LC濾波器考慮寄生電容時的設計
發(fā)布時間:2008/11/10 0:00:00 訪問次數(shù):1360
作為一次近似,電感和電容都看作集總參數(shù)的純電抗元件,大多數(shù)實際電容接近于理想電抗;而另一方面,電感都不是理想的,在很多情況下,這可能造成危害。除了嚴重的電阻損耗外,還會出現(xiàn)寄生電容,包括線圈繞組之間的匝間電容以及與骨架相關的雜散電容等。電感線圈的等效電路如圖1所示。
圖1 電感的等效電路圖
由于分布電容的存在,實際電感特性將變成一個并聯(lián)諧振回路特性。若該線圈與外接電容并聯(lián),則外接電容值可相應減小,以抵消分布電容的影響。
在串聯(lián)諧振回路中電感兩端跨接的分布電容,會引起并聯(lián)諧振,導致出現(xiàn)頻率響應零點。如果電感的自然諧振頻率很低,零點甚至會出現(xiàn)在通帶內(nèi),嚴重破壞所期望的頻率響應。
為了確定實際電感線圈的有效電感,讓線圈與外接電容諧振于期望頻率,采用標準諧振公式計算其有效電感量。有效電感也可以使用下式計算:
式中,lt是真實(低頻)電感量;f是期望的工作頻率;五是電感線圈的自諧振頻率。當f接近f,時,leff急劇增加,在fr處,leff變?yōu)闊o窮大。式(8.11)的函數(shù)表示的曲線見圖2。
為了補償串聯(lián)諧振電路中分布電容的影響,實際電感量l,適當減小一點,使得由式(8.11)得到的lm為需要的值。實際串聯(lián)諧振回路的q值為:
式中,ql是電感線圈的品質(zhì)因數(shù),它取決于串聯(lián)損耗(即ωlt/rl)。因此,有效品質(zhì)因數(shù)q由于分布電容的影響會有所下降。
分布電容的大小取決于骨架和繞組的機械參數(shù),且分布電容也隨機械應力等而改變。因此,為了獲得最大的穩(wěn)定性,分布電容要盡可能小。
另一種形式的寄生電容是電路節(jié)點與地之間的雜散電容。這些雜散電容對高頻應用和高阻節(jié)點是特別有害的。對于低通濾波器,因為電路節(jié)點已有并聯(lián)到地的電容,所以這些雜散電容一般可以忽略,特別是在阻抗比較小的時候。
圖2 隨頻率變化的等效電感
圖3所示是一個橢圓函數(shù)帶通濾波器的一部分。當電路中的某些節(jié)點沒有出現(xiàn)接地電容時,這些節(jié)點是高阻抗節(jié)點,其雜散電容會引起問題。
圖3 一個橢圓函數(shù)帶通濾波器
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作為一次近似,電感和電容都看作集總參數(shù)的純電抗元件,大多數(shù)實際電容接近于理想電抗;而另一方面,電感都不是理想的,在很多情況下,這可能造成危害。除了嚴重的電阻損耗外,還會出現(xiàn)寄生電容,包括線圈繞組之間的匝間電容以及與骨架相關的雜散電容等。電感線圈的等效電路如圖1所示。
圖1 電感的等效電路圖
由于分布電容的存在,實際電感特性將變成一個并聯(lián)諧振回路特性。若該線圈與外接電容并聯(lián),則外接電容值可相應減小,以抵消分布電容的影響。
在串聯(lián)諧振回路中電感兩端跨接的分布電容,會引起并聯(lián)諧振,導致出現(xiàn)頻率響應零點。如果電感的自然諧振頻率很低,零點甚至會出現(xiàn)在通帶內(nèi),嚴重破壞所期望的頻率響應。
為了確定實際電感線圈的有效電感,讓線圈與外接電容諧振于期望頻率,采用標準諧振公式計算其有效電感量。有效電感也可以使用下式計算:
式中,lt是真實(低頻)電感量;f是期望的工作頻率;五是電感線圈的自諧振頻率。當f接近f,時,leff急劇增加,在fr處,leff變?yōu)闊o窮大。式(8.11)的函數(shù)表示的曲線見圖2。
為了補償串聯(lián)諧振電路中分布電容的影響,實際電感量l,適當減小一點,使得由式(8.11)得到的lm為需要的值。實際串聯(lián)諧振回路的q值為:
式中,ql是電感線圈的品質(zhì)因數(shù),它取決于串聯(lián)損耗(即ωlt/rl)。因此,有效品質(zhì)因數(shù)q由于分布電容的影響會有所下降。
分布電容的大小取決于骨架和繞組的機械參數(shù),且分布電容也隨機械應力等而改變。因此,為了獲得最大的穩(wěn)定性,分布電容要盡可能小。
另一種形式的寄生電容是電路節(jié)點與地之間的雜散電容。這些雜散電容對高頻應用和高阻節(jié)點是特別有害的。對于低通濾波器,因為電路節(jié)點已有并聯(lián)到地的電容,所以這些雜散電容一般可以忽略,特別是在阻抗比較小的時候。
圖2 隨頻率變化的等效電感
圖3所示是一個橢圓函數(shù)帶通濾波器的一部分。當電路中的某些節(jié)點沒有出現(xiàn)接地電容時,這些節(jié)點是高阻抗節(jié)點,其雜散電容會引起問題。
圖3 一個橢圓函數(shù)帶通濾波器
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