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如何設計一個放大電路(4)——RC電源濾波

作者: 時間:2026-01-23 來源: 收藏

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我從上班第一天,我師父就是讓我這么畫的。所有老工程師也都這么畫的。但是有兩個疑問:

1、需要這個RC濾波么?

2、器件資料上面的實例圖都沒有增加RC濾波,為什么?

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這么做一個RC濾波,當時剛工作沒有想明白為什么需要這個RC濾波。但是覺得,有幾個好處:

1、抑制電源對信號的干擾。

2、顯得自己特別專業,對電源濾波特別重視。

3、老工程師都這么設計的,這樣不會出問題。去掉了,如果出問題,自己要擔責任。

有PSRR了,為什么還需要RC

后來有硬件工程師問我:PSRR的指標這么強大,為什么還需要這個RC濾波呢?是否多余?

PSRR(Power Supply Rejection Ratio,電源抑制比):衡量電子器件(如運放、LDO、ADC/DAC)抑制電源電壓波動(紋波 / 噪聲)傳遞到輸出端的能力,單位為分貝 (dB)。數值越高,抑制能力越強,輸出信號受電源噪聲影響越小,是高精度模擬電路設計的關鍵指標。

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這是因為 PSRR 存在頻率局限性,且無法解決電源上的高頻噪聲與尖峰干擾問題,具體原因如下:

1. PSRR的頻率衰減特性:絕大多數器件的PSRR會隨頻率升高快速下降,比如運放在低頻(100Hz內)PSRR可達80~120dB,但到10kHz后可能降至40dB以下,高頻段(如MHz級)幾乎失去抑制能力,而RC濾波能針對性衰減高頻電源噪聲。

實際項目中碰到:工作頻率可能會帶入高頻干擾,輸出截止頻率太高會進來,低采樣率的情況下短路噪聲頻譜會有鼓包。

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2. 噪聲類型的差異:PSRR主要抑制電源的緩慢電壓波動(如紋波、負載變化導致的壓降),對電源線上的高頻尖峰噪聲(如開關電源諧波、電磁干擾耦合)抑制效果極差,RC濾波可通過電容的低阻抗特性旁路這類高頻噪聲。

3. 器件內部的局限性:器件內部的電源走線、寄生電容會引入高頻噪聲耦合路徑,外部RC濾波相當于在噪聲進入器件前就進行衰減,是對PSRR能力的補充和強化。

為什么不用LC濾波替代RC濾波?

運放電源濾波 優先用 RC、極少用 LC,核心原因是:運放的電源濾波需求是小電流電源「高頻去耦 + 小幅紋波抑制」,而非大功率低頻紋波濾除,RC 完美適配該需求,LC 的優勢完全用不上,反而帶來諧振自激、布板困難、EMI 干擾、成本增加等致命問題。

相同的頻點,相同的成本、PCB面積,RC的抑制效果其實要更好,且沒有諧振。但是如果需要很強的抑制能力,或者很低頻的截止頻率。由于電阻不可能選擇很大阻值(考慮壓降),只能再去考慮LC。

LC 濾波在運放電源里的「唯一適用場景」(不是絕對不用,是極少用)

不是 LC 完全不能用,而是僅在運放電源存在「嚴重低頻大紋波 + RC 壓降無法接受」的極端場景下才用,且必須做特殊處理。

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RC濾波有什么負面影響

RC 給運放電源濾波的 負面影響均可控、非致命,且遠小于 LC 濾波的諧振 / 自激風險,核心負面影響集中在壓降 / 供電不足、瞬態響應變差、功耗發熱、低頻紋波濾除弱、精密場景熱噪聲。1、有電阻,就會有壓降:電源壓降(IR 損耗)→ 運放供電不足、無法工作

這是 RC 濾波最直觀、最需要優先規避的問題,也是唯一可能導致運放失效的硬傷。

2、瞬態響應變差 → 運放輸出失真、擺率下降、驅動能力不足

運放并非恒流工作,動態工況下(如驅動容性負載、大信號擺幅、高頻信號)會瞬間抽取大電流,RC 濾波會限制電源的瞬態供電能力,是容易被忽略的隱性問題。

3、額外功耗 + 發熱 → 便攜設備續航下降、溫漂引發精度劣化

RC 濾波會產生無用功耗,雖運放電流小,單路功耗可忽略,但多路運放 / 高阻電阻會導致功耗累積,進而引發溫升和性能漂移。

4、低頻紋波衰減能力極弱 → 極端場景下紋波竄入輸出

RC 濾波的核心優勢是濾高頻噪聲(kHz~MHz 級),但對低頻紋波(50Hz/60Hz 工頻、開關電源低頻紋波)衰減能力極差,是 RC 的天然短板。

5、低頻紋波衰減能力極弱 → 極端場景下紋波竄入輸出

RC 濾波的核心優勢是濾高頻噪聲(kHz~MHz 級),但對低頻紋波(50Hz/60Hz 工頻、開關電源低頻紋波)衰減能力極差,是 RC 的天然短板。這點惡化其實可以忽略。

運放電源端增設 RC 濾波并非多余設計,而是 基于 PSRR 頻率短板的剛需互補、兼顧穩定性與實用性的行業最優解:核心作用是在 PSRR 高頻段抑制能力失效時,針對性濾除電源線上 MHz 級高頻噪聲、尖峰干擾,從源頭規避高頻噪聲竄入信號鏈引發的失真、噪聲鼓包等問題;優先選 RC 而非 LC,是因運放小電流、高增益特性完全適配 RC 的高頻濾波優勢,且可徹底規避 LC 諧振自激、EMI 耦合、布板受限等致命風險,RC 的壓降、瞬態響應等負面影響均能通過精準選型(10/22/100Ω 常規阻值 + 0.1μF+10μF 電容組合)完全可控。 該設計是老工程師傳承的容錯性設計經驗,去掉雖在理想電源環境下可工作,但實際工程中會喪失高頻噪聲防護余量,出現問題需自行擔責;RC 濾波在音頻低頻場景中無明顯短板,高頻射頻 / 高速運放也需要RC濾波,但是需要考慮瞬態響應,不能選擇電阻值過大的RC組合。極端低頻大紋波 + RC 壓降受限場景,才需謹慎選配 LC 并做諧振規避,是兼顧性能、穩定、成本與工程責任的最優選擇。


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