LC滤波器设计.ppt
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LC低通滤波器设计(巴特沃斯低通滤波器归一化)讲解
、
C1 1.84776F C2 0.76537F
1NEW
0.76537 K 0.76537 4 12.29μH 5 M 2.512 10
L2NEW
1.84776 K 1.84776 4 29.42μH 5 M 2.512 10
待设计LPF的电容参数为 ：
（1 2 ）Hz
特征阻抗变换K 4 4 1 四阶Butterworth低通滤波器的电感电容参 数
2018/10/24
只因准备不足，才导致失败
7
四阶Butterworth低通滤波器的归一化LPF基 准滤波器的参数，设 L1 0.76537H L2 1.84776H 得：L
1.84776 1.84776 C1NEW 1.84 μF 5 M K 4 2.512 10 0.76537 0.76537 C2NEW 0.76μF 5 M K 4 2.512 10
2018/10/24 只因准备不足，才导致失败 8
电感采用无损磁芯及细包漆线绕制而成，其 电感值可用数字电桥测量仪器测量得到。
2018/10/24
只因准备不足，才导致失败
1
对滤波器截止角频率的变换是通过先求出待 设计滤波器截止角频率与基准角频率的比值 M，再用这个M去除滤波器中的所有元件值 来计算所需参数，其计算公式如下：
待设计滤波器的截止频 率 M 基准滤波器的截止频率
C (base) Cm(new) M
2018/10/24
5. 低通滤波器设计
1）归一化LPF设计方法 归一化低通滤波器设计数据，指的是特征阻 1 抗为 1 且截止频率为 0.159Hz 的基准 低通滤波器的数据。 2 在设计巴特沃思型的归一化LPF的情况下， 以巴特沃思的归一化LPF设计数据为基准滤 波器，将它的截止频率和特征阻抗变换为待 设计滤波器的相应值。
C1 1.84776F C2 0.76537F
1NEW
0.76537 K 0.76537 4 12.29μH 5 M 2.512 10
L2NEW
1.84776 K 1.84776 4 29.42μH 5 M 2.512 10
待设计LPF的电容参数为 ：
（1 2 ）Hz
特征阻抗变换K 4 4 1 四阶Butterworth低通滤波器的电感电容参 数
2018/10/24
只因准备不足，才导致失败
7
四阶Butterworth低通滤波器的归一化LPF基 准滤波器的参数，设 L1 0.76537H L2 1.84776H 得：L
1.84776 1.84776 C1NEW 1.84 μF 5 M K 4 2.512 10 0.76537 0.76537 C2NEW 0.76μF 5 M K 4 2.512 10
2018/10/24 只因准备不足，才导致失败 8
电感采用无损磁芯及细包漆线绕制而成，其 电感值可用数字电桥测量仪器测量得到。
2018/10/24
只因准备不足，才导致失败
1
对滤波器截止角频率的变换是通过先求出待 设计滤波器截止角频率与基准角频率的比值 M，再用这个M去除滤波器中的所有元件值 来计算所需参数，其计算公式如下：
待设计滤波器的截止频 率 M 基准滤波器的截止频率
C (base) Cm(new) M
2018/10/24
5. 低通滤波器设计
1）归一化LPF设计方法 归一化低通滤波器设计数据，指的是特征阻 1 抗为 1 且截止频率为 0.159Hz 的基准 低通滤波器的数据。 2 在设计巴特沃思型的归一化LPF的情况下， 以巴特沃思的归一化LPF设计数据为基准滤 波器，将它的截止频率和特征阻抗变换为待 设计滤波器的相应值。
LC滤波器简单设计法
滤波器按照通带特性分类有：低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BRF）、全通滤波器（APF）。
关于全通滤波器说明一下，从频率的选择上没有什么特别的作用，因为它基本不具备选频特性，那么这个滤波器有什么用呢？当信号通过这个滤波器时，不会损失任何频率成分，但是信号所包含的各频成分的延时会随频率不同而不同，那么这个滤波器的作用就是改变信号延时，常用在对系统延时进行补偿的场合，也成为移相器。
大家都知道理想的滤波器矩形窗是很难实现的，设计时使用某个函数逼近窗函数来进行设计，这样的滤波器设计方法称为函数型滤波器，根据函数对滤波器进行分类：巴特沃斯型滤波器，在通带内响应最为平坦。
X图1 巴特沃斯型滤波器切比雪夫型滤波器（等波纹滤波器），截止频率特别好，群延时特性不太好，通带内有等波纹起伏。
图 2 切比雪夫型滤波器逆切比雪夫型滤波器（巴特沃斯-切比雪夫滤波器），阻带内有零点（陷波点），椭圆滤波器有更好的截止特性，因此并不经常使用。
图 3 逆切比雪夫型滤波器椭圆滤波器（联立切比雪夫滤波器），通带内有起伏，阻带内有零点（陷波点），截止频率比其他滤波器都好，但是对器件要求很高。
图4 椭圆滤波器贝塞尔型滤波器（延时最平伏滤波器），通带内延时特性最为平坦，截止特性特别差。
图5 贝塞尔滤波器一般没有特别要求可以选择巴特沃斯滤波器，衰减特性和相位特性都比较好。
对衰减特性有要求的情况，可以选择切比雪夫滤波器，但是其相位特性不是很好，对非正弦信号会产生失真。
对相位特性由要求的情侣，可以选择贝塞尔滤波器，输出信号一般不会失真。
一般滤波器通带内有起伏，则衰减特性会比较好。
低通滤波器设计（LPF）以上基于函数的滤波器设计都是现代模拟滤波器设计的典型方法，比较古典的基于映像参数的设计方法，在设计方法上比较简单，但是相较则截止频率不准确、性能较差。
定K型滤波器，以变量f作为截止频率，计算时只需要将 f 换成实际截止频率即可。
LC大功率滤波器
率（ ｗｌ ｍ Ｄ Ｋ） 。 版 社。 ２ ０ ０ ９ ．
２ ］ Ｒ ｅ ｉ ｎ ｈ ｏ ｌ ｄ Ｌ ｕ ｄ ｗ ｉ ｇ 。 Ｐ ａ ｖ ｅ ｌ Ｂ ｒ ｅ ｔ ｃ ｈ ｋ ｏ ． 射频 电路设计一 理论 与应用［ Ｈ ］ ． 滤波器 的承受功率是２ ０ ０ ０ 瓦， 损耗小于 ０ ． ２ ｄ Ｂ， Ａ Ｌ ２ ０ ３ 陶瓷 的 ［ 北京： 电子工业出版社。 ２ ０ ０ ２ ． 热传导率 是２ ９ ． ３ ｗ ／ ｍ ［ ￣ ｆ， 聚四氟乙烯的热传导率是０ ． ２ ７ ｗ／ ｍ ［ Ｙ ￣ 假 ３ ］ Ｅ Ｒ Ｇ 埃克 尔特． Ｒ Ｈ 德雷克． 传热与传 质［ Ｈ ］ ． 北京： 科学出版社， １ ９ ６ ３ ． 设 以热损耗是 １ ０ ０ 瓦， 按公式（ ３ ） 、 （ ４ ） 进行计算 ， Ａ Ｌ ２ ０ ３ 陶瓷基板的温 ［ ［ ４ ］ 张洪流。 等． 流体流动与传热［ Ｈ ］ ． 北京： 化学工业 出版社． ２ ０ ０ １ ． 升在 ５ ℃左右 ， 而聚 四氟 乙烯板的温升在５ ０ ０ ＂ Ｃ左右 。 当然， 散热方式
在电路设计 中插入器件 画出电路 图， 并引入变量对 电感和电容
值 进行调 谐 ， 最 后仿真结果 如 图２ 。
得 出仿真 的电感和 电容值后 ， 按公式（ １ ） 、 （ ２ ） 计算 出实 际线 圈和 陶瓷基板 的大小 。
ｃ ：了 ６Ａ
：
４设计中的一些细节
带通滤波器 在设计 时选 用了理想模型 ， 电感和 电容按理论 值 所 制作出的滤 波器 频率会稍有偏 差 ， 需 要对 电感和 电容做 细微的
３带通滤波器的测试
调试完成后的带通滤波器实物 图如 图３ 。
带通滤波器用矢量网络分析仪测试 通带 、 抑制 、 回波的小信号 ， 结 果如图４ 。
２ ］ Ｒ ｅ ｉ ｎ ｈ ｏ ｌ ｄ Ｌ ｕ ｄ ｗ ｉ ｇ 。 Ｐ ａ ｖ ｅ ｌ Ｂ ｒ ｅ ｔ ｃ ｈ ｋ ｏ ． 射频 电路设计一 理论 与应用［ Ｈ ］ ． 滤波器 的承受功率是２ ０ ０ ０ 瓦， 损耗小于 ０ ． ２ ｄ Ｂ， Ａ Ｌ ２ ０ ３ 陶瓷 的 ［ 北京： 电子工业出版社。 ２ ０ ０ ２ ． 热传导率 是２ ９ ． ３ ｗ ／ ｍ ［ ￣ ｆ， 聚四氟乙烯的热传导率是０ ． ２ ７ ｗ／ ｍ ［ Ｙ ￣ 假 ３ ］ Ｅ Ｒ Ｇ 埃克 尔特． Ｒ Ｈ 德雷克． 传热与传 质［ Ｈ ］ ． 北京： 科学出版社， １ ９ ６ ３ ． 设 以热损耗是 １ ０ ０ 瓦， 按公式（ ３ ） 、 （ ４ ） 进行计算 ， Ａ Ｌ ２ ０ ３ 陶瓷基板的温 ［ ［ ４ ］ 张洪流。 等． 流体流动与传热［ Ｈ ］ ． 北京： 化学工业 出版社． ２ ０ ０ １ ． 升在 ５ ℃左右 ， 而聚 四氟 乙烯板的温升在５ ０ ０ ＂ Ｃ左右 。 当然， 散热方式
在电路设计 中插入器件 画出电路 图， 并引入变量对 电感和电容
值 进行调 谐 ， 最 后仿真结果 如 图２ 。
得 出仿真 的电感和 电容值后 ， 按公式（ １ ） 、 （ ２ ） 计算 出实 际线 圈和 陶瓷基板 的大小 。
ｃ ：了 ６Ａ
：
４设计中的一些细节
带通滤波器 在设计 时选 用了理想模型 ， 电感和 电容按理论 值 所 制作出的滤 波器 频率会稍有偏 差 ， 需 要对 电感和 电容做 细微的
３带通滤波器的测试
调试完成后的带通滤波器实物 图如 图３ 。
带通滤波器用矢量网络分析仪测试 通带 、 抑制 、 回波的小信号 ， 结 果如图４ 。
LC二阶~五阶低通滤波器参数计算(带公式)演示幻灯片
数
23.04.2020
7
➢ 四阶Butterworth低通滤波器的归一化LPF基 准滤波器的参数，设 L1 0.7653H7 L2 1.8477H6
C1 1.8477F6 C2 0.7653F7
、
➢ 得：L 1 N E W 0 .7 6 5 M 3 7K 2 0 ..5 7 1 6 2 5 3 7 1 0 4 5 1 2 .2 9 μ H
C C k(new)
(base)
K
23.04.2020
3
➢ 对于待设计的LPF滤波器而言，其计算公式 为：
L KL (new)
(base)
M
C C (new)
(base)
MK
➢ 基准电感、电容如下表所示：
23.04.2020
4
23.04.2020
5
归一化LPF设计滤波器的步骤
归一化低通滤波器
5. 低通滤波器设计
➢ 1）归一化LPF设计方法 ➢ 归一化低通滤波器设计数据，指的是特征阻
抗为 1 且截止频率为 1 0.159Hz 的基准 低通滤波器的数据。 2 ➢ 在设计巴特沃思型的归一化LPF的情况下， 以巴特沃思的归一化LPF设计数据为基准滤 波器，将它的截止频率和特征阻抗变换为待 设计滤波器的相应值。
23.04.2020
1
➢ 对滤波器截止角频率的变换是通过先求出待 设计滤波器截止角频率与基准角频率的比值 M，再用这个M去除滤波器中的所有元件值 来计算所需参数，其计算公式如下：
待设计滤波器的截止频率 M 基准滤波器的截止频率
L L m(new)
(base)
M
C C m(new)
(base)
1 .8 4 7 7 6K1 .8 4 7 7 64
23.04.2020
7
➢ 四阶Butterworth低通滤波器的归一化LPF基 准滤波器的参数，设 L1 0.7653H7 L2 1.8477H6
C1 1.8477F6 C2 0.7653F7
、
➢ 得：L 1 N E W 0 .7 6 5 M 3 7K 2 0 ..5 7 1 6 2 5 3 7 1 0 4 5 1 2 .2 9 μ H
C C k(new)
(base)
K
23.04.2020
3
➢ 对于待设计的LPF滤波器而言，其计算公式 为：
L KL (new)
(base)
M
C C (new)
(base)
MK
➢ 基准电感、电容如下表所示：
23.04.2020
4
23.04.2020
5
归一化LPF设计滤波器的步骤
归一化低通滤波器
5. 低通滤波器设计
➢ 1）归一化LPF设计方法 ➢ 归一化低通滤波器设计数据，指的是特征阻
抗为 1 且截止频率为 1 0.159Hz 的基准 低通滤波器的数据。 2 ➢ 在设计巴特沃思型的归一化LPF的情况下， 以巴特沃思的归一化LPF设计数据为基准滤 波器，将它的截止频率和特征阻抗变换为待 设计滤波器的相应值。
23.04.2020
1
➢ 对滤波器截止角频率的变换是通过先求出待 设计滤波器截止角频率与基准角频率的比值 M，再用这个M去除滤波器中的所有元件值 来计算所需参数，其计算公式如下：
待设计滤波器的截止频率 M 基准滤波器的截止频率
L L m(new)
(base)
M
C C m(new)
(base)
1 .8 4 7 7 6K1 .8 4 7 7 64
《LC滤波器课件》课件
串联型LC滤波器
探索串联型LC滤波器的结构和工作原理。
并联型LC滤波器
了解并联型LC滤波器的组成和工作原理。
LC滤波器的特点与应用
1 LC滤波器的优点
2 LC滤波器的缺点
3 LC滤波器的应用场景
探索LC滤波器相比其他滤 波器的优势。
了解LC滤波器的局限性和 不足之处。
探索LC滤波器在不同领域 的实际应用案例。
《LC滤波器课件》PPT 课件
欢迎来到LC滤波器课件，本课程将带你深入了解LC滤波器的原理、特点以及 应用场景。让我们开始吧！
简介
LC滤波器是一种常用的电子滤波器，用于滤除电路中的杂散信号。本节将介绍LC滤波器的定义和分类。
LC滤波器的组成及原理
电感和电容的工作原理
了解电感和电容在滤波器中的工作原理。
设计与调试方法
1
LC滤波器的设计方法
学习LC滤波器的设计原则和方法。
LC滤波器的调试方法
2
了解LC滤波器调试过程中常见的问题和
解决方法。
3
总结
总结LC滤波器的优缺点ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ并概述其应用 前景。
《LC滤波器》课件
LC滤波器可以用来去除电 源中的杂波，提高信号的 质量和稳定性。
2 LC滤波器在直流电路
中的应用
LC滤波器可以用来平滑直 流电路中的脉动信号，提 供稳定的输出。
3 LC滤波器在信号处理
中的应用
LC滤波器可以用来滤除特 定频率的干扰信号，保留 所需信号，并广泛应用于 通信和音频设备中。
LC滤波器的设计
总结
LC滤波器的总结
LC滤波器是电子电路中常用 的滤波器类型，具有简单、 可靠、成本低等特点，广泛 应用于各个领域。
LC滤波器的应用前景展 望
随着电子技术的不断发展， LC滤波器在通信、电力、音 频等领域的应用前景将进一 步拓展。
学习心得及感想
通过本次课程，希望您能够 深入理解LC滤波器的原理和 设计方法，并能运用于实际 工程项目中。
LC滤波器的工作原理
LC滤波器通过电感器和电容器 的相互作用，形成谐振回路， 使特定频率的信号被滤波器通 过，而其他频率的信号被阻挡。
LC滤波器的公式及推 导过程
LC滤波器的频率选择特性可以 用数学公式和电路分析推导来 解释，具体推导过程将在课程 中介绍。
LC滤波器的应用
1 LC滤波器在交流电路
中的应用
1
LC滤波器设计的原则
LC滤波器设计时需考虑频率范围、通带和阻带的要求，以及电感器和电容器的选 取和布局。
2
LC滤波器设计的步骤
LC滤波器设计包括确定需求、计算电感和电容值、进行仿真和优化等步骤，以获 得理想的滤波效果。
3
LC滤波器设计的实例
为了帮助您理解设计过程，我们将给出一个具体的LC滤波器设计实例，以供参考 和学习。
滤波器的分类
滤波器根据通过的频率范围、工作方式等分类，包括低通、高通、器由电感器和电容器组成，具有简单、可靠、成本低等特点，广泛用于各种电路中。
2 LC滤波器在直流电路
中的应用
LC滤波器可以用来平滑直 流电路中的脉动信号，提 供稳定的输出。
3 LC滤波器在信号处理
中的应用
LC滤波器可以用来滤除特 定频率的干扰信号，保留 所需信号，并广泛应用于 通信和音频设备中。
LC滤波器的设计
总结
LC滤波器的总结
LC滤波器是电子电路中常用 的滤波器类型，具有简单、 可靠、成本低等特点，广泛 应用于各个领域。
LC滤波器的应用前景展 望
随着电子技术的不断发展， LC滤波器在通信、电力、音 频等领域的应用前景将进一 步拓展。
学习心得及感想
通过本次课程，希望您能够 深入理解LC滤波器的原理和 设计方法，并能运用于实际 工程项目中。
LC滤波器的工作原理
LC滤波器通过电感器和电容器 的相互作用，形成谐振回路， 使特定频率的信号被滤波器通 过，而其他频率的信号被阻挡。
LC滤波器的公式及推 导过程
LC滤波器的频率选择特性可以 用数学公式和电路分析推导来 解释，具体推导过程将在课程 中介绍。
LC滤波器的应用
1 LC滤波器在交流电路
中的应用
1
LC滤波器设计的原则
LC滤波器设计时需考虑频率范围、通带和阻带的要求，以及电感器和电容器的选 取和布局。
2
LC滤波器设计的步骤
LC滤波器设计包括确定需求、计算电感和电容值、进行仿真和优化等步骤，以获 得理想的滤波效果。
3
LC滤波器设计的实例
为了帮助您理解设计过程，我们将给出一个具体的LC滤波器设计实例，以供参考 和学习。
滤波器的分类
滤波器根据通过的频率范围、工作方式等分类，包括低通、高通、器由电感器和电容器组成，具有简单、可靠、成本低等特点，广泛用于各种电路中。
LC滤波器PPT课件
则负载 因为R与RL越接近滤波效果越好，所以取
图5 逆变器输出波形的傅立叶分析
04 设计实例与MATLAB仿真
图5是对PWM逆变器的输出波形进行傅立叶分析的结 果图，测量结果显示最低次谐波为5次谐波，其占基波的 20%左右，波形总畸变率为30.09%。为保证输出正弦波 的畸变率低，要求所设计的滤波器的输出波形中任意次谐 波占基波比率不超过5%。因为5次谐波占基波20%，要减 少到基波的 5%。所以:
因为三相对称，所以L1=L2=L3=L，C1=C2=C3=C。根据计算所得的参数在simulink中建立如图7的模型。PWM的 调制波为频率为50 Hz，相位角分别为0，120度，-120度的三个正弦波。输出的PWM波控制IGBT全桥的开关，将直流 电压逆变为方波输出。电压表1（Voltage Measurement1）测量逆变器输出电压，即滤波器的输入电压。电压表2 （Voltage Measurement2）测量滤波器输出电压，测量所得的波形在示波器Scope上显示。
图4 Z1、Z2与频率 Φ 的关系
在Γ型滤波器中，负载与滤波 器 Z2端相连，负载与Z2曲 线的位置关系如图4所示。当 负载与Z2曲线的位置适中时， 由图可得：
（14）
04 滤波器参数计算
确定负载的大小，就可以确定 LC 滤波器的特性 阻抗 R，将特性阻抗 R 和截止频率fc代入式（10）、 （11）中，就可以计算出参数 L、C 的值。
01 PWM逆变器主回路
02 03 常 K 型低通滤波器分析
滤波器参数计算
04 设计实例与MATLAB仿真
05 结论
目录 CONTENTS
01 PWM逆变器主回路
目前的逆变技术主要采用脉宽调制方式，三相PWM逆变器主电路如图1所 示。当负载为永磁同步电机时，为使电机平稳运作，最好输入正弦波。由于 PWM调制本身的特性决定着逆变器的输出电压中含有较多的高次谐波分量，因 而必须在逆变器的输出侧加低通滤波器来减小谐波含量，以得到平滑的正弦波。 本设计采用常K型两元件低通滤波器，即LC低通滤波器。
图5 逆变器输出波形的傅立叶分析
04 设计实例与MATLAB仿真
图5是对PWM逆变器的输出波形进行傅立叶分析的结 果图，测量结果显示最低次谐波为5次谐波，其占基波的 20%左右，波形总畸变率为30.09%。为保证输出正弦波 的畸变率低，要求所设计的滤波器的输出波形中任意次谐 波占基波比率不超过5%。因为5次谐波占基波20%，要减 少到基波的 5%。所以:
因为三相对称，所以L1=L2=L3=L，C1=C2=C3=C。根据计算所得的参数在simulink中建立如图7的模型。PWM的 调制波为频率为50 Hz，相位角分别为0，120度，-120度的三个正弦波。输出的PWM波控制IGBT全桥的开关，将直流 电压逆变为方波输出。电压表1（Voltage Measurement1）测量逆变器输出电压，即滤波器的输入电压。电压表2 （Voltage Measurement2）测量滤波器输出电压，测量所得的波形在示波器Scope上显示。
图4 Z1、Z2与频率 Φ 的关系
在Γ型滤波器中，负载与滤波 器 Z2端相连，负载与Z2曲 线的位置关系如图4所示。当 负载与Z2曲线的位置适中时， 由图可得：
（14）
04 滤波器参数计算
确定负载的大小，就可以确定 LC 滤波器的特性 阻抗 R，将特性阻抗 R 和截止频率fc代入式（10）、 （11）中，就可以计算出参数 L、C 的值。
01 PWM逆变器主回路
02 03 常 K 型低通滤波器分析
滤波器参数计算
04 设计实例与MATLAB仿真
05 结论
目录 CONTENTS
01 PWM逆变器主回路
目前的逆变技术主要采用脉宽调制方式，三相PWM逆变器主电路如图1所 示。当负载为永磁同步电机时，为使电机平稳运作，最好输入正弦波。由于 PWM调制本身的特性决定着逆变器的输出电压中含有较多的高次谐波分量，因 而必须在逆变器的输出侧加低通滤波器来减小谐波含量，以得到平滑的正弦波。 本设计采用常K型两元件低通滤波器，即LC低通滤波器。
LC滤波电路原理及设计
LC滤波电路LC滤波器也称为无源滤波器，是传统的谐波补偿装置。
LC滤波器之所以称为无源滤波器，顾名思义，就是该装置不需要额外提供电源。
LC滤波器一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要；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，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；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。
\LC滤波器的适用场合无源LC电路不易集成，通常电源中整流后的滤波电路均采用无源电路，且在大电流负载时应采用LC电路。
有源滤波器适用场合有源滤波器电路不适于高压大电流的负载，只适用于信号处理，滤波是信号处理中的一个重要概念。
滤波分经典滤波和现代滤波。
经典滤波的概念，是根据富立叶分析和变换提出的一个工程概念。
根据高等数学理论，任何一个满足一定条件的信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。
换句话说，就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的，组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。
只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做经典滤波器或滤波电路电容滤波电路电感滤波电路作用原理整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从示波器观察整流电路的输出，与直流相差很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。
为获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗性元件（如电容、电感）组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。
常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。
无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。
有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。
直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示，此值越大，则滤波器的滤波效果越差。
滤波器设计实验PPT课件
U 1
jC
所以
H
j
U 2 U1
1
1
jRC
H j
H j
1
1 RC2
当截止角频率
0
1 RC
时
低 通
A0 H j 1
0.9
电
0.8
路 的
0.7
幅 0.6
幅
度 0.5 0.4
频
0.3
特
0.2
性
0.1
00
第4f页0 /共015页
R
C
U 2
u2 1
u1
2
频率/Hz
1. 低通电路
U2
R
U1 1
1 U1 jC 1 j RC
0.3
0.2
0.1
00
第9页/共15频页率/Hz
A0 1
0.9
0.8
Α0 / 2 0.7
幅 0.6 度
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 0
f
f
0
频率1/Hz
第10页/共15页
滤波器 RLC串联电路
A00.91
0.8 0.7
幅 0.6 度 0.5
0.4 0.3 0.2
0.1 00
图3.4
频率/Hz
为低端截止频率 fL 和高端截止频率 fH 。带宽为：f= fH- fL
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三、实验任务
1.仿真实验例题（图3.3）双T型网络，验证实验结果， 判断其滤波性质，确定截止频率和阻带宽度。
2.测试含运算放大器的双口网络（图3.5）的幅频特性， 判断其滤波性质，确定其截止频率和通带宽度。
3.测试双口网络（图3.6）转移电压比的幅频特性，根据 测试结果判断电路的性质（指对不同频率信号的选择能力）
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0
)2n ]
LS
1' L'
BW
CP
BW1'C' 02
CS
BW 021' L'
1
LP 1'C 'BW
三、滤波器设计
3.1巴特沃斯低通滤波器设计步骤
1. 根据抑制度选择阶数 2. 截止频率变换 3. 基于实际截止频率进行元件值变换 4. 阻抗变换 5. 基于实际阻抗进行元件值变换
例3.1：设计一个特征阻抗50ohm，截止频率100MHz，在200MHz处抑制度 30dB的巴特沃斯低通滤波器.
1. n=5
2. M=待设计滤波器的截止频率/基准滤波器的截止频率=6.283E+8
3. L(NEW )
L( OLD ) M
C( NEW )
C( OLD ) M
4. K=待设计滤波器的特征阻抗/基准滤波器的特征阻抗
5. L(NEW ) L(OLD) * K
C( NEW )
C( OLD ) K
例3.1最终器件值及ADS仿真结果
四、电容耦合谐振器式带通滤波器的设计
五、小结
一、主要类型滤波器介绍
1.1巴特沃斯型滤波器
巴特沃斯型滤波器（Butter-worth filter）最先由英国工程师Stephen Butterworth提出。在现代滤波 器设计方法中，巴特沃斯滤波器是最为有名的滤波器。它设计简单，性能没有明显缺点，因而得到 广泛应用。而且其对构成滤波器的元件的Q值要求较低，易于制作和达到设计性能。 巴特沃斯滤波器的显著特点是通频带的频率响应曲线最平滑。
目录
一、主要类型滤波器介绍
1.1巴特沃斯型滤波器 1.2切比雪夫型滤波器 1.3椭圆函数型滤波器
二、巴特沃斯型滤波器
2.1巴特沃斯低通原型滤波器传递函数 2.2由低通转高通频率变换 2.3由低通转带通频率变换
三、滤波器设计
3.1巴特沃斯低通滤波器设计步骤 3.2巴特沃斯高通滤波器设计步骤 3.3巴特沃斯带通滤波器设计
参数值
直接变换 滤波器
特征阻抗
ADS 仿真结果
参数值
阻抗匹配法
ADS 仿真结果
参数值
先进行特征 阻抗变换， 再采取阻抗 匹配法
ADS 仿真结果
参数值
先进行特征 阻抗变换， 再采取阻抗 匹配法后实 际器件模型 仿真结果
ADS 仿真结果
我们实际电路中两种滤波器的拓扑结构
怎么这上面 就没有这两 种拓扑结构 呢？？？
3.3巴特沃斯带通滤波器设计
1、低通传递函数变换成带通传递函数 2、根据抑制度选择阶数 3、求出变换后电感及电容值 4、阻抗变换 5、基于实际阻抗进行元件值变换
例3.3：设计一中心频率为300MHz，3dB带宽为20MHz，±100MHz抑制度30dB，阻 抗50ohm的带通滤波器
例3.1最终器件值及ADS仿真结果
1.2切比雪夫型滤波器
切比雪夫型滤波器（Chebyshev filter）也称为等起伏滤波器等纹波滤波器，这一称呼来源于这种滤 波器的通带内衰减特性具有等纹波起伏这一显著特点。由于允许通带内有起伏，因而其截止特性变 陡峭了，同时其群时延特性也变差了。
1.3椭圆函数型滤波器
相比切比雪夫型滤波器，椭圆函数型滤波器的特性曲线在通带内和阻带内都有起伏，因此椭圆函数 型滤波器具有最好的截止特性。但是，它对元件值的要求特别严格，不经过调整很难实现所要设计 的滤波器特性的。
kn1,n
1 gn1 * gn
3、根据归一化耦合系数求出K12,K23,K34,…,Kn-1,n
K n 1, n
f
* kn1,n f0
4、适当选定谐振器的电感值
5、计算端口的特征阻抗
Z1
2*
pi
*
f02 f
*
L*
g1
Z2
2*
pi *
f02 f
*
L*
gn
6、计算谐振器的谐振电容值
1
1
Cresonator
四、电容耦合谐振器式带通滤波器的设计
谐振器耦合式滤波器适合于用来设计窄带滤波器（即Q值高的滤波器）。图4.1 是这种形式的滤波器结构示意。N阶谐振器耦合式BPF由N个谐振器和N-1个耦合元 件K构成。
电容耦合谐振器式带通滤波器的设计步骤
1、根据归一化LPF求出g1,g2,…,gn
2、计算归一化耦合系数k12,k23,k34,…,kn-1,n
3.2巴特沃斯高通滤波器设计步骤
1、低通传递函数变换成高通传递函数 2、根据抑制度选择阶数 3、根据归一化低通滤波器交换电容与电感位置 4、求所有元件值的倒数 5、截止频率变换 6、基于实际截止频率进行元件值变换 7、阻抗变换 8、基于实际阻抗进行元件值变换
例3.2：设计一阻抗50ohm，截止频率200MHz，在100MHz处抑制度30dB的高通滤波 器。
* L 2
0 resonator
(2 * pi * f0 )2 * Lresonator
7、计算耦合电容器的值
C K *C n1,n
n1,n
resonator
8、从谐1 设计一线性中心频率300MHz，带宽20MHz，阻抗50ohm，3阶巴特沃斯型带通 滤波器。
二、巴特沃斯型滤波器
2.1巴特沃斯低通原型滤波器传递函数
LA
(
)
10
log10
[1
(
1'
)
2n
]
1' ：滤波器的截止频率
n : 滤波器的阶数
: 变量，需要衰减的频率
( LAr )
10 10 1 ， LAr 常选3dB，对应
' 1
即为3dB通带带宽
2.2由低通转高通频率变换
' 1'1
LA ()
10 log10[1
(
1'
)2n ]
'L' 1'1 L' 1
C
1 C 1'1L'
'C' L
L
1 1'1C '
2.3由低通转带通频率变换
'
1'0
BW
0
0
' L'
01'
BW
0
0
L'
LS
1
CS
'C '
CP
1
LP
LA ()
10
log10[1
(
0
BW
0
这两种低通滤波器拓扑结构，你又会选择哪种呢？？？ 第一种 第二种
五、小结
本文主要以工程设计为主介绍一些理论知识，实际设计时请尽量先使用 ADS仿真预先调出大概参数，以及某些器件变更给指标带来的一个趋势性变 化。 1、低通滤波器可以通过在电感上并联电容增加对带外某些频率的抑制度。条 件允许的情况下尽量使用20页第一种拓扑结构。 2、带通滤波器可以在电感上串联电容以增加低端某些频率的抑制度。 3、使用ADS仿真尽量使用实际器件模型仿真。因为理想器件无论在Q值还是 寄生参数上和实际器件都有很大的差距。