LC 電路基礎(chǔ)和應(yīng)用概述

LC電路又稱無源濾波電路，常用作諧波補償，不需要額外的電源。它一般由電容器、電感器和電阻器組成。這種濾波電路設(shè)計簡單，但其通帶放大倍數(shù)和截止頻率隨負(fù)載而變化，不適用于信號處理要求較高的場合。無源濾波電路通常用于電源電路，如直流電源整流或大電流負(fù)載。

目錄

常用的濾波電路有無源濾波器和有源濾波器。如果電路僅由無源元件（電阻、電容、電感）組成，則稱為無源濾波電路。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復(fù)合濾波（包括倒L型、LC型、LC-π型和RC-π型等）。濾波電路不僅由無源元件組成，還由有源元件（雙極管、單極管、集成運算放大器）組成，稱為有源濾波電路，其主要形式是有源RC(resistor-capacitor)電路.
LC電路具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點。其主要特點是電感電阻小，直流損耗小。而且LC電路對交流電的電感量大，濾波效果好。
LC電路按功能分為LC低通濾波器、LC帶通濾波器、高通濾波器、LC全通濾波器、LC帶阻濾波器。按調(diào)諧又分為單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器和三調(diào)諧濾波器等。
LC濾波器設(shè)計過程主要考慮其諧振頻率、電容耐壓、電感耐電流。另外需要注意的是無源LC電路不易集成。

LC電路一般由電感、電容、電阻適當(dāng)組合而成，并與諧波源并聯(lián)。它不僅用于過濾，還兼顧了補償?shù)淖饔谩?/p>

圖 1. LC 電路類型

以下是幾種LC電路的特點：
1）L型濾波器的負(fù)載阻抗高，源阻抗低。
2）反L型濾波器負(fù)載阻抗低，源阻抗高。
3）T型濾波器負(fù)載阻抗低，源阻抗低。
4) Π濾波器的負(fù)載阻抗高，源阻抗高。
在實際使用中，一般都會遵循這些特點。實際上，阻抗很難估計，尤其是在高頻段。由于寄生參數(shù)的存在，電路阻抗變化很大，電路阻抗也與電路的工作狀態(tài)有關(guān)，實際中以調(diào)試為準(zhǔn)。

根據(jù)無功元件對交流和直流的阻抗不同，由電容C和電感L組成的LC電路的基本形式如圖所示。由于電容C對直流開路，對交流阻抗小，負(fù)載兩端并聯(lián)C，而電感L對直流阻抗小，對交流阻抗大，故應(yīng)接L與負(fù)載串聯(lián)。

在電子電路中，電感線圈作用于交流電的有限電流。由電感公式XL=2πfL可知，電感L越大，頻率f越高，感抗越大。我們已經(jīng)知道，電容器具有“阻直流通交流”的能力，而電感器具有“通直流、阻交流、通低頻、阻高頻”的功能。”。如果伴隨著許多干擾信號的直流電通過LC濾波電路，大部分交流干擾信號會被電感阻止被吸收而轉(zhuǎn)化為磁感應(yīng)和熱能，其余大部分將通過電容旁路到地，可以抑制干擾，所以在輸出端得到一個比較純凈的直流電流。

PCB上電源的電感一般是用很粗的漆包線繞在涂有各種顏色的圓形磁芯上。此外，附近通常還有幾個高大的濾波鋁電解電容，是經(jīng)典的LC濾波電路。此外，PCB還使用了大量的蛇形線和貼片鉭電容組成LC電路。很少有人注意到，在設(shè)計LC電路時，蛇線在電路板上來回折疊，也可以看作是一個小電感。

總之，LC濾波電路的原理其實就是L、C元件基本特性的結(jié)合。因為電容xc=2nfc的容抗會隨著信號頻率的增加而減小，而電感xl=2f的電感會隨著信號頻率的增加而增加。如果電容和電感串聯(lián)、并聯(lián)或混合在一起，它們組合的阻抗也會隨著信號頻率的不同而有很大差異。這說明不同的濾波電路會對某一頻率信號呈現(xiàn)出或大或小的電抗，從而使該頻率信號通過或阻斷。從而濾波電路起到選擇某一頻率信號和濾除某一頻率信號的作用。

圖 2. LC 諧振電路

1) LC電路可以作為一些電源中使用的濾波電路。如果干擾信號較多的直流電源通過LC濾波電路，大部分交流干擾信號會被電感阻隔，變成磁感應(yīng)和熱能。大部分通過電容旁路到地，可以抑制干擾信號的影響，獲得比較純凈的直流電流輸出。
2）有振蕩作用，或有時為單片機產(chǎn)生時鐘信號（有的有外部時鐘信號）。
3）也可用作選頻電路，或****振蕩電路（但必須是能收發(fā)信號的電路），也可用于產(chǎn)生其他電路的輸入信號。
4）由于整流電路的輸出電壓不全是純直流，用示波器觀察整流電路的輸出與直流相差很大，波形中含有較大的脈動成分，稱為紋波。為了獲得理想的直流電壓，需要使用由具有儲能功能的無功元件（如電容器和電感器）組成的LC電路來濾除輸出電壓的脈動成分。

1）RC槽路電容的
電壓為：Voltage=U*exp(-t/rc)
U代表電壓的初始值，rc代表電阻和電容，t是經(jīng)過的時間，exp(-t/ rc) 表示 e 的 -t/rc 冪。
時間常數(shù)τ=rc
即電容和電阻的乘積，引入時間常數(shù)后電壓= U*exp(-t/τ)
因此，零輸入響應(yīng)的電壓變化是一個指數(shù)衰減過程，理論上是無限時間，但一般認(rèn)為衰減在 3 到 5 個時間常數(shù)后結(jié)束。
因此，放電時間取決于時間常數(shù)τ=rc

2）對于LC振蕩電路，與LC電路的乘積有關(guān)。
具體來說，對于一般的LRC回路，
R>2*sqr(L/R)
R=2*sqr(L/R)
R>2*sqr(L/R)
sqr(X) 代表根符號 (X)
除法分為三種情況，粗略地說，放電時間取決于電路中R、L、C的值，U不等于0且I=0，電容通過L、R放電
解秒可得兩個特征值-階偏微分方程如：
p1=-(R/2L)+spr[(R/2L)*(R/2L)-1/LC]
p1=-(R/2L)-spr[(R/2L) )*(R/2L)-1/LC]
電容電壓=[U/(p2-p1)]*[p2exp(p1*t)-p1exp(p2*t)]
基于此，電容放電時間的關(guān)系并且可以分析LRC。

LC電路常見問題

1、LC電路是什么意思？
LC 電路是使用元件電感器 (L) 和電容器 (C) 的電路。該電路也稱為諧振電路、槽路電路或調(diào)諧電路。

2. LC 電路有什么作用？
LC 電路用于生成特定頻率的信號，或從更復(fù)雜的信號中提取特定頻率的信號；此功能稱為帶通濾波器。

3、LC電路用在什么地方？
LC 電路用于選擇或產(chǎn)生特定頻率信號。LC電路的應(yīng)用體現(xiàn)在許多電子設(shè)備中，尤其是無線電設(shè)備，如****機、無線電接收機和電視接收機、放大器、振蕩器、濾波器、調(diào)諧器和混頻器等。

4. LC電路的特性是什么？
LC 電路是一個閉環(huán)，只有兩個元件：電容器和電感器。它具有類似于機械系統(tǒng)（例如鐘擺或彈簧質(zhì)量）的共振特性：它喜歡在一個特殊的頻率上振蕩，因此會對其做出強烈的響應(yīng)。

5、LC振蕩中的LC是什么？
LC 振蕩 - 當(dāng)充電的電容器連接到電感器時，電路中電容器上的電流和電荷會發(fā)生電 LC 振蕩。電容器中儲存的電能是其初始電荷，稱為 q_m。