LC濾波器簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)法

　　濾波器按照通帶特性分類有：低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）、帶阻濾波器（BRF）、全通濾波器（APF）。關(guān)于全通濾波器說明一下，從頻率的選擇上沒有什么特別的作用，因?yàn)樗静痪邆溥x頻特性，那么這個(gè)濾波器有什么用呢？當(dāng)信號(hào)通過這個(gè)濾波器時(shí)，不會(huì)損失任何頻率成分，但是信號(hào)所包含的各頻成分的延時(shí)會(huì)隨頻率不同而不同，那么這個(gè)濾波器的作用就是改變信號(hào)延時(shí)，常用在對(duì)系統(tǒng)延時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合，也成為移相器。

　　大家都知道理想的濾波器矩形窗是很難實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)時(shí)使用某個(gè)函數(shù)逼近窗函數(shù)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣的濾波器設(shè)計(jì)方法稱為函數(shù)型濾波器，根據(jù)函數(shù)對(duì)濾波器進(jìn)行分類：

　　巴特沃斯型濾波器，在通帶內(nèi)響應(yīng)最為平坦。

　　圖1巴特沃斯型濾波器

　　切比雪夫型濾波器（等波紋濾波器），截止頻率特別好，群延時(shí)特性不太好，通帶內(nèi)有等波紋起伏。

　　圖2切比雪夫型濾波器

　　逆切比雪夫型濾波器（巴特沃斯-切比雪夫?yàn)V波器），阻帶內(nèi)有零點(diǎn)（陷波點(diǎn)），橢圓濾波器有更好的截止特性，因此并不經(jīng)常使用。

　　橢圓濾波器（聯(lián)立切比雪夫?yàn)V波器），通帶內(nèi)有起伏，阻帶內(nèi)有零點(diǎn)（陷波點(diǎn)），截止頻率比其他濾波器都好，但是對(duì)器件要求很高。

　　貝塞爾型濾波器（延時(shí)最平伏濾波器），通帶內(nèi)延時(shí)特性最為平坦，截止特性特別差。

　　圖5貝塞爾濾波器

　　一般沒有特別要求可以選擇巴特沃斯濾波器，衰減特性和相位特性都比較好。對(duì)衰減特性有要求的情況，可以選擇切比雪夫?yàn)V波器，但是其相位特性不是很好，對(duì)非正弦信號(hào)會(huì)產(chǎn)生失真。對(duì)相位特性由要求的情侶，可以選擇貝塞爾濾波器，輸出信號(hào)一般不會(huì)失真。一般濾波器通帶內(nèi)有起伏，則衰減特性會(huì)比較好。

　　低通濾波器設(shè)計(jì)（LPF）

　　以上基于函數(shù)的濾波器設(shè)計(jì)都是現(xiàn)代模擬濾波器設(shè)計(jì)的典型方法，比較古典的基于映像參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)方法上比較簡(jiǎn)單，但是相較則截止頻率不準(zhǔn)確、性能較差。

　　定K型濾波器，以變量f作為截止頻率，計(jì)算時(shí)只需要將f換成實(shí)際截止頻率即可。

　　圖62~10階定K型LPF濾波器衰減特性

　　依據(jù)歸一化LPF設(shè)計(jì)定K型濾波器

　　計(jì)算步驟：歸一化低通濾波器——》截止頻率變換——》特征阻抗變換

　　M=（待設(shè)計(jì)濾波器的截止頻率）/（基準(zhǔn)濾波器的截止頻率）

　　K=（待設(shè)計(jì)濾波器的特征阻抗）/（基準(zhǔn)濾波器的特征阻抗）

　　電感值計(jì)算：L‘=（L*K）/M

　　電容值計(jì)算：C’=C/（K*M）

　　例如：2階定K型歸一化LPF電路，截止頻率為1/（2*pi）（pi代表數(shù)學(xué)圓周率），特征阻抗為1歐姆。

　　圖7歸一化2階定K型LPF

　　設(shè)計(jì)截止頻率為1KHz，特征阻抗為50歐姆的LPF定K型濾波器。

　　由此可以得到所設(shè)計(jì)的濾波器：

　　圖8截止頻率為1KHz，特征阻抗為50歐姆的定K型LPF

　　使用multisim對(duì)設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行仿真：

　　圖9仿真電路

　　可以得到仿真幅頻特性曲線：

　　圖10仿真幅頻特性曲線結(jié)果

　　圖11仿真相頻特性曲線結(jié)果

　　用軟件仿真結(jié)果還是可以的，對(duì)于實(shí)際電路就需要進(jìn)行實(shí)際的測(cè)試了。

　　以上過程給大家一個(gè)計(jì)算方法，對(duì)于其他濾波器都可以使用相同的方法，一下提供給大家一些歸一化的電路參數(shù)，大家在進(jìn)行計(jì)算后先使用仿真軟件進(jìn)行一下仿真，結(jié)果有所偏差可以適當(dāng)更換元件值，最后再實(shí)際電路上使用還需要進(jìn)行實(shí)際調(diào)整。

　　圖12定K型LPF歸一化電路參數(shù)（截止頻率都為1/（2*pi），特征阻抗都為1歐姆）

　　圖13巴特沃斯LPF濾波器歸一化電路參數(shù)（截止頻率都為1/（2*pi），特征阻抗都為1歐姆）

　　圖14切比雪夫LPF歸一化電路參數(shù)（截止頻率都為1/（2*pi），特征阻抗都為1歐姆）

　　由于切比雪夫?yàn)V波器在通帶內(nèi)有起伏，因此多了一個(gè)起伏參數(shù)，在進(jìn)行參數(shù)選擇的時(shí)候需要注意與起伏量對(duì)應(yīng)。

　　圖15貝塞爾LPF歸一化電路參數(shù)（截止頻率都為1/（2*pi），特征阻抗都為1歐姆）