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无源 RL 低通滤波器教程

今天我们来一起学习无源RL低通滤波器。

啥是RL滤波器

RL滤波器是由电感和电容组成的滤波器。

电感作为一个器件，它会抵抗流经它的电流的突然变化。也就是常说的“通直阻交”。和电容的特性“通交阻直”正好相反。

低频

我们假设输入的信号的频率很低，极端的情况下，低到0Hz,也就是直流电。这时候，电感就像一根导线。这时候的等效电路图如下：

此时，由于电感变成了一段导线，输入什么信号，输出就是什么信号。

高频

当输入信号频率很高时，电感的感抗也会很大，我们假设这个很大的感抗为100kΩ。其等效电路如下：

此时，我们输入是5伏,根据分压原理，Vout=5*(1/101)=0.05伏。跟输入信号5伏比起来，几乎啥也没有了。

总结

RL滤波电路允许低频号通过，阻止高频信号通过，所以它是一个低通滤波器：

截止频率

RL低通滤波器的截止频率由以下公式给出：

我们假设电感值为100uH，电阻值为50Ω，可以计算出截止频率为79.6kHz,取整后就是80kHz:

下面是上述滤波器的仿真伯德图，可以看到，低频信号（图的前面部分）无损通过：

当接近截止频率时，信号幅值开始衰减：

当输入信号的频率正好为截止频率，也就是80kHz时，信号幅值衰减了30%：

在这之后，高频信号衰减得愈发严重，频率每增加10倍，幅值20分贝：

把骡子拉出来

我们用我们的RL低通滤波器来过滤一首歌试试。

我们把截止频率设为2kHz,这样可以把高频的声音过滤掉：

我们将上述参数带入公式进行计算：

我们计算出需要的电感值为637uH。我们将两个330uH的电感串联可以得到660uH的感值，和637uH很接近：

下面这段音乐是没有过滤的：

下面这段音乐是低通滤波之后的：

可以听到，音乐低沉了一些。

多此一举？

有小伙伴可能会问，不是有RC低通滤波器了吗？为什么还要设计RL低通滤波器？

好吧，如果您尝试通过RC滤波器输出超过几毫安的电流，则会出现显著的功率损耗。

但是使用基于电感器的滤波器，电感器的直流电阻几乎为零，因此您可以输出更多电流。

总结

今天我们一起学习了RL低通滤波器、以及RL滤波器的截止频率计算公式。

我们还通过一个简单的音频例子来演示了RL低通滤波器的作用。

最后我们说明了RL低通滤波器的必要性。