滤波器和衰减器的电路设计

一、滤波器影象参数法的设计 滤波器是一种典型的选频电路，在给定的频段内，理论上它能让信号无衰减地通过电路，这一段称为通带外的其他信号将受到很大的衰减，具有很大衰减的频段称为阻带，通带与阻带的交界频率称为截止频率，对滤波器的基本要求是：（1）通带内信号的衰减要小，阻带内信号的衰减要大，由通带过渡到阻带的衰减特性陡直上升；（2）通带内的特性阻抗要恒为常数，以便于阻抗匹配。 滤波器的分类如下： 滤波器：1、无源滤波器 2、有源滤波器， 无源滤波器又分为：RC滤波器和LC滤波器，RC滤波器又分为：1 低通RC滤波器 2 高通RC滤波器 3 带通RC滤波器 LC滤波器又分为：1 低通LC滤波器 2 高通LC滤波器 3 带阻LC滤波器 4 带通LC滤波器 有源滤波器又分为：1 有源高通滤波器 2 有源低通滤波器 3 有源带通滤波器 4 有源带阻滤波器 目前滤波器的分析和设计方法有两种：一是影像参数分析法，二是工作参数分析法（又称综合法）。前者设计简单，易于掌握，但这种滤波器的实测滤波特性与理论上的预定特性差别较大，在通带内又不能取得良好阻抗匹配，很难满足对滤波特性精度高的要求；后者是以网络综合理论为基础的分析方法，它选区找出与理想滤波特性相近似的网络函数，然后根据综合方法实现该网络函数，由这种方法设计出来的滤波器，实测的滤波特性与理论预定特性十分接近，所以适合于高精度的滤波器设计要求。 1.RC滤波器[见表一] 表一 RC滤波器 高通滤波器 低通滤波器 带通滤波器 多级滤波器 电路 (a) (b) (c) (d) 计 算 公 式 三 分 贝 fc≈1/6.28RC fc≈1/6.28RC fL≈1/[6.28C2(RL+RB)] fH≈(RL+RB)/6.28C1RLRB 一 分 贝 fc≈1/3.2RC fc≈1/3.2RC fL≈1/3.2C2(RL+RB) fH≈(RL+RB)/[3.2C1RLRB 计算实例 已知：fc=10kHz R=1kΩ 则3分贝的电容值为: C≈1/6.28fcR =1/6.28×10×10 ×10 ≈0.015μF 已知fc=1kHZ R=3kΩ 则3分贝的电容值为: C≈1/6.28fcR =1/6.28×10×10 ×10 ≈0.015μF 已知：fH=200kHz,fL=15kHz 输入阻抗为10，输出阻抗为5kΩ ∵输入端和输出端要阻抗匹配 ∴令RL=10kΩ,RB=5kΩ,若按3分贝公式计算，则 C≈(RL+RB)/6.28fHRLRB=(10+5)×10 /6.28×200×10 ×10×5×10 =240pF C2≈1/6.28×15×10 ×(10+5)10 ≈680pF 特点 RC滤波器适用于滤除音频信号的一种简单滤波器，由于电容器的电抗随频率升高而减小，所以若串臂接电容C，并臂接电阻R就构成了高通滤波器 低通滤波器的串臂接电阻R，并臂接电容C，由于电容器的容抗随频率升高而减小，所以信号的高频成分不能通过滤波器 fL为下限截止频率，fH为上限截止频率，通常fH>10fL以上，才能避免组合电路之间的显著干扰 由于单级RC滤波器的过滤特性缓慢，若要暗加过滤特性的陡度可使用多级的RC滤波器，由图可见，每增加一级RC滤波器，其截止频率上的分贝衰减量将增加16dB 注明 上述公式的单位是：R、RL、RB为Ω，C、C1、C2、为F，fc、fL、fH为Hz 2.LC滤波器 LC滤波器适用于高频信号的滤波，它由电感L和电容C所组成，由于感抗随频率增加而增加，而容抗随频率增加而减小，因此LC低通滤波器的串臂接电感，并臂接电容，高通滤波器的L、C位置，则与它相反，通常，LC滤波器有两类，一是定K式LC滤波器，二是m推演式LC滤波器。 K式滤波器是指串臂阻抗Z1和并臂阻抗Z2的