出:内阻越大,越不容易产生尖峰,内阻越小则相反。
此外,电感和电容值也存在影响,如下图:
得出:电容增大,尖峰变小。
也就是说,当遇到谐振引起噪声变大时,增大电容可以适当降低噪声。
不过注意,当尖峰变小,仅仅只是最高点变小了,但却引起了谐振的频率的降低,新的谐振点要比原来的增益更高。
也就是说如果噪声正好在这个频率段,那改变后的效果可能就变得更差。
那如果我们加入更大的电容呢?
比如将电容加到100uF,如果谐振点都没有放大作用,那么基本整个频段都没有放大作用了。
具体加入多大的电容能够避免尖峰的出现,其实跟信号源内阻Rs,负载阻抗RL、电感L有一定关系。
当内阻RS从0.1增加到1,电容不用增大到100uF,保持原来的1uf也不会出现尖峰了。
得出:减小电感,可以降低尖峰的高度。
因此,大部分的电路想要降低尖峰,都可以通过增大电容或者减小电感。如果是使用LC滤波器发生了噪声变大,可以增大电容或者减少电感。
串联谐振电路的特点:
1.阻抗呈电阻性,阻抗最小,电流最大
2.电感和电容两端的电压达到最大
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