低通无源滤波器设计-详细
低通滤波器电路设计与实现
低通滤波器电路设计与实现一般来说，低通滤波器可以分为无源滤波器和有源滤波器两种。
无源滤波器是由被动元件（如电阻、电容、电感）构成的电路，直接利用被动元件的特性去除高频信号。
有源滤波器则在无源滤波器的基础上加入了主动元件（如运算放大器），增强了滤波器的性能和稳定性。
下面我们以RC无源低通滤波器为例，详细介绍低通滤波器的设计与实现。
RC无源低通滤波器是一种常见的一阶滤波器，由一个电阻R和一个电容C组成。
其基本原理是利用电容的电压延迟特性和电阻的阻性特性来实现滤波的目的。
首先，在设计RC无源低通滤波器时，首先需要确定滤波器的截止频率。
截止频率是指信号通过低通滤波器后，其幅频特性下降到-3dB时的频率。
通常情况下，截止频率可根据应用需求确定。
接下来，我们可以根据截止频率来选择合适的电容C和电阻R的数值。
根据RC滤波器的截止频率公式fc=1/(2πRC)，可以得知，电容和电阻的数值越大，截止频率越低。
因此，在选择电容和电阻时，需要根据截止频率的要求来确定。
例如，假设我们要设计一个截止频率为1kHz的RC无源低通滤波器。
为了简化计算，假设我们选择电容为1μF，求解电阻的数值。
根据截止频率公式fc=1/(2πRC)，我们可以得到R=1/(2πfc*C)。
代入数值，可得R=1/(2π*1000*1*10^-6)=159.2Ω。
因此，我们可以选择最接近该数值的标准电阻值，如160Ω。
在确定好电容和电阻的数值后，我们可以按照如下的图示，将它们组装成一个低通滤波器电路。
```---R------C---```在这个电路中，信号通过电容C后，会在电阻R上形成输出电压。
由于电容对高频信号的通过能力较差，高频成分将被滤除。
而对于低频信号，电容的阻抗相对较低，可以使其更容易通过。
因此，该电路实现了低通滤波的功能。
需要注意的是，实际电路中可能会存在元件的误差、电路的非理想性等因素，这些都可能会对滤波器的性能产生影响。
因此，在设计和实现低通滤波器时，需要对元件进行精确的选取和调试，并结合实际情况进行性能的评估和优化。
低通滤波器的设计
低通滤波器的设计低通滤波器是一种常用的信号处理工具，它可以将高频信号从输入信号中去除，只保留低频信号。
低通滤波器通常由一个滤波器系统和一个滤波器设计方法组成。
滤波器系统可以是传统的模拟滤波器系统，也可以是数字滤波器系统。
在本文中，我们将介绍低通滤波器的设计原理和常用方法。
设计低通滤波器的第一步是选择滤波器系统。
模拟滤波器系统使用电阻、电容和电感元件构建，它可以对连续时间信号进行滤波。
数字滤波器系统使用数字信号处理器（DSP）或者FPGA等数字电路进行滤波，它可以对离散时间信号进行滤波。
选择滤波器系统需要根据具体应用的需求和可获得的资源来确定。
根据滤波器系统的选择，我们可以使用不同的滤波器设计方法。
传统的模拟滤波器设计方法包括巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器等。
这些方法在滤波器设计过程中，通过选择滤波器的截止频率、阻带衰减和通带波纹等参数来满足指定的滤波器性能要求。
传统滤波器设计方法通常需要使用频率响应和电路仿真工具进行设计和优化。
数字滤波器设计方法可以分为两类：基于窗函数的设计方法和基于优化算法的设计方法。
基于窗函数的设计方法通常是先选择一个窗函数（如矩形窗、汉宁窗等），然后通过窗函数与理想滤波器的卷积来得到滤波器的传递函数。
这种方法简单易用，但是不能满足任意的滤波器性能要求。
基于优化算法的设计方法可以得到更加灵活和精确的滤波器性能，但是设计复杂度也更高。
常用的优化算法包括最小二乘法、逼近理论和遗传算法等。
设计低通滤波器时，需要注意以下几点。
首先，滤波器的截止频率应该根据应用需求来确定。
如果需要滤波的频率范围很宽，可以考虑使用多级低通滤波器级联。
其次，滤波器的阻带衰减和通带波纹决定了滤波器的性能。
阻带衰减是指在截止频率之后，滤波器对高频信号的抑制能力，通带波纹是指在截止频率之前，滤波器对输入信号幅度的波动。
最后，滤波器的实现方式和资源消耗也需要考虑，例如模拟滤波器需要电阻、电容和电感元件，而数字滤波器需要DSP或者FPGA等硬件资源。
低通滤波器设计
低通滤波器设计
低通滤波器是一种可以通过滤除高频信号来实现信号平滑的滤波器。
设计低通滤波器的基本步骤如下：
1. 确定滤波器的截止频率：截止频率是指低通滤波器开始滤除高频信号的频率。
根据具体的应用需求和信号特征来确定。
2. 选择滤波器类型：根据滤波器的性能要求和设计的复杂性来选择合适的滤波器类型。
常见的低通滤波器类型包括巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器等。
3. 计算滤波器的传递函数：根据所选的滤波器类型和截止频率，计算滤波器的传递函数。
传递函数描述了滤波器输入和输出之间的关系。
4. 根据传递函数设计滤波器电路：根据滤波器的传递函数，设计相应的滤波器电路。
常见的实现低通滤波器的电路包括RC
电路、RL电路和LC电路等。
5. 调整滤波器参数：根据设计需求，对滤波器参数进行调整和优化，以达到满足指定的性能要求。
6. 进行模拟或数字滤波器设计：根据具体的应用需求，可以选择模拟滤波器或数字滤波器进行设计。
模拟滤波器适用于连续信号处理，而数字滤波器适用于离散信号处理。
7. 仿真和调试滤波器设计：使用电路仿真工具对设计的滤波器
进行仿真，并对滤波器的性能进行评估和调试。
8. 制作和测试滤波器原型：根据设计的滤波器电路，制作滤波器原型，并进行实际测试和验证滤波器的性能。
无源低通滤波器的设计
无源低通滤波器的设计设计一个无源低通滤波器的过程主要分为以下几个步骤：确定滤波器的参数、选择电路结构、计算元件值、仿真验证、制作电路板、测试和调整。
第一步：确定滤波器的参数在设计无源低通滤波器之前，需要明确滤波器的参数。
主要包括截止频率（Cutoff frequency）、通带增益（Passband gain）、阻带衰减（Stopband attenuation）等。
第二步：选择电路结构常见的无源低通滤波器电路结构主要有以下几种：RC滤波器、RL滤波器、LC滤波器、L的母线滤波器等。
根据滤波器的参数选择适合的电路结构。
第三步：计算元件值选定电路结构后，根据所需的截止频率和元件参数，通过计算得到所需的电阻、电容和电感的值。
例如，对于RC低通滤波器，可以使用以下公式计算电容和电阻的取值：R = 1 / (2πfc)C = 1 / (2πfcR)其中，R为电阻的阻值，C为电容的大小，f为截止频率。
第四步：仿真验证在制作实际电路之前，可以使用电子仿真软件对设计的滤波器进行验证。
通过输入不同频率的信号，观察输出信号的频谱分布，确保滤波器的性能满足设计要求。
第五步：制作电路板在经过仿真验证后，可以开始制作滤波器电路板。
根据计算得到的元件值，进行焊接和组装。
第六步：测试和调整制作完成后，对滤波器进行测试。
可以输入不同频率的信号，观察滤波器的输出。
如果滤波器的实际性能与设计要求不符，可以根据实际情况进行调整，如更换电阻、电容等元件的值，或者修改电路结构等。
总结：无源低通滤波器的设计需要先确定滤波器的参数，选择适合的电路结构，计算所需的元件值，进行仿真验证，制作电路板，最后进行测试和调整。
这个过程需要考虑滤波器的截止频率、通带增益、阻带衰减等参数，以及元件的可获得性和实际电路的性能。
通过反复调试和优化，最终设计出满足要求的无源低通滤波器。
低通滤波器设计
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2、二阶低通滤波器
滤波器阶数不同对性能有着影响， 滤波器阶数不同对性能有着影响，下图为二阶 有限增益的低通滤波器的原理图 的低通滤波器的原理图。 有限增益的低通滤波器的原理图。 一般的，电路中通常取： 一般的，电路中通常取：
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将一阶滤波器和二阶滤波器级联后可得到奇阶 的伯特瓦兹低通滤波器， 的伯特瓦兹低通滤波器，将二阶滤波器级联后可得 到偶阶的伯特瓦兹低通滤波器。 到偶阶的伯特瓦兹低通滤波器。 设计截止频率为1KHz的 例：设计截止频率为1KHz的4阶伯特瓦兹低通滤 波器
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参数的选取
传递函数为： 传递函数为： V0 ( S ) Ho H (S ) = = Vi ( S ) 1 + (3 − H o ) RCS + ( RCS ) 2 增益为： 增益为：
R3 + R4 Ho = R3
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1 滤波器的低通截止频率为： 滤波器的低通截止频率为： ω 0 = RC
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说明
一、低通有源滤波器的设计
1、一阶低通滤波器 功能：低于截止频率的低频信号通过， 功能：低于截止频率的低频信号通过，衰减高 频信号分量， 频信号分量，通带为 0 ≤ ω ≤ ω c ， c 为截止频率。 ω 为截止频率。 RC网络构成的一阶低通滤波器的I/O关系如下 网络构成的一阶低通滤波器的I/O关系如下： RC网络构成的一阶低通滤波器的I/O关系如下：
' 1
' R2 = 1.52 KΩ
低通无源滤波器设计详细
低通无源滤波器设计详细
滤波器的分类
滤波器可以根据其功能波形分为几类：高通、低通、带通、带阻等滤波器。
低通滤波器
低通滤波器以低频段为重点，将高频段的信号减弱或滤除而得到的滤波器，它可以有效地去除高频信号中的噪声。
通常用于网络过滤应用，能够有效地抑制高频率的干扰。
低通滤波器可以分为有源滤波器和无源滤波器。
无源滤波器
无源滤波器是由电感器和电容器组成的电路，不需要使用电源，其本质是一个振荡系统，将信号通过一组电感电容滤波，保留低频部分信号，抑制高频部分信号。
无源低通滤波器的设计
无源低通滤波器的基本设计电路是由电容C1和电感L1构成，它们并联组成的RLC共振电路。
这个共振电路有一个主要频率，它将过滤掉所有频率比该频率低的衰减信号，实现低通滤波的作用。
电路的电性能如下：
电容C1：为滤波器提供高阻抗，限制高频电路电流流过，而低频电路电流可以通过。
电容C1的选择和滤波频率有关，它的尺寸越大，滤波频率越低。
电感L1：滤除低频电路电流，阻止低频信号从原来的路径流过，而高频的信号可以通过电感L1中。
无源低通滤波器的设计与仿真解析
无源低通滤波器的设计与仿真解析1.无源低通滤波器的基本原理-RC低通滤波器：RC电路由一个电阻R和一个电容C组成，输入信号通过电容进入电路，通过电阻输出。
该电路对高频信号的传递具有阻碍作用，使高频信号通过电容时被短路，从而被滤除。
-RLC低通滤波器：RLC电路由一个电阻R、一个电感L和一个电容C组成，输入信号通过电容进入电路，通过电感和电阻输出。
该电路除了对高频信号的阻碍作用外，还可以通过电感的电流变化来抵消与电阻上产生的电势降。
2.无源低通滤波器的设计步骤- 确定所需的截止频率（Cut-off frequency）：截止频率是滤波器的重要参数，决定了滤波器对输入信号的滤波效果。
根据所需的滤波效果，选择适当的截止频率。
-计算电阻、电容和电感的数值：根据所选的截止频率和电压源的数值，使用以下公式计算电阻、电容和电感的数值：- RC低通滤波器：R = 1 / (2πfc)，C = 1/ (2πfR)- RLC低通滤波器：R = 1 / (2πfc)，L = R / (2πfQ)，C = 1 / (2πfR)其中，f为截止频率，c为电容，l为电感，Q为无损品质因数。
-选择合适的电阻、电容和电感的数值：根据所计算出的数值，选择能满足要求的最接近的标准数值。
-进行电路连接：根据所选择的电阻、电容和电感的数值，将它们连接成相应的电路。
3.无源低通滤波器的仿真解析- 使用软件进行仿真：使用一些电子电路仿真软件如Multisim、PSpice等，将设计好的低通滤波器电路进行仿真。
-输入信号：选择一个合适的输入信号作为仿真的输入，例如正弦波、方波等。
-输出信号：观察滤波器电路的输出信号，并与输入信号进行对比分析，判断滤波器对输入信号的滤波效果。
-优化设计：根据仿真结果，可以对电阻、电容和电感的数值进行微调，以达到更好的滤波效果。
4.总结通过设计和仿真无源低通滤波器，我们可以滤除高频信号，保留低频信号。
设计无源低通滤波器的步骤包括确定截止频率、计算电阻、电容和电感的数值、选择标准数值和进行电路连接。
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【最新整理，下载后即可编辑】低通无源滤波器仿真与分析一、滤波器定义所谓滤波器（filter），是一种用来消除干扰杂讯的器件，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消除一个特定频率。
一般可实为一个可实现的线性时不变系统。
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：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。
高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。
带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。
带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。
3)按所采用的元器件按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。
无源滤波器：仅由无源元件(R、L 和C)组成的滤波器，它是利用电容和电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：电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是：通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应，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，而且还可以放大，负载效应不明显，多级相联时相互影响很小，利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器，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：通带范围受有源器件(如集成运算放大器）的带宽限制，需要直流电源供电，可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) 按照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)(t x ，输出为)(t y ，滤波器的脉冲响应函数为)(t h 。
低通无源滤波器设计详细
低通无源滤波器仿真与分析、滤波器定义所谓滤波器( filter )，是一种用来消除干扰杂讯的，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，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。
一般可实为一个可实现的线性时不变系统。
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和两种。
2) 按所通过信号的频段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：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。
高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。
带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。
带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。
3) 按所采用的元器件按所采用的分为无源和两种。
：仅由(R、L 和C)组成的滤波器，它是利用电容和电感元件的随频率的变化而变化的构成的。
这类滤波器的优点是：电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高；是：通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应，当电感L 较大时滤波器的和重量都比较大，在低频域不适用。
有源滤波器：由无源元件(一般用R和C)和(如集成运算放大器) 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，而且还可以放大，负载效应不明显，多级相联时相互影响很小，利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器，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：通带范围受有源器件(如集成运算放大器)的带宽限制，需要直流电源供电，可靠性不如无源滤波器高，在、高频、大功率的场合不适用。
4) 按照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 x(t) ，输出为 y(t ) ，滤波器的脉冲响应函数为 h(t ) 。
转换到频域，激励信号为 X(j ) ，经过一个线性网络得到的响应信号为 Y( j )其中，传递函数的极点是网络的固有频率。
无源低通滤波器的设计与仿真解析
无源低通滤波器的设计与仿真摘要：无源低通滤波器应用范围十分广泛。
本文分别就无源低通滤波器中RC 滤波器和LC 滤波器的电路结构和传递函数进行分析后，设计出截止角频率为10Krad/s 的无源低通滤波器，并利用Matlab 下的simulink 环境进行仿真，比较滤波器的滤波效果。
关键词：RC 滤波器；LC 滤波器；Matlab0. 引言滤波器是一种用来消除干扰的器件，有能力进行信号处理的装置可以称为滤波器。
无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高等优点，如何合理地设计和优化其参数，对保证电网谐波治理和无功补偿的效果，提高系统的整体性能起着十分重要的作用。
滤波器按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻四种。
低通滤波器允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声；高通滤波器允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量；带通滤波器它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声；带阻滤波器抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。
1.无源低通滤波器类型及其特性分析1.1RC 滤波器无源RC 低通滤波器的组成元件为电阻R 与电容C 。
1.1.1 一阶RC 低通滤波器一阶RC 低通滤波器的电路如图1-1所示。
图1-1 一阶RC 低通滤波器由拉普拉斯变换法分析线性电路知该系统传递函数()G S 为：11()1SC G S RCS R SC==++(1-1) 取S j ω=，得：1()1G jw jRC ω=+ 令T=RC,则：幅频特性()A ω=,相频特性()arctan()T ϕωω=-故，当ω很小时，A(ω)→1，信号几乎不衰减；当ω很大时，A(ω)→0，信号几乎完全被衰减，不能通过。
当增益的分贝数下降3dB时，即()A ω==，得到截止频率c ω，此时c T ω=1，1/c RC ω=.令c ω=10Krad/s,R 取100Ω，C 取1F μ，则1()0.00011G S S =+.利用matlab 仿真软件，得到波特图如图1-2所示。
低通滤波器的设计
低通滤波器的设计一、设计目的1、了解滤波器设计理论基础。
2、掌握滤波器设计软件Filter Solutions使用方法。
3、掌握无源滤波器设计及测试方法。
二、设计要求1、采用Filter Solutions设计低通滤波器。
2、低通滤波器的参数如下：（1）通带截止频率fc=20MHz（2）阻带截止频率fs=22MHz（3）通带最大衰减L1=-1.01db（4）阻带最小衰减L2=-60db三、设计工具Filter solutions2011四、设计原理1、椭圆滤波器（Elliptic filter）：这是在通带和阻带等波纹的一种滤波器。
椭圆滤波器相比其他类型的滤波器，在阶数相同的条件下有着最小的通带和阻带波动。
它在通带和阻带的波动相同，这一点区别于在通带和阻带都平坦的巴特沃斯滤波器，以及通带平坦、阻带等波纹或是阻带平坦、通带等波纹的切比雪夫滤波器。
（1）首先看看巴特沃斯滤波器的频响特性：巴植沃思滤源器不同所数的比技0------------------------------------------------------------------------------------------------------- 0 02 口/ Q.E J □£ 1 1.2 /4 1.G 1,9可以看出巴特沃斯的通带和阻带都十分平缓。
(2)接下来是切比雪夫滤波器频响曲线：切比雪夫旗波器不同防地的匕技0 02 0.4 3.6 D,8 1.2 1.4 ',5 1 8看得出来，切比雪夫是阻带平稳，通带等波纹。
(3)接下来是椭圆滤波器：椭圆海谀器不同的效茏比较0 口 2 口4 口.E1 0日1 12 14 1.6 10 22、椭圆函数滤波器特点: 三种滤波器中，椭圆滤波器的过渡带最窄，但通带和阻带都是等波纹的，也就是说过渡带的特性是由牺牲阻带和通带的稳定性换来的。
而对于相同的性能要求，它所需要的阶数最低。
无源低通滤波器的设计与仿真
无源低通滤波器的设计与仿真首先，我们需要选择适用于我们设计的无源低通滤波器的基本电路。
常见的无源低通滤波器电路有RC低通滤波器和RL低通滤波器。
本文将以RC低通滤波器为例进行介绍。
在设计RC低通滤波器之前，我们需要确定滤波器的截止频率和阶数。
截止频率是滤波器对于不同频率的信号的过滤界限，阶数表示滤波器的降低频率的能力。
选择截止频率和阶数时需要根据具体的应用需求来确定。
接下来，我们可以根据所选的截止频率和阶数来计算所需的电路元件数值。
无源低通滤波器的关键电路元件就是电阻和电容。
电阻R和电容C的数值可以根据公式来计算。
对于RC低通滤波器，截止频率fc和阶数n之间的关系可以通过公式进行计算。
设计完成后，我们可以使用电路仿真软件来验证无源低通滤波器的性能。
常用的电路仿真软件有Multisim、PSpice等。
通过将设计好的电路连接到电路仿真软件中，并输入信号，可以得到滤波器的频率响应和输出波形。
在仿真过程中，我们可以根据需要调整电阻和电容的数值，观察滤波器性能的变化。
可以通过调整电阻或电容的数值来改变滤波器的截止频率和阶数，从而实现不同频率的信号滤波。
在进行仿真时，还可以观察滤波器的幅频响应、相频响应和相位延迟等参数，以评估滤波器的性能。
幅频响应表示滤波器对不同频率信号的幅度变化；相频响应表示滤波器对不同频率信号的相位变化；相位延迟表示信号通过滤波器后的延迟时间。
为了更好地了解滤波器的性能，还可以进行频谱分析，即将输入和输出信号的频谱进行对比。
频谱分析可以用来评估滤波器对不同频率信号的衰减效果。
在进行滤波器设计和仿真时，需要注意选择合适的电路元件，并进行适当的参数调整。
此外，还要了解滤波器的理论知识和滤波器性能评估的相关方法。
总之，无源低通滤波器的设计与仿真是一个综合性较强的工作，需要综合运用电路设计、电路分析和电路仿真的知识。
通过设计和仿真，可以得到满足要求的无源低通滤波器，并评估其性能。
无源低通滤波器的设计
无源低通滤波器的设计首先，定义滤波器的截止频率。
截止频率是指滤波器开始起作用的频率。
对于低通滤波器来说，截止频率是指低于该频率的信号成分将被滤除。
截止频率一般通过一个参数ω_c来表示，其中ω_c=2πf_c，f_c为截止频率。
其次，确定滤波器的通带增益。
通带增益是指在截止频率以下，滤波器通过的信号的增益程度。
在设计滤波器时，我们可以根据具体需求来确定通带增益的大小，以实现所需的输出信号级别。
第三，选择阻带衰减。
阻带是指在截止频率以上，滤波器开始起作用的频率范围。
阻带衰减是指在阻带范围内，滤波器对信号的抑制程度。
通常，滤波器的阻带衰减越大，抑制高频信号的效果越好。
最后，设计滤波器的频率响应。
频率响应是指滤波器在不同频率下，对信号的增益或衰减程度。
通常，我们希望滤波器在通带内保持平坦的频率响应，即对不同频率的信号进行滤波时，尽量不改变其幅度和相位。
[插入RC滤波器电路图]RC滤波器的截止频率fc可以通过以下公式计算：fc = 1 / (2πRC)然而，RC滤波器的频率响应不是理想的。
在截止频率以下，其增益逐渐下降，而在截止频率以上，增益几乎为零。
因此，为了改进滤波器的性能，可以采用其他电路结构，如LC滤波器和RLC滤波器。
[插入LC滤波器电路图]根据LC滤波器的截止频率fc的公式，可以计算电感和电容的值。
fc = 1 / (2π√(LC))[插入RLC滤波器电路图]RLC滤波器可以通过调整电阻、电感和电容的值来控制截止频率、通带增益和阻带衰减。
除了RC、LC和RLC滤波器外，还有其他多种无源低通滤波器的设计方法，如毛细管滤波器、巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器等。
每种设计方法都有其特定的优点和应用场景。
无源低通滤波器设计是一个复杂的工程领域，涉及了电路理论、信号处理和滤波器设计等知识。
在实际应用中，需要根据具体需求和要求，选择适合的滤波器设计方法，并通过仿真和实验进行验证和调整，以获得满足要求的滤波器性能。
无源RC滤波器设计
无源RC滤波器设计设计无源RC滤波器的步骤如下：1.确定所需的滤波器类型（低通、高通、带通、带阻）以及截止频率。
在本文中，我们将以低通滤波器为例进行讲解。
低通滤波器允许低于截止频率的频率通过并削弱高于截止频率的频率。
2. 计算截止频率（fc）和阻抗匹配电阻（Rf）。
截止频率决定了滤波器的截止频率，阻抗匹配电阻用于将输入和输出阻抗匹配以获得更好的性能。
- 对于低通滤波器，截止频率（fc）计算公式为：fc = 1 /(2πRfC)，其中π是圆周率。
-对于阻抗匹配电阻（Rf），一般选择与电阻（R）相等。
这样可以使输入和输出的阻抗匹配，以避免信号损失。
3.根据截止频率计算电容（C）的值。
电容值的选择需要根据所需的截止频率和电阻（R）的取值来确定。
-电容值（C）计算公式为：C=1/(2πfR)，其中f为截止频率。
-在实际设计中，可以选择与标准电容值最接近的值，并根据需要进行微调。
4.确定电阻（R）的值。
电阻的取值也需要根据所需的截止频率和电容的取值来确定。
-电阻（R）的取值一般为标准电阻值，例如1KΩ、10KΩ等。
-在实际设计中，可以选择与标准电阻值最接近的值，并根据需要进行微调。
5.确定信号输入和输出的连接方式。
一般情况下，输入信号通过电容连接到滤波器的输入端，输出信号则通过电阻连接到滤波器的输出端。
设计无源RC低通滤波器实例：假设我们需要设计一个无源RC低通滤波器，其截止频率为10kHz。
现在，我们来计算电容和电阻的值。
根据截止频率计算电容（C）的值：C=1/(2πfR)=1/(2π*10kHz*R)其中，R为电阻值，为了简化计算，我们选择R=10KΩ。
C=1/(2π*10kHz*10KΩ)=1.59nF所以，选择最接近的标准电容值为1.5nF。
选择与电容值匹配的电阻值，我们选择R=10KΩ。
所以，设计出的无源RC低通滤波器的电路图如下：```----C(1.5nF)输入信号----，------，----输出信号----R(10KΩ)```需要注意的是，这只是一个示例设计，实际的设计可能会根据具体需求进行微调。
无源低通滤波器的设计
目录第一章一阶无源RC低通滤波电路的构建 (3)1.1 理论分析 (3)1.2 电路组成 (4)1.3 一阶无源RC低通滤波电路性能测试 (5)1.3.1 正弦信号源仿真与实测 (5)1.3.2 三角信号源仿真与实测 (10)1.3.3 方波信号源仿真与实测 (15)第二章二阶无源LC低通滤波电路的构建 (21)2.1理论分析 (21)2.2 电路组成 (22)2.3 二阶无源LC带通滤波电路性能测试 (23)2.3.1 正弦信号源仿真与实测 (23)2.3.2 三角信号源仿真与实测 (28)2.3.3 方波信号源仿真与实测 (33)第三章结论与误差分析 (39)3.1 结论 (39)3.2 误差分析 (40)第一章一阶无源RC低通滤波电路的构建1.1理论分析滤波器是频率选择电路，只允许输入信号中的某些频率成分通过，而阻止其他频率成分到达输出端。
也就是所有的频率成分中，只是选中的部分经过滤波器到达输出端。
低通滤波器是允许输入信号中较低频率的分量通过而阻止较高频率的分量。
图1 RC低通滤波器基本原理图当输入是直流时，输出电压等于输入电压，因为Xc无限大。
当输入频率增加时，Xc减小，也导致Vout逐渐减小，直到Xc=R。
此时的频率为滤波器的特征频率fc。
解出，得：在任何频率下，应用分压公式可得输出电压大小为：因为在＝时，Xc=R，特征频率下的输出电压用分压公式可以表述为：这些计算说明当Xc=R时，输出为输入的70.7%。
按照定义，此时的频率称为特征频率。
1.2电路组成图2-一阶RC电路multisim仿真电路原理图图3-一阶RC实物电路原理图电路参数：C=1.0μF R1=50Ω R2=50Ω R3=20Ω R4=20Ω R5=20Ω1.3一阶无源RC滤波器电路性能测试1.3.1 正弦信号仿真与实测对于一阶无源RC滤波器电路，我们用100Hz、1000Hz、10000Hz三种不同正弦频率信号检测，其仿真与实测电路图如下：图4 f=100Hz 时正弦信号仿真波形图图5 f=100Hz时正弦信号实测波形图表1 f=100Hz时实测结果与仿真数据对比表数据项目输入幅值/V 输出幅值/V 衰减/dB 相位差仿真电路20.000 19.900 -0.0435 0.032π实测电路0.44 0.44 0 0π分析：由图4的仿真波形与图5的实测电路波形和表1中的数据可知，输入频率为100Hz的正弦信号时，该信号能够通过，输入输出波形间有较小相位差和较小衰减。
5.二阶无源低通滤波器
5.二阶无源低通滤波器二阶低通滤波器设计一：实验目的.设计、焊接一个二阶低通滤波器，要求：截止频率为1KHz。
二：实验原理利用电容通高频阻低频的特性，使一定频率范围内的频率通过。
从而设计电路，使得低频率的波通过滤波器。
三：实验步骤1：设计电路，在仿真软件上进行仿真，在仿真电路图上使功能实现。
2：先定电容，挑选合适的电阻，测量电阻的真实值，再到仿真电路替换掉原来的电阻值，不断挑选电阻，找到最逼近实验结果的值3：根据仿真电路进行焊接，完成之后对电路进行功能检测，分别挑选频率为100hz，1khz，10khz的电源进行输入检测，观察输出的波形，并进行实验记录四：实验电路图1.1仿真电路设计图1.4 f=100Hz 时正弦信号实测波形图表1 f=100Hz时实测结果与仿真数据对比表数据项目输入幅值/V 输出幅值/V 衰减/dB 相位差仿真电路169.706 167.869 0.0945 0.018π实测电路0.468 0.440 0.0536 0π分析：由图1.3的仿真波形与图1.4的实测电路波形和表1中的数据可知，输入频率为100Hz的正弦信号时，该信号能够通过，输入输出波形间有较小相位差和较小衰减。
仿真和实测数据间存在误差，误差值较小，在允许范围内。
图1.5 f=1kHz 时正弦信号仿真波形图图1.6 f=300Hz 时正弦信号实测波形图表2 f=1kHz时实测结果与仿真数据对比表数据项目输入幅值/V 输出幅值/V 衰减/dB 相位差仿真电路169.631 121.047 2.931 0.140π实测电路0.480 0.328 3.307 0.120π分析：由图1.5的仿真波形与图1.6的实测电路波形和表2中的数据可知，输入频率为1kHz的正弦信号时，该信号能够通过，输入输出波形间有一定的相位差和衰减。
仿真和实测数据间存在误差，误差值较小，在允许范围内。
图1.7 f=10kHz 时正弦信号仿真波形图图1.8 f=10kHz 时正弦信号实测波形图表3 f=10kHz时实测结果与仿真数据对比表数据项目输入幅值/V 输出幅值/V 衰减/dB 相位差仿真电路169.479 9.878 24.689 0.375π实测电路0.476 0.032 23.449 0.25π分析：由图1.7的仿真波形与图1.8的实测电路波形和表3中的数据可知，输入频率为10kHz的正弦信号时,该信号不能够通过，输入输出波形间有较大的相位差和较大衰减。
无源低通滤波器设计
无源低通滤波器设计一、技术指标通带允许起伏：-1dB 0≤f ≤5kHz 阻带衰减： ≤-15dB f ≥10kHz二、设计原理本设计采用巴特沃斯(Butterworth)滤波器。
巴特沃斯滤波器是最基本的逼近函数形式之一，它的幅频特性H(j ω)的模平方为222)(11)(⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛ωω+=ωN c j H式中，N 是滤波器的阶数；c ω是滤波器的截止角频率，当c ω=ω时，21)(2=ωj H 。
不同阶次的巴特沃斯滤波器特性如图所示，这一幅频特性具有以下特点：图1 巴特沃斯滤波器幅频相应(1) 最大平坦性：在ω=0点，它的前(2N-1)阶导数为零，即滤波器在ω=0附近一段范围内是非常平直的，它以原点的最大平坦性来逼近理想低通滤波器。
(2) 通带和阻带的下降的单调性，具有良好的相频特性。
(3) 3dB 的不变性：随着N 的增加，通带边缘下降越陡峭，越接近理想特性。
但无论N 是多少，幅频特性都经过-3dB 点。
当c ω>ω时，特性以20NdB/dec速度下降。
三、设计步骤(1) 求滤波器阶数N由给定的技术指标写出滤波器幅频特性)(ωj H 在srad p /10523⨯⨯=πω和s rad s /101023⨯⨯=πω两特定点的方程：⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧-=+=-=+=15))(11lg(20)(lg 201))(11lg(20)(lg 2022Nc s sN c p p j H j H ωωωωωω 联立方程，消去C ω，求解NN =log 10(101510−110110−1)2log 10(105)=3.4435取整后得到要求的阶数N=4。
(2) 求衰减为-3dB 的截止角频率cω，将N=4代入)(s j H ω的表达式得到∣H(j ωs )∣=√1+(2π×10×103ωc)2×4=10−1520即srad c /4306211010102815203=-⨯⨯=πω(3) 求滤波器的系统函数H 。
低通无源滤波器设计
低通无源滤波器设计低通无源滤波器是一种常用的电路，用于将输入信号中的高频部分滤除，只保留低频部分。
在电子电路中，低通滤波器的设计可以采用不同的电路拓扑和元件组合来实现。
本文将介绍低通滤波器的设计过程，并以Butterworth滤波器为例进行详细说明。
设计一个低通无源滤波器的第一步是选择滤波器的拓扑结构。
目前常用的低通滤波器拓扑结构有RC滤波器、RL滤波器、LC滤波器和Active 滤波器等。
每种拓扑结构都有其优缺点，根据设计需求选择合适的结构。
接下来是选择滤波器的传输函数。
传输函数描述了滤波器的输出与输入之间的关系。
常用的传输函数有一阶、二阶和更高阶的巴特沃斯、切比雪夫等类型。
不同类型的传输函数有不同的频率响应特性，在设计中需要根据实际需求选择合适的传输函数。
以Butterworth滤波器为例，它是一种设计简单、频率响应平坦的滤波器，适用于需要保持幅度特性平坦的应用。
Butterworth滤波器的传输函数为：H(s)=1/(1+(s/ωc)^n)其中，H(s)为传输函数，s为复频域表示的变量，ωc为截止频率，n 为滤波器的阶数。
接下来是计算滤波器的元件值。
在设计Butterworth滤波器时，通常将截止频率设置为滤波器的-3dB点。
根据传输函数可以得到：H(jω)，=1/√(1+(ω/ωc)^2n)当ω等于ωc时，H(jω)，等于1/√2、根据此条件，可以得到滤波器的截止频率：ωc=1/√2^(1/n)接下来是计算滤波器的元件值。
以Butterworth滤波器为例，可以选择RC或LC元件来实现滤波器。
在RC滤波器中，电容器C和电阻R的值可以根据截止频率计算得到：R=1/(ωcC)在LC滤波器中，电感L和电容C的值可以根据截止频率计算得到：L=1/(ωcC)在实际设计中，还需考虑元件的可用性和成本等因素，可能需要对计算得到的元件值进行调整。
最后是验证设计的滤波器。
可以使用电子设计自动化（EDA）工具进行电路仿真，验证滤波器的性能是否满足设计要求。
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低通无源滤波器仿真与分析一、滤波器定义所谓滤波器（filter），是一种用来消除干扰杂讯的器件，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消除一个特定频率。
一般可实为一个可实现的线性时不变系统。
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：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。
高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。
带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。
带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。
3)按所采用的元器件按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。
无源滤波器：仅由无源元件(R、L 和C)组成的滤波器，它是利用电容和电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：电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是：通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应，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，而且还可以放大，负载效应不明显，多级相联时相互影响很小，利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器，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：通带范围受有源器件(如集成运算放大器）的带宽限制，需要直流电源供电，可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)按照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)(ty，滤波器的脉冲响应函数为)(th。
转换到x，输出为)(t频域，激励信号为)Y。
(ωj(ωjX，经过一个线性网络得到的响应信号为)则传递函数)(1)()()(jw F j X j Y j H =≡ωωω其中，传递函数的极点是网络的固有频率。
而一个传递函数所有极点的实部均为负的网络是稳定的。
一个网络的传递函数蕴含了网络的全部属性。
幅频特性和相频特性幅度增益与ω 构成幅频特性曲线。
相位变化 与ω 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 ）=lg(A)-lg(B)dB 分贝 （A/B ）(分贝)=10 1g （A/B ） 对于幅频响应，其中3dB ：功率为2倍（10*1g2=3.01），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分量通过，而对该频率以上的信号分量大大抑制的电容、电感与电阻等器件的组合装置。
理想低通滤波器能够让直流一直到截止频率为c f 的所有信号都没有任何损失的通过。
让高于截止频率c f 的所有信号全部丧失.3、描述滤波器性能的基本参数：1.截止频率若滤波器在通频带内的增益为K ，则当其增益下降到(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，)(|)(|)()()(ωφφφωωωωj j x j y e j H j H e A e A j X j Y xy ===)(ωφφφ=-x y |)(|ωj H A A x y=|))(lg(|20)(|)(|ωωj H dB j H =带宽是指其阻带宽度。
带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力。
3.品质因数QQ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选择能力的高低。
4.倍频程选择性是指在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dB表示，它反映了滤波器对通频带以外的频率成分的衰减能力。
4、低通滤波器的幅频特性cω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，经过只允许频率低于1KHz的信号通过的RC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图所示，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，因为电阻分压的关系，得到的信号波形不是十分理想，放大以后可以看到波形不是很光滑，是因为受到前端电阻的影响，得到的幅度也比输入波形小很多，但却是一个0.7kHz的正弦信号。
因此通过模拟仍反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征j Zω1 )(=ω→0，|)(|ωj Z →∞ 低频下相当于断路ω→∞，|)(|ωj Z →0 高频下相当于短路电感的阻抗以及频率相应特征ω→0，|)(|ωj Z →0 低频下相当于短路ω→∞，|)(|ωj Z →∞ 高频下相当于断路 极点RCj 1-=ω，当RC>0时电路稳定。
5.1一阶RC 低通滤波器频率响应 幅频特性：2)(11|)(|RC j H ωω+=；相频特性：)arctan()(RC ωωφ-=； 截止角频率 RC c 1=ω时，振幅21||=H =-3dB 式中为ω输入信号的角频率，令τ=RC 为回路的时间常数，则有RCf c C ππτπω21212=== ，C f 为截止频率。
Lj j Z ωω=)(C j C j R C j j H ωωωω+=+=11)/1(1)(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，τ=RC=0.1592ms，只需要RC的乘积为此值既可。
取R=1KΩ，C=0.15μ设计出滤波器电路，进行模拟。
得到的频谱图和相位图如图所示。
可以看到在-3dB的截止点，频率为1kHz所以满足设计要求。
在相位图上可以看到该点对应的角度为45°。
总结：适当改变电路中R或C的取值，可改变截止频率。
设计低通滤波器时，应使截止频率大于有用信号的频率。
根据截止频率，算出时间常数τ=RC的值，然后根据需要选取所需的电阻与电感既可。
不过RC滤波器在较低的信号源阻抗和较高的负载阻抗下才比较好的效果。
5.2二阶RC低通滤波器采用1阶无源RC滤波器觉得不够满意地方可以采用RC滤波器简单地多级连接的方法。
但需要较低的信号源阻抗和较高的负载阻抗。
在RC 滤波器多级连接时，如果各级都采用相同的R、C值，由于相互之间存在阻抗的影响，在截止频率附近会使截止频率下滑。
改进的方式是采取从低阻抗到高阻抗的顺序排列。
典型的二阶RC 低通滤波电路如下可以求得 截止角频率τω3742.06724.21==RC c ，截止频率πω2c H f = 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 τ=59.58μs 。
取R=10k Ω,Ｃ≈6nF.仿真曲线如下总结：在-3dB 时的截止频率为1kHz 满足设计要求，同时可以看到，由于阶数的增加，相位的变化范围也增加。
在中间点的相位为90度。
由于只需要使τ=RC 满足特定值，因此有无数的设计方案。
但是为了防止截止频率下滑，特别是在设计2阶以上的RC 低通网络时最好按照阻抗从小到大排列，这样会得到更好的衰减效果。
5.3LC 低通滤波器LC 滤波器能够使用的频率范围非常宽，从几十赫兹到集总参数的极限——300MHz 。
在低频范围，LC 滤波器价格较高。
但当截止频率提高到10kHz 以上时，LC 滤波器在体积、价格等方面有突出优势。
影响LC 滤波器的主要障碍是线圈和电容器的参数，即标准元件不一定能满足自己制作的要求。
实际的LC 低通滤波器不可能达到理中的特性，因此实际中低通滤波器的设计都是根据某个函数形式来设计的。
所以又称为函数型滤波器。
常见的滤波器有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、贝塞尔型、高斯型、逆切比雪夫型等等。
这些函数所决定的实际滤波器各有其突出的特点，有的衰减特性在截止区很陡峭，有的相位特性（延时特性）较为规律，在实际中可以根据需要来选用。
一些典型函数型滤波器的特性如下：巴特沃斯滤波器——通带内响应最为平坦切比雪夫滤波器——截止特性特别好；群延时特性不太好；通带内有等波纹起伏。
椭圆函数型——通带内有起伏，阻带内有零点。
截止特性比其他滤波器都好。
在设计LC 低通滤波器时，根据设计目的选择需要的滤波器特性（巴特沃斯、切比雪夫等），并根据必要是衰减量确定阶数，那么可以预先准备好的归一化表简单地计算出元素的数值。
一阶巴特沃斯滤波器设计根据归一化LPF 来设计巴特沃斯型低通滤波器，指的是特征阻抗为1Ω且截止频率为1/(2π)的低通滤波器的数据。
用这种归一化低通滤波器的设计数据作为基准滤波器，按照下面的设计步骤，就能够简单的计算出具有任何截止频率和任何特征阻抗的低通滤波器。
2阶归一化巴特沃斯型LPF 截止频率1/（2π）Hz,特征阻抗1Ω首先选择归一化低通滤波器数据，其次根据需要进行截止频率变换，最后进行特征阻抗变换。
滤波器的截止频率的变换是通过先求出待设计滤波器的截止频率与基准滤波器频率的比值M ，在用这个M 去除滤波器中的所有元件来实现的。
M L L OLD NEW )()(=；M C C OLD NEW )()(=滤波器的特征阻抗的变换是通过先求出待设计滤波器的特征阻抗与基准滤波器特征阻抗的比值K ，在用这个K 去乘基准滤波器中的所有电感元件和用K 去除滤波器中的所有电容元件来实现的。
K L L OLD NEW ⨯=)()(；K C C OLD NEW )()(=如，欲设计一特征阻抗为50Ω且截止频率为300kHz 的2阶巴特沃斯型LPF ，则根据前面的步骤先求M截止频率变换阻抗变换最终变换结果如图所示其仿真结果如下所示可以看到在-3dB 点的频率下降约为330kHZ ，基本满足设计要求。
二阶LC 低通滤波网络模型多阶LC 滤波器的构成有π型和T 型两种。
无论怎么连接都可以得到相同的特性，T 型的特点是在阻值频率下的输入阻抗大，而π型的特点是输入阻抗小。
二阶LC 低通滤波网络模型分析：此网络可以归结为一带初始条件的二阶微分方程10|C dtdy t ==；2)0(C y = 对方程做拉普拉斯变换得到传递函数；令S=j ω 则有11)(2++-=ωωωj R L LC j H ，21c LCω=，Q RC c ω=1 Q 称为网络的品质因数。