RC低通滤波电路转折频率的定义和仿真验证

转折频率的定义
在自动控制原理中,两条渐近线相交点的频率为转折频率,又名转角频率。两条渐近线一般是指低频段和高频段。
一阶惯性环节的伯德图
我们知道,在-3db处即为转折频率,rc低通滤波电路的转折频率
,这是怎么来的呢?下面我们先仿真验证这个结论,然后再进行推导。
仿真验证
仿真结果
可以看到仿真结果与实际计算结果有一些偏差,在-3db处,频率为158.76hz。这是什么原因?仿真电路的元器件精度设置成了千分之一,理论上不会相差这么多。下面我们进行推导。
在仿真输出结果中定位-3.01db处的频率为159.24hz,与计算相符。
-3db的意义是什么?
实际测试
输出开路情况
绿色为输入信号,棕色为输出信号,可以看到输出信号的幅值为702.24,与0.707接近。
输出带负载应用
在实际应用电路中,rc滤波后级为信号采样电路,信号采样电路的输入阻抗与电容并联,使得输入信号在rc的滤波的基础上进一步衰减。对于低频段,电容阻抗很高,可以看成采样电路与电阻r1分压,为了不影响有效信号,理论上采样电路输入阻抗应该远大于rc滤波电阻r1。对于高频段,电容c1的阻抗很低,与采样电路内阻并联后,应接近电容阻抗,理论上采样电路输入阻抗应该远大于rc滤波电容的容抗。
rc滤波电路最典型的应用场景就是信号经电阻分压+电容滤波连接到mcu,分压电阻要根据mcu的adc输入阻抗进行设计,这对采样精度有较大的影响。值得注意的是,mcu的adc在不同的采样频率下,其输入阻抗不同,采样频率越高,其输入阻抗越低。有时间会实际设计一个板子做一个详细的测试,到时候写一篇详细的测试报告。

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