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。

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发布于 2025-07-02
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