LC濾波器設(shè)計解析課件

1、點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本RC濾波器的設(shè)計 電氣工程學(xué)院第1頁，共41頁。點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本主要內(nèi)容電氣工程學(xué)院濾波器的種類和特性低通濾波器的經(jīng)典法設(shè)計不同函數(shù)響應(yīng)低通濾波器其他類型濾波器的設(shè)計總結(jié)第2頁，共41頁。點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本1.濾波器的種類和特性電氣工程學(xué)院1.1 LC濾波器 濾波器是能夠過濾波動信號的器件。在電子線路中，濾波器的作用是從具有各種不同頻率成分的信號中，取出具有特定頻率成分的信號。LC濾波器在難以使用運算放大器等器件的高頻、寬頻領(lǐng)域中起著極為重要的作用。 本節(jié)主要介紹了依據(jù)歸一化LPF設(shè)計

2、所需的LC低通濾波器的方法,該方法既不必進行復(fù)雜運算,又能設(shè)計出令人滿意的LC濾波器。第3頁，共41頁。點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本1.濾波器的種類和特性電氣工程學(xué)院1.2 理想濾波器特性低通濾波器（LPF）高通濾波器（HPF）帶通濾波器（BPF）帶阻濾波器（BRF）第4頁，共41頁。點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本1.濾波器的種類和特性電氣工程學(xué)院1.2 實際濾波器特性 實際濾波器對信號的衰減是緩慢變化的第5頁，共41頁。點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本1.濾波器的種類和特性電氣工程學(xué)院1.2 函數(shù)型濾波器特性 由于理想濾波器的特性難以實現(xiàn)

3、，因而設(shè)計當中都是按某個函數(shù)形式來設(shè)計的，所以稱其為函數(shù)型濾波器，典型的濾波器主要有：第6頁，共41頁。點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本1.濾波器的種類和特性電氣工程學(xué)院1.2 函數(shù)型濾波器特性 第7頁，共41頁。2.1 歸一化低通濾波器設(shè)計參數(shù) 歸一化LPF，是指特征阻抗為1且截止頻率為1/（2）Hz的LPF，歸一化得LPF設(shè)計數(shù)據(jù)可以查表得到。 計算所設(shè)計LC原件參數(shù)的計算方法為： 首先通過改變歸一化LPF的元件參數(shù)值,得到一個截止頻率從歸一化截止頻率1/(2)Hz變?yōu)榇O(shè)計濾波器所要求截止頻率,而特征阻抗仍等于歸一化特征阻抗1的過渡性濾波器;然后再通過改變這個過渡性濾波器

4、的元件參數(shù)值,把歸一化特征阻抗(1)也變換成待設(shè)計濾波器所要求的特征阻抗,從而最終得到所要設(shè)計的濾波器。 點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.低通濾波器的經(jīng)典法設(shè)計電氣工程學(xué)院第8頁，共41頁。2.1 歸一化低通濾波器設(shè)計參數(shù)點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.低通濾波器的經(jīng)典法設(shè)計電氣工程學(xué)院頻率變換：阻抗變換：第9頁，共41頁。2.2 定K型低通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.低通濾波器的經(jīng)典法設(shè)計電氣工程學(xué)院第10頁，共41頁。2.2 定K型低通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.低通濾波器的經(jīng)典法設(shè)

5、計電氣工程學(xué)院第11頁，共41頁。2.2 定K型低通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.低通濾波器的經(jīng)典法設(shè)計電氣工程學(xué)院第12頁，共41頁。2.2 定K型低通濾波器設(shè)計例：設(shè)計截止頻率為1GHz且特征阻抗為50的的3階T形定K型LPF電路 首先，計算待設(shè)計濾波器的截止頻率與歸一化濾波器截止頻率的比值M點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.低通濾波器的經(jīng)典法設(shè)計電氣工程學(xué)院 用歸一化LPF原件值除以M得到特性阻抗仍等于基準濾波器特性阻抗1，而截止頻率由1/(2)Hz變成了1GHz的濾波器電路。第13頁，共41頁。2.2 定K型低通濾波器設(shè)計點擊添加文本點

6、擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.低通濾波器的經(jīng)典法設(shè)計電氣工程學(xué)院 其次，求得待設(shè)計濾波器特征阻抗與基準濾波器特征阻抗的比值K。 用K值去乘前面所得到所有電感的元件值，即為最終濾波器的電感元件值。用K值去除前面所得到所有電容的元件值，即為最終濾波器的電容元件值。第14頁，共41頁。2.2 m推演型低通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.低通濾波器的經(jīng)典法設(shè)計電氣工程學(xué)院 由定K型低通濾波器特性我們可以知道，要想濾除截止頻率附近的信號，濾波器的階數(shù)要非常多，而m推演型低通濾波器由于存在陷波點，可以輕松濾除截止頻率附近的信號但這種濾波器在離截止頻率較遠的阻帶區(qū)衰減特

7、性并不好。第15頁，共41頁。2.2 m推演型低通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.低通濾波器的經(jīng)典法設(shè)計電氣工程學(xué)院 m推演型濾波器的設(shè)計有兩種方法。利用m推演型濾波器的定義,根據(jù)m推演型歸一化LPF的設(shè)計參數(shù)(表1),再采用與定K型濾波器設(shè)計相同的方法,將截止頻率從1/(2)Hz變?yōu)?00 MHz,進而再將特征阻抗從1變?yōu)?0;是直接利用m推演型LPF的推演公式直接求得。第16頁，共41頁。2.3 兩種低通濾波器組合點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.低通濾波器的經(jīng)典法設(shè)計電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY

8、 將兩種濾波器串聯(lián)起來，可以使之構(gòu)成一個兼具兩者優(yōu)點的濾波器。第17頁，共41頁。3.1 巴特沃斯型低通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本3.不同函數(shù)響應(yīng)低通濾波器電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 優(yōu)點：設(shè)計簡單，性能方面沒有明顯缺點，對元件Q值要求較低。 具體設(shè)計方法是先利用查表法查出歸一化設(shè)計數(shù)據(jù)，再如之前設(shè)計定K型低通濾波器的步驟計算出響應(yīng)元件值。第18頁，共41頁。3.1 巴特沃斯型低通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本3.不同函數(shù)響應(yīng)低通濾波器電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG

9、 UNIVERSITY第19頁，共41頁。3.2 切比雪夫型低通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本3.不同函數(shù)響應(yīng)低通濾波器電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 通帶內(nèi)衰減特性具有等波紋起伏，截止特性變得更加陡峭但群延時特性也變差。 第20頁，共41頁。3.3 貝賽爾型低通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本3.不同函數(shù)響應(yīng)低通濾波器電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 通帶內(nèi)群延時特性最平坦，因而可以無失真的傳送方波，三角波等頻譜很寬的信號，但衰減特性不好。 第21頁，共

10、41頁。3.4 逆切比雪夫型低通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本3.不同函數(shù)響應(yīng)低通濾波器電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 逆切比雪夫LPF特性正好與切比雪夫相反，逆切比雪夫通帶內(nèi)衰減是最大平坦的，而阻帶內(nèi)特性是有起伏的。第22頁，共41頁。3.4 逆切比雪夫型低通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本3.不同函數(shù)響應(yīng)低通濾波器電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 逆切比雪夫LPF特性正好與切比雪夫相反，逆切比雪夫通帶內(nèi)衰減是最大平坦的，而阻帶內(nèi)特性是有起伏的。第23頁

11、，共41頁。3.4 橢圓函數(shù)型低通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本3.不同函數(shù)響應(yīng)低通濾波器電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 橢圓函數(shù)LPF特性曲線在通帶內(nèi)和阻帶內(nèi)都有起伏，因此具有最好的截止特性，但最元件的要求特別嚴格。第24頁，共41頁。4.1 高通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本4.其他類型濾波器的設(shè)計電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 高通濾波器的設(shè)計步驟是先把歸一化LPF變換成歸一化HPF，再求待設(shè)計HPF的元件值。歸一化低通濾波器求所有元件值倒數(shù)交換

12、電容器和線圈的位置截止頻率變換特征阻抗變換第25頁，共41頁。4.1 高通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本4.其他類型濾波器的設(shè)計電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY例：設(shè)計截止頻率為190MHz，特征阻抗為50的5階T形巴特沃斯型HPF。 首先，查找5階T型巴特沃斯型LPF設(shè)計數(shù)據(jù)，再把電感變?yōu)殡娙荩娙葑優(yōu)殡姼胁λ星髿w一化值的倒數(shù)。第26頁，共41頁。4.1 高通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本4.其他類型濾波器的設(shè)計電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 然后

13、，進行截止頻率變換和阻抗變換，得到最終的HPF元件值。第27頁，共41頁。4.1 高通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本4.其他類型濾波器的設(shè)計電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 然后，進行截止頻率變換和阻抗變換，得到最終的HPF元件值。第28頁，共41頁。4.2 帶通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本4.其他類型濾波器的設(shè)計電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 帶通濾波器的設(shè)計步驟是先設(shè)計帶寬與BPF相同的LPF,再進行元件變換得到BPF。歸一化低通濾波器將LPF特征

14、阻抗變?yōu)榇O(shè)計BPF的特征阻抗將歸一化LPF變?yōu)閹挼扔诖O(shè)計BPF的LPF將LPF電路的基本單元進行變換按規(guī)則計算變換后電路元件值第29頁，共41頁。4.2 帶通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本4.其他類型濾波器的設(shè)計電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY4種LPF-BPF基本電路變換：第30頁，共41頁。4.2 帶通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本4.其他類型濾波器的設(shè)計電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY4種LPF-BPF基本電路變換：第31頁，共41頁。4.2

15、帶通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本4.其他類型濾波器的設(shè)計電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY例：設(shè)計帶寬為190MHz，中心頻率為500MHz，特征阻抗為50的5階T形巴特沃斯型BPF。 由截止頻率190MHz，特征阻抗為50歐姆的LPF，再進行電路變換第32頁，共41頁。4.2 帶通濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本4.其他類型濾波器的設(shè)計電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 再通過相應(yīng)電路變換的計算公式得到BPF的元件值第33頁，共41頁。4.3 帶阻濾波器設(shè)計

16、點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本4.其他類型濾波器的設(shè)計電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 帶阻濾波器的設(shè)計步驟是先設(shè)計帶寬與BRF相同的HPF,再進行元件變換得到BRF。歸一化低通濾波器將HPF特征阻抗變?yōu)榇O(shè)計BRF的特征阻抗將歸一化HPF變?yōu)閹挼扔诖O(shè)計BRF的HPF將HPF電路的基本單元進行變換按規(guī)則計算變換后得到BRF電路元件值歸一化高通濾波器第34頁，共41頁。4.3 帶阻濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本4.其他類型濾波器的設(shè)計電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSIT

17、Y4種HPF-BRF基本電路變換：第35頁，共41頁。4.3 帶阻濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本4.其他類型濾波器的設(shè)計電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY4種HPF-BRF基本電路變換：第36頁，共41頁。4.3 帶阻濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本4.其他類型濾波器的設(shè)計電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY例：設(shè)計阻帶帶寬為190MHz，中心頻率為500MHz，特征阻抗為50的5階T形巴特沃斯型BRF。 先設(shè)計截止頻率190MHz，特征阻抗為50歐姆的HPF，再進行電路變換第37頁，共41頁。4.3 帶阻濾波器設(shè)計點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本4.其他類型濾波器的設(shè)計電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué) XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 再通過相應(yīng)電路變換的計算公式得到BRF的元件值第38頁，共41頁。