第二章滤波器24

滤波器

滤波器:是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。滤波器概述1、滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。2、主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。3、滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号

4、利用这个特性可以将通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。5、滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净的直流输出。6、最基本的滤波器，是由一个电容器和一个电感器构成，称为L型滤波。所有各型的滤波器，都是集合L型单节滤波器而成。基本单节式滤波器由一个串联臂及一个并联臂所组成，串联臂为电感器，并联臂为电容器。在电源及声频电路中之滤波器，最通用者为L型及π型两种。就L型单节滤波器而言，其电感抗XL与电容抗XC，对任一频率为一常数，其关系为

XL·XC=K21、LC谐振式滤波器

利用LC谐振回路的阻抗特性，可对某一频率滤波，组成各种LC谐振式滤波器。

1）串联谐振式滤波器利用LC回路串联谐振时，对谐振频率的信号回路阻抗最小，而对偏离的信号回路阻抗很大的特性，将其串接在电路中可以取出的信号，而滤除其它信号；将其并接在电路中可以滤除的信号。

2）并联谐振式滤波器利用LC回路并联谐振时，对谐振频率的信号回路阻抗最大，而对偏离的信号回路阻抗很小的特性，将其串接在电路中，可以滤除的信号；将其并接在电路中可以取出的信号，而滤除其它信号。LC谐振式滤波器可通过改变L或C来改变谐振频率，从而较灵活地适应任何频率信号的滤波，在高频电路中广泛使用，但LC回路Q值不高，选择性不理想。2、石英晶体滤波器

1)物理特性（二氧化硅结晶体）

结构：有三个对称轴Z（光）轴、X（电）轴、Y（机械）轴，按与各轴不同角度切割形成不同晶体。在晶片上加金属电极引线，并以金属壳封装或玻璃壳封装，成为石英晶体谐振器。（如图3-15、图3-16）原理：压电效应：外力产生机械振动表面有正负电荷产生或电谐振（正压电效应）；交变电压机械变形振动（反压电效应）

过程:外加交变电压周期振荡电荷周期变化交流流过晶体。石英晶体谐振器2)等效电路及阻抗特性石英晶体谐振器的等效电路。从图可看出,石英晶体谐振器是一串并联的振荡回路。

C0:晶体静电容(极板间电容)LS:质量(惯性)CS:等效弹性模数rS:摩擦损耗串联谐振频率fS:并联谐振频率fP:由于CS<<C0，故fP略高于fS。品质因数:QS=ωSLS/rS,很大，可达几万甚至几百万。带宽：

BS=fS/QS很窄,串、并联电感可拓宽。接入系数:

很小,与外界的耦合弱,应用时并接电容CL(20~30pF),石英晶体的标称值是接CL后的测得的fP值。陶瓷滤波器声表面波滤波器声表面波滤波器是一种以铌酸锂、石英或锆钛酸铅等压电材料为衬底（基体）的一种电声换能元件。

声表面波器件：沿表面传播机械振动波的弹性固体器件。原理：在某些具有压电效应材料（常以铌酸锂或石英等）的基片上，制作叉指换能器，当在叉指两端加有高频信号时，通过压电效应，在基片表面激起同频率的声表面波，并沿轴线方向传播，另一端的叉指换能器将它变为电信号输出频率特性：取决于叉指电极的几何形状，与它的数量、位置和疏密相关，通过改变叉指电极的几何条件，就可控制声表面波的中心频率、带宽、幅度和相位。声表面波滤波器的应用1.各种形式的选频网络在通信电子线路中得到广泛的应用。它能选出我们需要的频率分量和滤除不需要的频率分量，因此掌握各种选频网络的特性及分析方法是很重要的。

2.选频网络可分为两大类。第一类是由电感和电容元件组成的谐振回路，它又分为单振荡回路和耦合振荡回路，第二类是各种滤波器，主要有LC集中滤波器、石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等。

3.串联谐振回路是指电感、电容、信号源三者串联；并联谐振回路是指电感、电容、信号源三者并联。串并联谐振回路的共同点是：当Q值很高时，谐振频率均为通频带均可表示为

串并联谐振回路的不同点是：品质因数的表示形式不同，串联谐振回路中：

4、串联谐振回路谐振时，其电感和电容上的电压为信号源电压的Q倍，称为电压谐振；并联谐振回路谐振时其电感和电容支路的电流为信号源电流的Q倍，称为电流谐振。5、串联谐振回路失谐时，当f>f0时回路呈感性，f<f0时回路呈容性；并联谐振回路失谐时，当f>f0时回路呈容性，f<f0时回路呈感性。6、串并联阻抗等效互换时：X串=X并，R并=Q2R串（Q较大时）

7、回路采用抽头接入的目的是为了减少负载和信号源内阻对回路的影响。8、滤波器主要有LC集中选择性滤波器、石英晶体滤波器、陶瓷波波器和声表面波滤器。根据其各自特点应用到不同场合。其中石英晶体滤波器的Q值最高，选择性最好；声表面波滤波器工作频率高，抗辐射能力强，广泛用于通信设备中。1、谐振频率或确定参数：

2、带宽3、空载品质因数：应用并联等效电阻R0时：

4、并联等效电阻：

例1

设一放大器以简单并联振荡回路为负载,信号中心频率fs=10MHz,回路电容C=50pF,(1)试计算所需的线圈电感值。(2)若线圈品质因数为Q0=100,试计算回路谐振电阻及回路带宽。(3)若放大器所需的带宽BL=0.5MHz,则应在回路上并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求?

解:(1)计算L值。可得将f0以兆赫兹(MHz)为单位,Ｃ以皮法(pF)为单位,L以微亨（μH）为单位，上式可变为一实用计算公式:将f0=fs=10MHz代入,