滤波电路图设计

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2014-08-26 16:41 标签： 滤波电路原理
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简介: 简介: 内容简介本书作为一本全面介绍电子滤波器设计的经典书籍，内容包括如何选择滤波器的响应曲线，低通、高通、带通及带阻滤波器的设计，LC滤波器的设计，数字滤波器设计，有限冲激响应滤波器设计，无限冲激响应滤波器设计，多速率数字滤波器设计，开关电容滤波器设计，微波滤波器设计，等等。本书的特点在于内容系统全面，实用性强。　　适合作为高等院校信号处理、信息通信等相关专业师生的参考用书，也可作为相关领域的工程技术人员的参考用书。
lwqjxq.vc推荐的资源第5节 低通滤波器设计
更新于 15:07:58
10.5　低通滤波器设计
首先对截止频率的定义做一个解释。截止频率是一个频率极限，在这个频率点上滤波器的插入损耗超过了名义上的通带波纹的值。除了巴特沃兹滤波器（0dB通带波纹的切比雪夫滤波器）和3dB波纹的切比雪夫滤波器以外，都不是3dB的频率点。
10.5.1　切比雪夫滤波器
当带外衰减速度要求不是很高，并且需要一个好的阻带特性时，可以考虑使用切比雪夫滤波器。切比雪夫滤波器的设计方法是基于标准滤波器设计的查表法。这些表里的数据是被归一化为输入阻抗1&O和截止频率1Hz的值，单位是法拉和亨利。为了选择需要的滤波器（对于给定的通带波纹系数），可以使用图中在阻带里表示为截止频率倍数的给定点上提供的衰减值。一旦选定滤波器的阶数和通带纹波，就可以从表格中读出那些数据，并且可用图10-1中给出的公式来反归一化。
10.5.2　椭圆滤波器
椭圆滤波器能够实现比切比雪夫滤波器更陡峭的截止，但是却降低了阻带的性能。这种滤波器类型最好用于工作在很宽频率范围的功放，因此，要求在大于其最大工作频率处有陡峭的截止特性，以便较好地阻止最小工作频率的谐波成分。椭圆滤波器的另一用途就是当作简单滤波器，用来降低功放级的二次和三次谐波，这个功放级已有一个由高Q值输出匹配电路产生的相当好的谐波滤波器。其设计方法类似于基于标准曲线和归一化数据表的切比雪夫滤波器。
10.5.3　电容选择
通常用于谐波滤波器电容的介质主要有三种类型：云母、陶瓷（NPO）和瓷片。镀银的云母电容器可用于高频频谱的谐波滤波器。它们体积比瓷片电容更大，并且通常不用贴片形式。其优点是在高频滤波器中有比较大的电容值和很小的误差，误差很容易达到1%。NPO是一种常用的类型，并且容易制作成贴片形式。它是三种材料中最便宜的。但是它们的局限性在于低Q值和低额定电压，这限制了它们的可用功率范围。陶瓷电容有非常高的Q值。它们在射频段的表现经常比生产商给出视为的还要好。为了避免引入电感，这些电容通常被做成贴片形式。它们的封装不是工业标准的，而是边长为0.05或0.1英寸（1英寸相当于2.54厘米）的立方体。0.05英寸品种的电容，其额定值为100V，更大尺寸的品种，额定值是500V。这种类型的电容是最贵的，大约是NPO类型电容的20倍。更大的（并且是更贵的）类型的电容可以工作在射频额定电流达到10A非常高的功率下。在选择电容时，重点考虑的是额定电压、误差范围、合理的可用尺寸以及适合的损耗。生产商通常不会给出电容的额定损耗，所以可以用同样尺寸的电阻的额定值作为参考。电容的损耗能按下文中介绍的方法来计算。对于并联电容，用引入的Q值计算出一个等效的并联电阻，然后计算出这个等效电阻上的射频损耗。同理对于串联电容，也可以用等效的串联电阻计算射频电流和相应的损耗。
10.5.4　电感的选择
谐波滤波器有四种主要选项，都依赖于其工作频率。铁氧体磁芯的电感可以用于高频段。设计者一定要非常注意，未饱和的铁氧体导致了功率损失和磁芯的加热。可能的话，空心电感更适合。空心螺线管电感能用于高频到超高频，并且不会受到饱和的影响。损耗来自于电磁辐射和电阻发热。电阻发热的损耗包括使用的屏蔽盒上的涡流产生的损耗。贴片电感，例如Coilcraft生产的那种电感，可以使用于VHF和UHF频段，RF输出功率可达到大约1W。这些电感的Q值很低，典型值大约只有50，并且误差范围很宽（10%），由于这些原因，它们仅用于空间要求非常高的地方。在尼龙架垂直安装的电感，有比较好的Q值（有屏蔽盒时大约为150）和较好的大约5%的误差范围，如果安装可调的磁芯，还可以微调。带屏蔽盒和没有带屏蔽盒的类型都有。在制造商给出的数据里没有提供额定损耗值，但是会发现实际的谐波滤波器，在RF输出功率为10W时，热得简直不能碰，建议将这个值作为实际应用时的限制。如果是自己绕制的电感，那么最好的方法就是对其施加功率，然后观察线圈到底会有多热。如果线上的瓷釉沸腾并溅开了就说明它已经太热了。印制螺线管具有可以控制的误差范围以及低成本的优势，缺点是占用印制电路板（PCB）的面积太大，并且Q值的范围只有50～100。在印制螺线管的上方与下方，高度大致与螺旋半径相等的区域内，应该保证没有任何东西，以避免影响其Q值。印制螺旋管的应用只局限于VHF频段。严格说来，最后一个类型不能说是真正的电感，传输线可以当作电感使用。在UHF甚至更高的频段，这种方法很有用。方程1和方程2给出了阻抗到传输线长度的变换公式，或者也可以从Smith圆图上读出。考虑到线的损耗以及加工公差的影响，特性阻抗Z0应该在可实现的范围内尽可能地高。宽的低阻抗传输线比起窄的高阻抗传输线来，具有更小的公差。
方程1 一端短路的传输线的等效电感
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