2022年低通无源滤波器设计-详细

1、低通无源滤波器仿真与分析 一、滤波器定义 所谓滤波器（ filter ）,是一种用来排除干扰杂讯的器件,对输入或输出的信 号中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排除一个特定频率；时不变系统；二、滤波器的分类 常用的滤波器按以下类型进行分类；1 按所处理的信号：按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种；2 按所通过信号的频段一般可实为一个可实现的线性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；低通滤波器： 它答应信号中的低频或直流重量通过,噪声；抑制高频重量或干扰和高通滤波器：它答应信号中的高频重量通过,抑制低频或直流重

2、量；带通滤波器：它答应肯定频段的信号通过,抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声；带阻滤波器：它抑制肯定频段内的信号,答应该频段以外的信号通过；3 按所采纳的元器件 按所采纳的元器件分为无源和有源滤波器两种；仅由无源元件 R、L 和 C组成的滤波器,它是利用电容和电 无源滤波器：感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的；这类滤波器的优点是： 电路比 较简洁,不需要直流电源供电,牢靠性高；缺点是：通带内的信号有能量损耗,负载效应比较明显,使用电感元件时简洁引起电磁感应,当电感 L 较大时滤波 器的体积和重量都比较大,在低频域不适用；有源滤波器：由无源元件 一般用 R 和 C和有源器件 如集成运

3、算放大器） 组 成；这类滤波器的优点是：通带内的信号不仅没有能量损耗,而且仍可以放大,负载效应不明显, 多级相联时相互影响很小, 利用级联的简洁方法很简洁构成高 阶滤波器,并且滤波器的体积小、 重量轻、不需要磁屏蔽 由于不使用电感元件） ；缺点是：通带范畴受有源器件如集成运算放大器）的带宽限制,需要直流电源供电,牢靠性不如无源滤波器高,在高压、高频、大功率的场合不适用；4 依据阶数来分 通过传递函数的阶数来确定滤波器的分类；三、网络的频率响应在时域中,设输入为xt,输出为yt,滤波器的脉冲响应函数为Yht；转换到频域,鼓励信号为X j,经过一个线性网络得到的响应信号为 j；就传递函数HjYjF

4、1Xjjw其中,传递函数的极点是网络的固有频率；负的网络是稳固的；而一个传递函数全部极点的实部均为一个网络的传递函数包蕴了网络的全部属性；幅频特性和相频特性Yj|HAyejyHj|Hj|ejAxejxXj幅度增益A y|与构成幅频特性曲线；jA x相位变化yx与构成相频特性曲线；四、低通滤波器的一些概念1、单位分贝：是用对数的方式描述相对值,无量纲；B 贝尔（A/B ）贝尔 =lg（A/B ）=lgA-lgB dB 分贝（A/B ）分贝 =10 1g（A/B ）对于幅频响应,A y| H j |A x| H j | dB 20 lg| H j |其中 3dB ：功率为 2倍（ 10*1g2=3

5、.01）,电压或电流为 1.414倍；2、低通滤波器英文名称： low-pass filter 简称为 LPF；低通滤波器是让某一频率以下的信号重量通过,而对该频率以上的信号重量大大抑制的电容、电感与电阻等器件的组合装置；抱负低通滤波器能够让直流始终到截止频率为cf的全部信号都没有任何缺失的通过；让高于截止频率 cf 的全部信号全部丢失 .3、描述滤波器性能的基本参数：1.截止频率如滤波器在通频带内的增益为K,就当其增益下降到即下降了 3dB时所对应的频率被称为截止频率；2.带宽 B 对于低通或带通滤波器,带宽是指其通频带宽度,对于高通或带阻滤波器,带宽是指其阻带宽度；带宽打算着滤波器分别信号

6、中相邻频率成分的才能；3.品质因数 Q Q 定义为带通或带阻滤波器的中心频率fc 与带宽 B 之比,即品质因数 Q 的大小反映了滤波器频率挑选才能的高低；4.倍频程挑选性 是指在 f02 与 2f02 之间,或在 f01 与 f01/2 之间,幅频特性的衰减值,即频率变化一个倍频程时幅频特性的衰减量,用 以外的频率成分的衰减才能；4、低通滤波器的幅频特性dB 表示,它反映了滤波器对通频带c被称为截止频率,是功率为最大值一半的点,也是带宽下降 3dB 的点；5、滤波器作用：下图是对滤波器作用的说明；由0.7KHz 和 17KHz的两个正弦波所合成的信号,经过只答应频率低于1KHz 的信号通过的R

7、C 滤波器之后,输出端只能检测到0.7KHz 的正弦波信号；通过 Multisim 对滤波器作用的仿真如下如下列图, 红色波形为输入信号的波形,它是两个信号的叠加； 经过滤波后得到的蓝色波形是低频的波形, 由于电阻分压的关系, 得到的信号波形不是非常抱负,放大以后可以看到波形不是很光滑,是由于受到前端电阻的影响,得到的幅度也比输入波形小许多,但却是一个 映出了此滤波器的低通特性；五、低通滤波器设计 电容的阻抗以及频率响应特点0.7kHz 的正弦信号；因此通过模拟仍反Zjj1C 0,|Zjj| 低频下相当于断路|0 高频下相当于短路 ,|Z电感的阻抗以及频率相应特点ZjjL 0,|Zjj|0 低

8、频下相当于短路 ,|Z| 高频下相当于断路极点j1 ,当 RC0 时电路稳固；RC5.1 一阶 RC 低通滤波器频率响应|Hj|11RC 2；1=-3dB 幅频特性：相频特性：RarctanRC ；1jC1Hj/1jC 11jC| H|截止角频率c时,振幅RC2式中为 输入信号的角频率,令 =RC为回路的时间常数,就有fC2c2121,Cf 为截止频率；RC通过 Multisim进行模拟得到截止频率为1K Hz的 RC滤波器幅频和相频特性曲线, =RC=0.1592ms,只需要 RC的乘积为此值既可；取 波器电路,进行模拟；R=1K ,C=0.15 设计出滤得到的频谱图和相位图如下列图；可以看到在 -3dB 的截止点, 频率为 1kHz 所以满意设计要求；在相位图上可以看到该点对应的角度为 45 ；总结：适当转变电路中 R或 C的取值,可转变截止频率；设计低通滤波器时,应使截止频率大于有用信号的频率；依据截止频率,算出时间常数 =RC的值,然后依据需要选取所需的电阻与电感既可；不过 和较高的负载阻抗下才比较好的成效；5.2 二阶 RC 低通滤波器RC滤波器在较低的信号源阻抗采纳 1 阶无源 RC 滤