《LC滤波器设计》PPT课件.ppt
RC滤波器的设计 电气工程学院主要内容电气工程学院1.1.滤波器的种类和特性滤波器的种类和特性2.2.低通滤波器的经典法设计低通滤波器的经典法设计3.3.不同函数响应低通滤波器不同函数响应低通滤波器4.4.其他类型滤波器的设计其他类型滤波器的设计5.5.总结总结1.1.滤波器的种类和特性滤波器的种类和特性电气工程学院1.1 LC1.1 LC滤波器滤波器 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。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。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本节主要介绍了依据归一化LPF设计所需的设计所需的LC低通滤波器低通滤波器的方法的方法,该方法既不必进行复杂运算该方法既不必进行复杂运算,又能设计出令人满意的又能设计出令人满意的LC滤波器。滤波器。1.1.滤波器的种类和特性滤波器的种类和特性电气工程学院1.1.2 2 理想滤波器特性理想滤波器特性 低通滤波器低通滤波器（LPF）高通滤波器高通滤波器（HPF）带通滤波器带通滤波器（BPF）带阻滤波器带阻滤波器（BRF）1.1.滤波器的种类和特性滤波器的种类和特性电气工程学院1.1.2 2 实际滤波器特性实际滤波器特性 实际滤波器对信号的衰减是缓慢变化的实际滤波器对信号的衰减是缓慢变化的1.1.滤波器的种类和特性滤波器的种类和特性电气工程学院1.1.2 2 函数型滤波器特性函数型滤波器特性 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：器主要有：1.1.滤波器的种类和特性滤波器的种类和特性电气工程学院1.1.2 2 函数型滤波器特性函数型滤波器特性 2 2.1 1 归一化低通滤波器设计参数归一化低通滤波器设计参数 归一化归一化LPFLPF，是指特征阻抗为，是指特征阻抗为1 1且截止频率为且截止频率为1/1/（2 2）HzHz的的LPFLPF，归一化得，归一化得LPFLPF设计数据可以查表得到。设计数据可以查表得到。计算所设计计算所设计LCLC原件参数的计算方法为：原件参数的计算方法为：首先通过改变归一化首先通过改变归一化LPFLPF的元件参数值的元件参数值,得到一个截止频率得到一个截止频率从归一化截止频率从归一化截止频率1/(2)Hz1/(2)Hz变为待设计滤波器所要求截止频变为待设计滤波器所要求截止频率率,而特征阻抗仍等于归一化特征阻抗而特征阻抗仍等于归一化特征阻抗11的过渡性滤波器的过渡性滤波器;然然后再通过改变这个过渡性滤波器的元件参数值后再通过改变这个过渡性滤波器的元件参数值,把归一化特征把归一化特征阻抗阻抗(1)(1)也变换成待设计滤波器所要求的特征阻抗也变换成待设计滤波器所要求的特征阻抗,从而最终从而最终得到所要设计的滤波器。得到所要设计的滤波器。2.2.低通滤波器的经典法设计低通滤波器的经典法设计电气工程学院2 2.1 1 归一化低通滤波器设计参数归一化低通滤波器设计参数2.2.低通滤波器的经典法设计低通滤波器的经典法设计电气工程学院频率变换：频率变换：阻抗变换：阻抗变换：2 2.2 2 定定K K型低通滤波器设计型低通滤波器设计2.2.低通滤波器的经典法设计低通滤波器的经典法设计电气工程学院2 2.2 2 定定K K型低通滤波器设计型低通滤波器设计2.2.低通滤波器的经典法设计低通滤波器的经典法设计电气工程学院2 2.2 2 定定K K型低通滤波器设计型低通滤波器设计2.2.低通滤波器的经典法设计低通滤波器的经典法设计电气工程学院2 2.2 2 定定K K型低通滤波器设计型低通滤波器设计例：设计截止频率为例：设计截止频率为1GHz且特征阻抗为且特征阻抗为50的的的的3阶阶T形定形定K型型LPF电路电路 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频率的比值M M2.2.低通滤波器的经典法设计低通滤波器的经典法设计电气工程学院 用归一化用归一化LPFLPF原件值除以原件值除以M M得到特性阻抗仍等于基准滤波器得到特性阻抗仍等于基准滤波器特性阻抗特性阻抗11，而截止频率由，而截止频率由1/(2)Hz1/(2)Hz变成了变成了1GHz1GHz的滤波器电的滤波器电路。路。2 2.2 2 定定K K型低通滤波器设计型低通滤波器设计2.2.低通滤波器的经典法设计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征阻抗的比值K K。用用K K值去乘前面所得到所有电感的元件值，即为最终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。用滤波器的电感元件值。用K K值去除前面所得到所有电容的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。元件值，即为最终滤波器的电容元件值。2 2.2 2 m m推演型低通推演型低通滤波器设计滤波器设计2.2.低通滤波器的经典法设计低通滤波器的经典法设计电气工程学院 由定由定K K型低通滤波器特性我们可以知道，要想滤除截止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，而频率附近的信号，滤波器的阶数要非常多，而m m推演型低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。不好。2 2.2 2 m m推演型低通推演型低通滤波器设计滤波器设计2.2.低通滤波器的经典法设计低通滤波器的经典法设计电气工程学院 m m推演型滤波器的设计有两种方法。推演型滤波器的设计有两种方法。利用利用m m推演型滤波器的定义推演型滤波器的定义,根据根据m m推演型归一化推演型归一化LPFLPF的设的设计参数计参数(表表1),1),再采用与定再采用与定K K型滤波器设计相同的方法型滤波器设计相同的方法,将将截止频率从截止频率从1/(2)Hz1/(2)Hz变为变为100 MHz,100 MHz,进而再将特征阻抗进而再将特征阻抗从从11变为变为50;50;是直接利用是直接利用m m推演型推演型LPFLPF的推演公式直接求得。的推演公式直接求得。2 2.3 3 两种两种低通低通滤波器组合滤波器组合2.2.低通滤波器的经典法设计低通滤波器的经典法设计电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 将两种滤波器串联起来，可以使之构成一个兼具两者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。优点的滤波器。3 3.1 1 巴特沃斯巴特沃斯型低通型低通滤波器设计滤波器设计3.3.不同函数响应低通滤波器不同函数响应低通滤波器电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 优点：设计简单，性能方面没有明显缺点，对元件优点：设计简单，性能方面没有明显缺点，对元件Q Q值要求较低。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，具体设计方法是先利用查表法查出归一化设计数据，再如之前设计定再如之前设计定K K型低通滤波器的步骤计算出响应元件值。型低通滤波器的步骤计算出响应元件值。3 3.1 1 巴特沃斯巴特沃斯型低通型低通滤波器设计滤波器设计3.3.不同函数响应低通滤波器不同函数响应低通滤波器电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY3 3.2 2 切比雪夫切比雪夫型低通型低通滤波器设计滤波器设计3.3.不同函数响应低通滤波器不同函数响应低通滤波器电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 通带内衰减特性具有等波纹起伏，截止特性变得更加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。陡峭但群延时特性也变差。3 3.3 3 贝赛尔贝赛尔型低通型低通滤波器设计滤波器设计3.3.不同函数响应低通滤波器不同函数响应低通滤波器电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 通带内群延时特性最平坦，因而可以无失真的传送方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。波，三角波等频谱很宽的信号，但衰减特性不好。3 3.4 4 逆切比雪夫逆切比雪夫型低通型低通滤波器设计滤波器设计3.3.不同函数响应低通滤波器不同函数响应低通滤波器电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 逆切比雪夫逆切比雪夫LPFLPF特性正好与切比雪夫相反，逆切比雪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。夫通带内衰减是最大平坦的，而阻带内特性是有起伏的。3 3.4 4 逆切比雪夫逆切比雪夫型低通型低通滤波器设计滤波器设计3.3.不同函数响应低通滤波器不同函数响应低通滤波器电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 逆切比雪夫逆切比雪夫LPFLPF特性正好与切比雪夫相反，逆切比雪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。夫通带内衰减是最大平坦的，而阻带内特性是有起伏的。3 3.4 4 椭圆函数椭圆函数型低通型低通滤波器设计滤波器设计3.3.不同函数响应低通滤波器不同函数响应低通滤波器电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 椭圆函数椭圆函数LPFLPF特性曲线在通带内和阻带内都有起伏，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。因此具有最好的截止特性，但最元件的要求特别严格。4.14.1 高通滤波器设计高通滤波器设计4.4.其他类型滤波器的设计其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 高通滤波器的设计步骤是先把归一化高通滤波器的设计步骤是先把归一化LPFLPF变换成归一变换成归一化化HPFHPF，再求待设计，再求待设计HPFHPF的元件值。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4.14.1 高通滤波器设计高通滤波器设计4.4.其他类型滤波器的设计其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY例：设计截止频率为例：设计截止频率为190MHz190MHz，特征阻抗为，特征阻抗为5050的的5 5阶阶T T形巴形巴特沃斯型特沃斯型HPFHPF。首先，查找首先，查找5 5阶阶T T型巴特沃斯型型巴特沃斯型LPFLPF设计数据，再把电设计数据，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。感变为电容，电容变为电感并对所有求归一化值的倒数。4.14.1 高通滤波器设计高通滤波器设计4.4.其他类型滤波器的设计其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 然后，进行截止频率变换和阻抗变换，得到最终的然后，进行截止频率变换和阻抗变换，得到最终的HPFHPF元件值。元件值。4.14.1 高通滤波器设计高通滤波器设计4.4.其他类型滤波器的设计其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 然后，进行截止频率变换和阻抗变换，得到最终的然后，进行截止频率变换和阻抗变换，得到最终的HPFHPF元件值。元件值。4.24.2 带通滤波器设计带通滤波器设计4.4.其他类型滤波器的设计其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 带通滤波器的设计步骤是先设计带宽与带通滤波器的设计步骤是先设计带宽与BPFBPF相同的相同的LPF,LPF,再进行元件变换得到再进行元件变换得到BPFBPF。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4.24.2 带通滤波器设计带通滤波器设计4.4.其他类型滤波器的设计其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY4 4种种LPF-BPFLPF-BPF基本电路变换：基本电路变换：4.24.2 带通滤波器设计带通滤波器设计4.4.其他类型滤波器的设计其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY4 4种种LPF-BPFLPF-BPF基本电路变换：基本电路变换：4.24.2 带通滤波器设计带通滤波器设计4.4.其他类型滤波器的设计其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY例：设计带宽为例：设计带宽为190MHz190MHz，中心频率为，中心频率为500MHz500MHz，特征阻抗为，特征阻抗为5050的的5 5阶阶T T形巴特沃斯型形巴特沃斯型BPFBPF。由截止频率由截止频率190MHz190MHz，特征阻抗为，特征阻抗为5050欧姆的欧姆的LPFLPF，再进，再进行电路变换行电路变换4.24.2 带通滤波器设计带通滤波器设计4.4.其他类型滤波器的设计其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 再通过相应电路变换的计算公式得到再通过相应电路变换的计算公式得到BPFBPF的元件值的元件值4.34.3 带阻滤波器设计带阻滤波器设计4.4.其他类型滤波器的设计其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 带阻滤波器的设计步骤是先设计带宽与带阻滤波器的设计步骤是先设计带宽与BRFBRF相同的相同的HPF,HPF,再进行元件变换得到再进行元件变换得到BRFBRF。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4.34.3 带阻滤波器设计带阻滤波器设计4.4.其他类型滤波器的设计其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY4 4种种HPF-BRFHPF-BRF基本电路变换：基本电路变换：4.34.3 带阻滤波器设计带阻滤波器设计4.4.其他类型滤波器的设计其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY4 4种种HPF-BRFHPF-BRF基本电路变换：基本电路变换：4.34.3 带阻滤波器设计带阻滤波器设计4.4.其他类型滤波器的设计其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY例：设计阻带带宽为例：设计阻带带宽为190MHz190MHz，中心频率为，中心频率为500MHz500MHz，特征阻，特征阻抗为抗为5050的的5 5阶阶T T形巴特沃斯型形巴特沃斯型BRFBRF。先设计截止频率先设计截止频率190MHz190MHz，特征阻抗为，特征阻抗为5050欧姆的欧姆的HPFHPF，再进行电路变换再进行电路变换4.34.3 带阻滤波器设计带阻滤波器设计4.4.其他类型滤波器的设计其他类型滤波器的设计电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 再通过相应电路变换的计算公式得到再通过相应电路变换的计算公式得到BRFBRF的元件值的元件值5.5.总结总结电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY1.LPF1.LPF滤波器设计滤波器设计 2.HPF2.HPF滤波器设计滤波器设计 5.5.总结总结电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY3.BPF3.BPF滤波器设计滤波器设计 4.BRF4.BRF滤波器设计滤波器设计 电气工程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY感谢观看 谢 谢！
