LC滤波器设计学习笔记(一)滤波电路入门
目录
- 前言
- 滤波电路科普
- 主要分类
- 实际情况
- 单位的概念
- 常用评价参数
- 函数型滤波器
- 简单分析滤波电路构成
- 低通滤波器
- RC低通滤波器
- RL低通滤波器
- 高通滤波器
- RC高通滤波器
- RL高通滤波器
部分摘自《LC滤波器设计与制作》,侵权删。
前言
最近需要学习放大电路和滤波电路,但是由于只在之前做音乐频谱分析仪的时候简单了解过一点点运放,所以也是相当从零开始学习了。
滤波电路科普
主要分类
滤波器:主要是从不同频率的成分中提取出特定频率的信号。
有源滤波器:由RC元件与运算放大器组成的滤波器。可滤除某一次或多次谐波,最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联,可对主要次谐波(3、5、7)构成低阻抗旁路。
无源滤波器:无源滤波器,又称LC滤波器,是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路。滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快,但RC网络的节数越多,元件参数计算越繁琐,电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC有源滤波器级联实现。
主要有五种:
(1)低通滤波器(LPF:Low Pass Filter):只选出频率低于某一值的信号。
(2)高通滤波器(HPF:High Pass Filter):只选出频率高于某一值的信号。
(3)带通滤波器(BPF:Band Pass Filter):只允许频率在某一范围内的信号通过。(窄带/宽带)
(4)带阻滤波器(BRF:Band Reject Filter):阻止频率在某一范围内内的信号通过
(5)全通滤波器(APF:All Pass Filter):全部都能通过,但是各个频率的信号延时情况不同,通常应用在系统延时需要进行补偿的时候,也叫延时均衡器(delay equalizer)或移相器(phase shifter)
实际情况
理论和实际有很大的差距:
单位的概念
科普一些概念:
分贝:分贝是我国法定计量单位中的级差单位,表示为dB,其定义为:“两个同类功率量或可与功率类比的量之比值的常用对数乘以10等于1时的级差” 。
而在幅频响应曲线(波特图)中,是20倍电压比值的对数为纵坐标
由此,我们得到了常见的公式,所以还是功率将为原来一半的时候,电压值变为0.707倍,取到的是-3db,也由此选择截止频率
在射频中,有一个单位叫dBm:功率的单位,是功率相对于1mW的值。
常用评价参数
通带增益:滤波器通带内的电压放大倍数。
特征角频率和特征频率fn:只与滤波用的电阻和电容元件的参数有关,通常对于带通(带阻)滤波器,称为带通(带阻)滤波器的中心角频率或中心频率,是通带(阻带)内电压增益最大(最小)点的频率。
截止角频率和截止频率:它是电压增益下降-3db时所对应的角频率。带通和带阻滤波器有两个。
通带(阻带)宽度:它是带通(带阻)滤波器的两个截止频率之差值。
等效品质因素Q:
对于低通和高通:Q为截止频率对应处的增益和通带增益的比值(一般选0.707)
低通的Q对幅频响应变化的影响:
高通的Q对幅频响应变化的影响:
对于带通和带阻:,Q等于中心角频率与通带(阻带)宽度之比
带通的Q:
带阻的Q:
函数型滤波器
理性滤波器实现不了,因此都是按照某个函数的曲线形状设计的。
简单介绍几种的特点:(没看懂,先记录)
简单说明曲线纵坐标:20lg(x/y),-20db:0.1倍;-40db:0.01倍
巴特沃斯滤波器:衰减特性和相位特性都很好,对元器件要求也不高。通带内比较平坦。
如果对衰减特性要求很高,就用切比雪夫型,但对非正弦波信号会产生波形失真的影响。通带内有等波纹起伏。
逆切比雪夫型滤波器的特点是阻带内有等波纹的起伏
椭圆函数型滤波器的特点则是通带内和阻带内都有等波纹起伏。如果滤波特性中有起伏,滤波器的衰减特性截止区就比较陡峭。
贝塞尔型滤波器的衰减特性很差,它的阻带衰减非常缓慢。但是,这种滤波器的相位特性好,因而对于要求输出信号波形不能失真(即不能有相位失真)的场合非常有用。
网上说:一般而言,滤波器阶数越多,过渡带衰减越陡。一阶滤波器的衰减为20db/十倍频。二阶波器的衰减为40db/十倍频,n阶滤波器的衰减为n*20db/十倍频。
简单分析滤波电路构成
原视频: 高通滤波器和低通滤波器-RC,RL电路
低通滤波器
RC低通滤波器
所以当频率升高的时候,Xc的值降低,即输出降低,所以是低通
我们一般称-3db的地方为截止频率,所以也就是电压变成0.707倍的时候。
0.707是为什么?
从下图Xc和XL的计算公式也可以了解到电容通高频阻低频,电感通低频阻高频
RL低通滤波器
把阻抗理解成类似电阻的存在,也会存在分压情况
高通滤波器
RC高通滤波器
RL高通滤波器
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