无源低通滤波器分析

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------无源低通滤波器分析一、研究目的滤波器是一种选择装置，它对输入信号处理，从中选出某些特定信号作为输出。如果滤波器主要由无源元件R、L、C构成，称为无源滤波器。滤波器按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。针对电气专业的实际特点，文中主要对无源低通滤波器进行分析讨论，并希望总结出无源滤波器在实际工程应用中的相关选用原则。要求:1、分析讨论无源低

2、通滤波器的各基本形式；2、通过仿真测试滤波器实际效果并分析结果；3、总结滤波器选用原则和体会二、滤波器类型简介无源滤波器通常是以L-C、R-C等无源器件组成的一种只允许通过给定的频带信号而阻止其它频率信号通过的选频网络。工业电源中一般把400HZ以下的电源称为工频电源，400-10KHZ的电源称为中频电源，10KHZ以上称为高频电源。用于交流电源输入端滤除电源网络中高频干扰的低通滤波器，整流电路中用于滤除纹波的平滑滤波器，用于抑制放大器产生低频振荡为目的的电源去耦滤波器等，都属于无源滤波器的范畴。而RC电路多用于低频、功率输出较小的场合，LC电

3、路适用于高频应用场合。按滤波器结构分类，常用的基本形式有L型、倒L型、T型、π型等电路形式。图1、L型、倒L型、T型、π型电路形式——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------三、滤波元件特性常用元器件低频特性和高频特性：图2、元器件低频特性和高频特性图电感L的基本特性为通直阻交，电路中具有稳定电流的作用。高频时电感的阻抗与频

4、率呈现如下关系图3、电感高频特性图电容C的基本特性为通交阻直，电路中具有稳定电压的作用。按功能可分为1、旁路电容2、去耦电容3、滤波电容。高频时电容的阻抗与频率呈现如下关系：图4、电容高频特性图滤波电容不是理想的低通滤波器，存在ESL和ESR，是以自谐振点为中心的带通滤波器。同为0805封装的陶瓷电容，0.01μf的电容比0.1μf的电容有更好的高频滤波特性，实际使用中要注意选择合适的电容。第四章滤波器仿真环境本文的仿真使用电路仿真软件Multisim，图为部分Multisim仿真电路：图5、电路仿真部分原理图滤波器的输出与输入关系常常通过电压

5、转移函数H(S)来描述，电压转移函数又称为电压增益函数，它的定义为——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------Ts=Uo(s）Ui(s)（1-1）式中UO(S)、Ui(S)分别为输出、输入电压的拉氏变换。在正弦稳态情况下，S=jω，电压转移函数可写成Tjω=Uo(jω)Ui(jω)=

6、Tjω

7、ejφω（1-2）式中

8、Hjω

9、

10、表示输出与输入的幅值比，称为幅值函数或增益函数，它与频率的关系称为幅频特性；φ(ω)表示输出与输入的相位差，称为相位函数，它与频率的关系称为相频特性。幅频特性与相频特性统称滤波器的频率响应。滤波器设计中，我们将截止频率ωc用来说明电路频率特性指标的特殊频率。当保持电路输入信号的幅度不变，改变频率使输出信号降至最大值的0.707倍。RC网络L型RC滤波其电压转移函数为1Ts=R+=1RCs+1（1-3）令T=RC，该电路电压转移函数仅有一个单阶极点，在s平面的负实轴上。其幅频特性

11、Tjω

12、=相频特性（1-4）φω=?tan?1(ω)，（1-5）当

13、ω=0时，

14、Tjω

15、→1，即滤波器对直流信号不衰减；当ω→ωc时，

16、Tjω

17、→，2当ω→∞时，

18、Tjω

19、→0，高频信号最终衰减至0。——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------当ω=0时，φjω=0，当ω=ωc时，φjω=?45°，当ω→∞时，φjω=?90°相位最终滞后90。式中截止频率ωc=RC该电路为一阶惯性环节，T越

20、大，放电越慢，脉动越小，即滤波效果越好。（注:该电压转移函数是当负载阻抗RL≥R时，得到的近似电压转移函数。）1倒L型RC滤波1Ts=sCsC=1（1