滤波器的设计课件.ppt

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1、滤波器的设计滤波的作用去除没用的、不关心的成分，挑出有用的、关心的成分（主要针对频率特性）滤波器的种类与特性滤波器分类：有源滤波、无源滤波有源滤波：基于运放与外围电路的组合，外围电路可以是RC、LC，此类滤波器包括贝塞尔滤波器、巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器无源滤波：多基于LC网络，LC网络需要做端接阻抗匹配有源滤波的特性有源滤波适用于低频段（<100kHz）的滤波。若使用无源滤波用于低频段，大容量的L、C值不容易获取、体积大、误差大有源滤波利用了运放的特性（天然的低通），外围多用RC，容易获取，不会受分布电抗的影响，无源滤波器的LC网络易受分布

2、电抗的影响有源滤波运放输入阻抗高，输出阻抗小，具有缓冲作用，与外围电路连接容易无源滤波的特性适用于频率较高的场合（>100kHz）高速运放成本高，易引入噪声无源滤波在频率较高时L、C的值小电路简单方便接线要短而粗，避免分布参数的影响有源滤波器的分析3阶传递函数幅频特性与零极点图一阶节T(s)=1/(s+1)(b)同相放大器(c)反相放大器(d)(e)R、C位置对换，变为高通一阶RC高通用于耦合交流，小信号放大时，为了防止直流放的过大，将信号先放大较小的倍数，然后耦合掉直流再放大二阶节与三阶节4阶以上的滤波器（串联）偶数阶用二阶滤波器串联，不存在实数极点奇数阶

3、增加一个实数极点，用一个三阶和若干个二阶级联一般情况下为4~7阶4~7阶归一化巴特沃斯传递函数巴特沃斯幅频响应图解归一化——确定参数思路：令电阻R=1Ω，再将所有的电抗元件（L、C）均除以一个频率标度系数FSF，就可以把一个已知滤波器响应标定到不同频率范围FSF=要求的参考频率/现在的参考频率=2πfc（fc为要求的截止频率）/(1rad/s)问题：电阻与实际不符、电容过大、电感过小解归一化——确定参数用阻抗标度系数Z解决电阻、电感值乘以Z，电容值除以Z归一化的结果：R’=R*ZL’=L*Z/FSFC’=C/(FSF*Z)实例一设计一个有源低通滤波器，要求在

4、75Hz时衰减为3dB，在150Hz时最小衰减为30dB，增益为1As=150/72=2,要求滤波器在2rad/s时最小衰减为30dB，由图5阶以上的滤波器满足要求5阶=2阶+3阶确定R,C的归一化值C1=1.753，C2=1.354，C3=0.4214C1=3.235，C2=0.3090解归一化：若在低频段，Z值应大，反之Z小取Z=R=50kΩ，FSF=2π*fc=471.2C1’=C1/（FSF*Z）=0.074uF，C2’=0.057uF，C3=0.018uFC1’=0.137uF，C2‘=0.013uF含增益滤波器必须使用增益滤波器增益滤波器一般有单

5、节和二阶节单节具有一个实数极点-1，用在奇数阶滤波器中，二阶节具有一对复数极点，用在偶数阶中单节放在滤波器的最后一节二阶节放在滤波器的首节贝塞尔滤波器延迟特性好，适合多频信号的滤波（如调制信号）电路设计方法与巴特沃斯滤波器相同贝塞尔滤波器归一化参数表贝塞尔滤波器幅频特性切比雪夫滤波器有源高通基本方法用1/s替代归一化中的s，可以获得高通滤波器注意运放本身的GBW实例二设计一个有源滤波器：要求在300Hz处衰减3dB，在100Hz处最小衰减40dB，增益为1As=300/100=3（对于低通，5阶以上巴特沃斯满足要求）将低通转换成高通确定电路形式：电容代替电阻

6、，电阻代替电容R,C归一化，后转换成高通的参数值R=1/C前3阶：R1=0.5705Ω，R2=0.7386Ω，R3=2.373Ω后2阶：R1=0.3091Ω，R2=3.236Ω解归一化：Z=C/(FSF*C’)则R=R’*Z带通滤波器带通=低通+高通级联不要求滤波器类型一致，如巴特沃斯低通+切比雪夫高通大多数情况采用同类型级联，不同类型级联中间要加缓冲电路（射随器）带阻滤波器高通+低通思路同上无源滤波的电路实现常用形式巴特沃斯滤波器椭圆滤波器巴特沃斯滤波器：LC为π型或T型波节组合而成椭圆滤波器：并联或串联LC节组成前级（源端）LC滤波器后级（负载）无源滤波

7、器的设计方法先根据Rs和RL的制约和衰减要求查表得到L、C的归一化参数值以Rs为阻抗标度解归一化得到阻抗匹配的实际滤波器电路适合用于功放电路中，尤其是射频领域具体设计存在的问题前级运放输出阻抗无穷小（理想），实际有几十Ω在前级运放的输出端加电阻，使运放的输出阻抗和后级运放的输入阻抗相差不多，便于L、C参数的设计端接电阻会引起插入损耗→影响Q值→谐振频率点偏移实际电路中的阻抗匹配算出一组参数值，直接做阻抗匹配巴特沃斯π型：处理Rs=∞的情况T型：处理Rs=0的情况规定：RL/Rs>20时，认为Rs足够小，归于Rs=0的情况巴特沃斯低通的形式Π型连接图T型连接图

8、巴特沃斯滤波器LC的归一化参数表使用说明n为滤波器的