LC滤波器设计

RC滤波器的设计电气工程学院主要内容电气工程学院1.滤波器的种类和特性2.低通滤波器的经典法设计3.不同函数响应低通滤波器4.其他类型滤波器的设计5.总结1.滤波器的种类和特性电气工程学院1.1LC滤波器滤波器是能够过滤波动信号的器件。在电子线路中，滤波器的作用是从具有各种不同频率成分的信号中，取出具有特定频率成分的信号。LC滤波器在难以使用运算放大器等器件的高频、宽频领域中起着极为重要的作用。本节主要介绍了依据归一化LPF设计所需的LC低通滤波器的方法,该方法既不必进行复杂运算,又能设计出令人满意的LC滤波器。1.滤波器的种类和特性电气工程学院1.2理想滤波器特性低通滤波器（LPF）高通滤波器（HPF）带通滤波器（BPF）带阻滤波器（BRF）1.滤波器的种类和特性电气工程学院1.2实际滤波器特性实际滤波器对信号的衰减是缓慢变化的1.滤波器的种类和特性电气工程学院1.2函数型滤波器特性由于理想滤波器的特性难以实现，因而设计当中都是按某个函数形式来设计的，所以称其为函数型滤波器，典型的滤波器主要有：1.滤波器的种类和特性电气工程学院1.2函数型滤波器特性2.1归一化低通滤波器设计参数归一化LPF，是指特征阻抗为1Ω且截止频率为1/（2π）Hz的LPF，归一化得LPF设计数据可以查表得到。计算所设计LC原件参数的计算方法为：首先通过改变归一化LPF的元件参数值,得到一个截止频率从归一化截止频率1/(2π)Hz变为待设计滤波器所要求截止频率,而特征阻抗仍等于归一化特征阻抗1Ω的过渡性滤波器;然后再通过改变这个过渡性滤波器的元件参数值,把归一化特征阻抗(1Ω)也变换成待设计滤波器所要求的特征阻抗,从而最终得到所要设计的滤波器。2.低通滤波器的经典法设计电气工程学院2.1归一化低通滤波器设计参数2.低通滤波器的经典法设计电气工程学院频率变换：阻抗变换：2.2定K型低通滤波器设计2.低通滤波器的经典法设计电气工程学院2.2定K型低通滤波器设计2.低通滤波器的经典法设计电气工程学院2.2定K型低通滤波器设计2.低通滤波器的经典法设计电气工程学院2.2定K型低通滤波器设计例：设计截止频率为1GHz且特征阻抗为50Ω的的3阶T形定K型LPF电路首先，计算待设计滤波器的截止频率与归一化滤波器截止频率的比值M2.低通滤波器的经典法设计电气工程学院用归一化LPF原件值除以M得到特性阻抗仍等于基准滤波器特性阻抗1Ω，而截止频率由1/(2π)Hz变成了1GHz的滤波器电路。2.2定K型低通滤波器设计2.低通滤波器的经典法设计电气工程学院其次，求得待设计滤波器特征阻抗与基准滤波器特征阻抗的比值K。用K值去乘前面所得到所有电感的元件值，即为最终滤波器的电感元件值。用K值去除前面所得到所有电容的元件值，即为最终滤波器的电容元件值。2.2m推演型低通滤波器设计2.低通滤波器的经典法设计电气工程学院由定K型低通滤波器特性我们可以知道，要想滤除截止频率附近的信号，滤波器的阶数要非常多，而m推演型低通滤波器由于存在陷波点，可以轻松滤除截止频率附近的信号但这种滤波器在离截止频率较远的阻带区衰减特性并不好。2.2m推演型低通滤波器设计2.低通滤波器的经典法设计电气工程学院m推演型滤波器的设计有两种方法。•利用m推演型滤波器的定义,根据m推演型归一化LPF的设计参数(表1),再采用与定K型滤波器设计相同的方法,将截止频率从1/(2π)Hz变为100MHz,进而再将特征阻抗从1Ω变为50Ω;•是直接利用m推演型LPF的推演公式直接求得。2.3两种低通滤波器组合2.低通滤波器的经典法设计电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY将两种滤波器串联起来，可以使之构成一个兼具两者优点的滤波器。3.1巴特沃斯型低通滤波器设计3.不同函数响应低通滤波器电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY优点：设计简单，性能方面没有明显缺点，对元件Q值要求较低。具体设计方法是先利用查表法查出归一化设计数据，再如之前设计定K型低通滤波器的步骤计算出响应元件值。3.1巴特沃斯型低通滤波器设计3.不同函数响应低通滤波器电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY3.2切比雪夫型低通滤波器设计3.不同函数响应低通滤波器电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY通带内衰减特性具有等波纹起伏，截止特性变得更加陡峭但群延时特性也变差。3.3贝赛尔型低通滤波器设计3.不同函数响应低通滤波器电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY通带内群延时特性最平坦，因而可以无失真的传送方波，三角波等频谱很宽的信号，但衰减特性不好。3.4逆切比雪夫型低通滤波器设计3.不同函数响应低通滤波器电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY逆切比雪夫LPF特性正好与切比雪夫相反，逆切比雪夫通带内衰减是最大平坦的，而阻带内特性是有起伏的。3.4逆切比雪夫型低通滤波器设计3.不同函数响应低通滤波器电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY逆切比雪夫LPF特性正好与切比雪夫相反，逆切比雪夫通带内衰减是最大平坦的，而阻带内特性是有起伏的。3.4椭圆函数型低通滤波器设计3.不同函数响应低通滤波器电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY椭圆函数LPF特性曲线在通带内和阻带内都有起伏，因此具有最好的截止特性，但最元件的要求特别严格。4.1高通滤波器设计4.其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY高通滤波器的设计步骤是先把归一化LPF变换成归一化HPF，再求待设计HPF的元件值。归一化低通滤波器求所有元件值倒数交换电容器和线圈的位置截止频率变换特征阻抗变换4.1高通滤波器设计4.其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY例：设计截止频率为190MHz，特征阻抗为50Ω的5阶T形巴特沃斯型HPF。首先，查找5阶T型巴特沃斯型LPF设计数据，再把电感变为电容，电容变为电感并对所有求归一化值的倒数。4.1高通滤波器设计4.其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY然后，进行截止频率变换和阻抗变换，得到最终的HPF元件值。4.1高通滤波器设计4.其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY然后，进行截止频率变换和阻抗变换，得到最终的HPF元件值。4.2带通滤波器设计4.其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY带通滤波器的设计步骤是先设计带宽与BPF相同的LPF,再进行元件变换得到BPF。归一化低通滤波器将LPF特征阻抗变为待设计BPF的特征阻抗将归一化LPF变为带宽等于待设计BPF的LPF将LPF电路的基本单元进行变换按规则计算变换后电路元件值4.2带通滤波器设计4.其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY4种LPF-BPF基本电路变换：4.2带通滤波器设计4.其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY4种LPF-BPF基本电路变换：4.2带通滤波器设计4.其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY例：设计带宽为190MHz，中心频率为500MHz，特征阻抗为50Ω的5阶T形巴特沃斯型BPF。由截止频率190MHz，特征阻抗为50欧姆的LPF，再进行电路变换4.2带通滤波器设计4.其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY再通过相应电路变换的计算公式得到BPF的元件值4.3带阻滤波器设计4.其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY带阻滤波器的设计步骤是先设计带宽与BRF相同的HPF,再进行元件变换得到BRF。归一化低通滤波器将HPF特征阻抗变为待设计BRF的特征阻抗将归一化HPF变为带宽等于待设计BRF的HPF将HPF电路的基本单元进行变换按规则计算变换后得到BRF电路元件值归一化高通滤波器4.3带阻滤波器设计4.其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY4种HPF-BRF基本电路变换：4.3带阻滤波器设计4.其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY4种HPF-BRF基本电路变换：4.3带阻滤波器设计4.其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY例：设计阻带带宽为190MHz，中心频率为500MHz，特征阻抗为50Ω的5阶T形巴特沃斯型BRF。先设计截止频率190MHz，特征阻抗为50欧姆的HPF，再进行电路变换4.3带阻滤波器设计4.其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY再通过相应电路变换的计算公式得到BRF的元件值5.总结电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY1.LPF滤波器设计2.HPF滤波器设计5.总结电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY3.BPF滤波器设计4.BRF滤波器设计电气工程学院西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY感谢观看谢谢！