低通無(wú)源濾波器設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)文檔僅供參考學(xué)習(xí)文檔僅供參考低通無(wú)源濾波器仿真與分析一、濾波器定義所謂濾波器〔filter時(shí)不變系統(tǒng)。二、濾波器的分類常用的濾波器按以下類型進(jìn)展分類。按所處理的信號(hào)：按所處理的信號(hào)分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩種。按所通過(guò)信號(hào)的頻段按所通過(guò)信號(hào)的頻段分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種。噪聲。高通濾波器：它允許信號(hào)中的高頻重量通過(guò)，抑制低頻或直流重量。干擾和噪聲。帶阻濾波器：它抑制確定頻段內(nèi)的信號(hào)，允許該頻段以外的信號(hào)通過(guò)。按所承受的元器件按所承受的元器件分為無(wú)源和有源濾波器兩種。負(fù)載效應(yīng)比較明顯，使用電感元件時(shí)簡(jiǎn)潔引起電磁感應(yīng)，當(dāng)電感L較大時(shí)濾波器的體積和重量都比較大，在低頻域不適用。(一般用R和C)和有源器件(成(點(diǎn)是：通帶范圍受有源器件(如集成運(yùn)算放大器〕的帶寬限制，需要直流電源供電，牢靠性不如無(wú)源濾波器高，在高壓、高頻、大功率的場(chǎng)合不適用。依據(jù)階數(shù)來(lái)分三、網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)x(ty(th(t。轉(zhuǎn)換到Xj，經(jīng)過(guò)一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)得到的響應(yīng)信號(hào)為Yj。H(j)Y(j) 1

X(j) F(jw)負(fù)的網(wǎng)絡(luò)是穩(wěn)定的。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)蘊(yùn)含了網(wǎng)絡(luò)的全部屬性。幅頻特性和相頻特性Y(j)

Aye

H(j)|H(j)|e

j()jX(j) AjxA

ejxyAx

|H(j)|

與ω 構(gòu)成幅頻特性曲線。相位變化y x

() 與ω構(gòu)成相頻特性曲線。四、低通濾波器的一些概念1、單位A分貝：是用對(duì)數(shù)的方式描述相對(duì)值，無(wú)量綱。B貝爾 〔A/B〕(貝爾)=lg〔A/B〕=lg(A)-lg(B)dB分貝 〔A/B〕(分貝)=101g〔A/B〕A

y |H(j)|A|()|d)xlg(()|)其中3dB：功率為2倍〔10*1g2=3.011.414倍。low-passfilterLPF。抑制的電容、電感與電阻等器件的組合裝置。抱負(fù)低通濾波器能夠讓直流始終到截止頻率為fc

的全部信號(hào)都沒(méi)有任何損失的通過(guò)。讓高于截止頻率fc

的全部信號(hào)全部喪失.3、描述濾波器性能的根本參數(shù)：(即下降了3dB)對(duì)于低通或帶通濾波器，帶寬是指其通頻帶寬度，對(duì)于高通或帶阻濾波器，帶寬是指其阻帶寬度。帶寬打算著濾波器別離信號(hào)中相鄰頻率成分的力氣。fcB之比，即Q的大小反映了濾波器頻率選擇力氣的凹凸。f022f02f01f01/2之間，幅頻特性的衰減值，即頻率變化一個(gè)倍頻程時(shí)幅頻特性的衰減量，用dB表示，它反映了濾波器對(duì)通頻帶以外的頻率成分的衰減力氣。4、低通濾波器的幅頻特性3dB的點(diǎn)。c5、濾波器作用：17KHz經(jīng)過(guò)只允許頻率低于1KHz的信號(hào)通過(guò)的RC濾波器之后，輸出端只能檢測(cè)到0.7KHz通過(guò)Multisim對(duì)濾波器作用的仿真如下的正弦信號(hào)。因此通過(guò)模擬仍反映出了此濾波器的低通特性。五、低通濾波器設(shè)計(jì)電容的阻抗以及頻率響應(yīng)特征Z(j) 1jC

ω→0，|Zj|→∞低頻下相當(dāng)于斷路ω→∞，|Zj|→0高頻下相當(dāng)于短路電感的阻抗以及頻率相應(yīng)特征Z(j)jLω→0，|Zj|→0 低頻下相當(dāng)于短路

ω→∞，|Zj|→∞高頻下相當(dāng)于斷路1 RC>0時(shí)電路穩(wěn)定。RC1111(RC)2幅頻特性：|H(j)| ；()arctan(RC；1j1jCH(j)

(R1/jC)

1jC截止角頻率

1 時(shí)，振幅|H| 1 =-3dBc RC 2式中為ω輸入信號(hào)的角頻率，令τ=RCf c

1 1

為截止頻率。C 2 2 2RC C通過(guò)Multisim1KHzRC進(jìn)展模擬。-3dB1kHz所以滿足45°?？偨Y(jié)：適當(dāng)轉(zhuǎn)變電路中RC使截止頻率大于有用信號(hào)的頻率。依據(jù)截止頻率，算出時(shí)間常數(shù)τ=RC的值，然后依據(jù)需要選取所需的電阻與電感既可。不過(guò)RC濾波器在較低的信號(hào)源阻抗和較高的負(fù)載阻抗下才比較好的效果。1階無(wú)源RC濾波器覺(jué)得不夠滿足地方可以承受RC濾波器簡(jiǎn)潔地多級(jí)連接的方法。但需要較低的信號(hào)源阻抗和較高的負(fù)載阻抗。R、C高阻抗的挨次排列。典型的二階RC低通濾波電路如下1可以求得1Vjw) VVi

12R2C2j3RC

|H(j)|()|H(j)| 1(12R2C2)2

92R2C2()arctan(cHcH

3RC )12R2C21 0.3742

2.6724RC ，截止頻率f

c1KHzRCτμsR=10kΩ,Ｃ≈總結(jié)：在-3dB1kHz滿足90度。由于只需要使τ=RC2RC抗從小到大排列，這樣會(huì)得到更好的衰減效果。LC濾波器能夠使用的頻率范圍格外寬，從幾十赫茲到集總參數(shù)的極限——300MHz。在低頻范圍，LC10kHz以上時(shí)，LC濾波器在體積、價(jià)格等方面有突出優(yōu)勢(shì)。LC己制作的要求。LC相位特性〔延時(shí)特性〕較為規(guī)律，在實(shí)際中可以依據(jù)需要來(lái)選用。一些典型函數(shù)型濾波器的特性如下：巴特沃斯濾波器——通帶內(nèi)響應(yīng)最為平坦切比雪夫?yàn)V波器——截止特性特別好；群延時(shí)特性不太好；通帶內(nèi)有等波浪起伏。LC低通濾波器時(shí)，依據(jù)設(shè)計(jì)目的選擇需要的濾波器特性〔巴特沃斯、簡(jiǎn)潔地計(jì)算出元素的數(shù)值。一階巴特沃斯濾波器設(shè)計(jì)1Ω且截任何特征阻抗的低通濾波器。2階歸一化巴特沃斯型LPF1/〔2π〕Hz,1Ω首先選擇歸一化低通濾波器數(shù)據(jù)，其次依據(jù)需要進(jìn)展截止頻率變換，最終進(jìn)行特征阻抗變換。M，MM待設(shè)計(jì)濾波器的截止頻率基準(zhǔn)濾波器的截止頻率L(NEW)

L(OLD)M

；C

C (OLD)M濾波器的特征阻抗的變換是通過(guò)先求出待設(shè)計(jì)濾波器的特征阻抗與基準(zhǔn)濾波濾波器中的全部電容元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。K基準(zhǔn)濾波器的特征阻抗CL(NEW)

L

K；C

(OLD)K300KHz12Hz300kHz300KHz12HzM待設(shè)計(jì)濾波器的截止頻率基準(zhǔn)濾波器的截止頻率

1884955.592截止頻率變換L (NEW)C (NEW)

L(OLD)MC(OLD)M

1.414211884955.592 1.414211884955.592

0.75026(H)0.75026(F)阻抗變換K50

50.0基準(zhǔn)濾波器的特征阻抗 1L(NEW)

LC

K0.75026(H)5037.513(H)0.75026(F)C (NEW)

(OLD)K

0.015005(F)50最終變換結(jié)果如以以下圖其仿真結(jié)果如下所示可以看到在-3dB330kHZ，根本滿足設(shè)計(jì)要求。LC低通濾波網(wǎng)絡(luò)模型LC濾波器的構(gòu)成有πTπ型的特點(diǎn)是輸入阻抗小。LC低通濾波網(wǎng)絡(luò)模型分析：此網(wǎng)絡(luò)可以歸結(jié)為一帶初始條件的二階微分方程H(s)

1Y(s) LCX(s) s2 1 s 1RC LCdt2

LdyRdt

yxdy|

C；y(0)Cdt t0 1 2對(duì)方程做拉普拉斯變換LCs2Y(s)

LsY(s)Y(s)X(s)R1

1 1 Hj)

，LC2Lj1 LCR

2， cc RC Q2H(s)

s2

cccs2Q ccQLC低通濾波器進(jìn)展模擬得到幅頻和相頻特性曲線如下由仿真曲線知道，1當(dāng)Q

時(shí)，Q值越小，低頻端輸出信號(hào)幅度越不穩(wěn)定，同一輸入信號(hào)頻率下，2輸出信號(hào)的幅度越小，且輸出信號(hào)的相移比較大。2Q 1 LC2路具有諧振性，雖然信號(hào)相移不大，但幅度不穩(wěn)定。12Q 時(shí)，電路具有最正確的通帶特性，綜合考慮其