LC滤波器设计学习教案

1、会计学1LC滤波器设计滤波器设计(shj)第一页，共42页。主要内容电气工程学院滤波器的种类和特性滤波器的种类和特性低通滤波器的经典法设计低通滤波器的经典法设计不同函数响应低通滤波器不同函数响应低通滤波器其他类型滤波器的设计其他类型滤波器的设计总结总结第二页，共42页。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，滤波器的作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。

2、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。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低通滤波器的低通滤波器的方法方法,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滤波滤波器。器。第三页，共42页。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

3、（BRF）第四页，共42页。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第五页，共42页。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个函数形式来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：设计的，所以称其为函数型滤波器，典型的滤波器主要有：第六页，共42页。1.1.滤波器的种类和特性滤波器

4、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 第七页，共42页。2.1 2.1 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11且截止频率为且截止频率为1/1/（22）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： 首先首先(shuxin)(shuxin)通过改变归一化通过改变归一化LPFLPF的元件参数值的元件参数值, ,得到一个得到一个截止频率从归一化截止频率截止频率从归一化

5、截止频率1/(2)Hz1/(2)Hz变为待设计滤波器所要求截变为待设计滤波器所要求截止频率止频率, ,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, ,把归一化特征阻抗把归一化特征阻抗(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, ,从而最终得到所从而最终得到所要设计的滤波器。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第八页，共42页。2.1 2.1 归一化低通滤波器设计归一化低

6、通滤波器设计(shj)(shj)参数参数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：第九页，共42页。2.2 2.2 定定K K型低通滤波器设计型低通滤波器设计(shj)(shj)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第十页，共42页。2.2 2.2 定定K K型低通滤波器设计型低通滤波器设计(shj)(shj)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第十一页，共42页。2.2 2.2 定定K K型低通滤波器设计型低通滤波器设计(shj)(shj)2.2.低通滤波器的经典法设计低通滤波

7、器的经典法设计电气工程学院第十二页，共42页。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1GHz1GHz且特征阻抗为且特征阻抗为5050的的的的3 3阶阶T T形定形定K K型型LPFLPF电路电路 首先，计算首先，计算(j sun)(j sun)待设计滤波器的截止频率与归一化滤波器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截止频率的比值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特得到特性阻抗仍等于基准滤波器特性阻抗性阻抗1

8、1，而截止频率由，而截止频率由1/(2)Hz1/(2)Hz变成了变成了1GHz1GHz的滤波器电路。的滤波器电路。第十三页，共42页。2.2 2.2 定定K K型低通滤波器设计型低通滤波器设计(shj)(shj)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征阻其次，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

9、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。第十四页，共42页。2.2 m2.2 m推演推演(tuyn)(tuyn)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 由定由定K K型低通滤波器特性我们可以知道，要想滤除截止频率附近的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，而信号，滤波器的阶数要非常多，而m m推演型低通滤波器由于存在陷波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

10、阻带区衰减特性并不好。较远的阻带区衰减特性并不好。第十五页，共42页。2.2 m2.2 m推演推演(tuyn)(tuyn)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 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的设计参的设计参数数( (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, ,将截止频率将截止频率从从1/(2)Hz1/(2)Hz变为变为100 MHz,100 MHz

11、,进而再将特征阻抗从进而再将特征阻抗从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。第十六页，共42页。2.3 2.3 两种低通滤波器组合两种低通滤波器组合(zh)(zh)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。第十七页，共42页。3.1 3.1 巴特沃斯型低通滤波器设计巴特沃斯型低通滤波器设计(shj)(shj)3.3.

12、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值要求值要求较低。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。第十八页，共42页。3.1 3.1 巴特沃斯型低通滤波器设计巴特沃斯型低通滤波器设计(shj)(shj)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

13、程学院西安交通大学 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY第十九页，共42页。3.2 3.2 切比雪夫型低通滤波器设计切比雪夫型低通滤波器设计(shj)(shj)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。 第二十页，共42页。3.3 3.3 贝赛尔型低通滤波器设计贝赛尔型低通滤波器设计(shj)(shj)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

14、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波，三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。角波等频谱很宽的信号，但衰减特性不好。 第二十一页，共42页。3.4 3.4 逆切比雪夫型低通滤波器设计逆切比雪夫型低通滤波器设计(shj)(shj)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，逆切比雪夫通带特性正好与切比雪夫相反，逆切比雪夫通带内

15、衰减是最大平坦的，而阻带内特性是有起伏的。内衰减是最大平坦的，而阻带内特性是有起伏的。第二十二页，共42页。3.4 3.4 逆切比雪夫型低通滤波器设计逆切比雪夫型低通滤波器设计(shj)(shj)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，逆切比雪夫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。通带内衰减是最大平坦的，而阻带内特性是有起伏的。第二十三页，共42页。3.4 3.4 椭圆函数型低通滤波器设计椭圆函数型低通滤波

16、器设计(shj)(shj)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，因此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。具有最好的截止特性，但最元件的要求特别严格。第二十四页，共42页。4.1 4.1 高通滤波器设计高通滤波器设计(shj)(shj)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

17、设计步骤是先把归一化LPFLPF变换成归一化变换成归一化HPFHPF，再求待设计，再求待设计HPFHPF的元件值。的元件值。第二十五页，共42页。4.1 4.1 高通滤波器设计高通滤波器设计(shj)(shj)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形巴特沃形巴特沃斯型斯型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，再把电感变设计数据，再把电感变为电

18、容，电容变为电感并对所有求归一化值的倒数。为电容，电容变为电感并对所有求归一化值的倒数。第二十六页，共42页。4.1 4.1 高通滤波器设计高通滤波器设计(shj)(shj)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元件元件值。值。第二十七页，共42页。4.1 4.1 高通滤波器设计高通滤波器设计(shj)(shj)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

19、 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元元件值。件值。第二十八页，共42页。4.2 4.2 带通滤波器设计带通滤波器设计(shj)(shj)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,再进再进行元件变换得到行元件变换得到BPFBPF。第二十九页，共42页。4.2 4.2 带通滤波器设计带通滤波器设计(shj)(shj)4.4

20、.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：第三十页，共42页。4.2 4.2 带通滤波器设计带通滤波器设计(shj)(shj)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：第三十一页，共42页。4.2 4.2 带通滤波器设计带通滤波器设计(shj)(shj)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

21、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，再进行电路，再进行电路变换变换第三十二页，共42页。4.2 4.2 带通滤波器设计带通滤波器设计(shj)(shj)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

22、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的元件值的元件值第三十三页，共42页。4.3 4.3 带阻滤波器设计带阻滤波器设计(shj)(shj)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,再进行再进行元件变换得到元件变换得到BRFBRF。第三十四页，共42页。4.3 4.3 带阻滤波器设计带阻滤波器设计(shj)(shj)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

23、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：第三十五页，共42页。4.3 4.3 带阻滤波器设计带阻滤波器设计(shj)(shj)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：第三十六页，共42页。4.3 4.3 带阻滤波器设计带阻滤波器设计(shj)(shj)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500MHz500