实用标准文案大全 无源低通滤波器分析 一、研究目的 滤波器是一种选择装置，它对输入信号处理，从中选出某些特定信号作为输 出。如果滤波器主要由无源元件 构成，称为无源滤波器。滤波器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。针对电气专业的实际 特点，文中主要对无源低通滤波器进行分析讨论，并希望总结出无源滤波器在实 际工程应用中的相关选用原则。 要求:1、分析讨论无源低通滤波器的各基本形式；2、通过仿真测试滤波器 实际效果并分析结果；3、总结滤波器选用原则和体会 二、滤波器类型简介 无源滤波器通常是以L-C、R-C 等无源器件组成的一种只允许通过给定的频 带信号而阻止其它频率信号通过的选频网络。工业电源中一般把400HZ 以下的 电源称为工频电源，400-10KHZ 的电源称为中频电源，10KHZ 以上称为高频电 源。用于交流电源输入端滤除电源网络中高频干扰的低通滤波器，整流电路中用 于滤除纹波的平滑滤波器，用于抑制放大器产生低频振荡为目的的电源去耦滤波 器等，都属于无源滤波器的范畴。 RC电路多用于低频、功率输出较小的场合，LC 电路适用于高频应用场 实用标准文案大全 按滤波器结构分类，常用的基本形式有 等电路形式。 型、π型电路形式三、滤波元件特性 常用元器件低频特性和高频特性： 图2、元器件低频特性和高频特性图 电感L 的基本特性为通直阻交，电路中具有稳定电流的作用。高频时电感的 阻抗与频率呈现如下关系 实用标准 文案大全 图3、电感高频特性图 电容 1、旁路电容2、去耦电容 3、滤波电容。高频时电容的阻抗与频率呈现如下 关系： 图4、电容高频特性图 滤波电容不是理想的低通滤波器，存在ESL 和ESR，是以自谐振点为中心 的带通滤波器。同为0805 封装的陶瓷电容，0.01μf 的电容比0.1μf 的电容有更 好的高频滤波特性，实际使用中要注意选择合适的电容。 第四章 滤波器仿真环境 本文的仿真使用电路仿真软件Multisim，图为部分Multisim仿真电路： 实用标准 文案大全 图5、电路仿线 ExtTrig OUTR1 50Ω L1 0.16mH XFG1 XFG2 L2 0.16mH R4 C20.068F XFG3 C3 0.068F XSC2 ExtTrig OUTR2 L30.32mH R3 50Ω XFG4 实用标准 文案大全 第五章 无源低通滤波器分析与仿真 滤波器的输出与输入关系常常通过电压转移函数H(S)来描述，电压转移函数 又称为电压增益函数，它的定义为 (S)分别为输出、输入电压的拉氏变换。在正弦稳态情况下，S=jω，电压转移函数可写成 表示输出与输入的幅值比，称为幅值函数或增益函数，它与频率的关系称为幅频特性；φ(ω)表示输出与输入的相位差，称为相位函数，它与频 率的关系称为相频特性。幅频特性与相频特性统称滤波器的频率响应。滤波器设 计中，我们将截止频率ω 用来说明电路频率特性指标的特殊频率。当保持电路输入信号的幅度不变，改变频率使输出信号降至最大值的0.707 RC网络 实用标准 文案大全 型RC滤波 其电压转移函数为 RCs+1 （1-3） 令T=RC，该电路电压转移函数仅有一个单阶极点，在s 平面的负实轴上。 其幅频特性 （1-4）相频特性 90相位最终滞后90。 式中截止频率ω RC，该电路为一阶惯性环节，T 越大，放电越慢，脉动越小， 即滤波效果越好。（注:该电压转移函数是当负载阻抗RL R时，得到的近似电压 转移函数。） 型RC滤波 实用标准 文案大全 （1-6）输入端理想条件下无输出阻抗，则该电路相当于单电容滤波，实际上由于输 入端都存在输出阻抗，则相当于一阶RC 滤波，只是时间常数T 较小，同时该电 路右端的电阻R 与负载阻抗进行分压，消耗能量，故该电路不常用。 型RC电路 Cs+1（1-7） 元件组成滤波电路，T型低通滤波器的电压转移函数同样是一阶惯 性环节，滤波其效果和L 型相似，主要是改变了滤波器两端的输入和输出阻抗。 它是一个双向的滤波器，也减小了输出对输入的干扰，该电路主要应用在低频环 境，意义不大。图为 型滤波器的波特图，从图中可以看见其截止频率大致为320Hz，与理论值相仿，相位最终滞后90 实用标准文案大全 图5.1 型滤波器的波特图π型RC 电路 考虑输入端阻抗Rd s+1（1-8） Rd 实用标准 文案大全 由于输入端一般存在较小的输出阻抗Rd，π型RC 滤波器实际上相当于一个 二阶低通滤波器，C1 和输入端的输出阻抗Rd 构成一级滤波，一般C1 取值较小， 初步滤除交流分量，经一级滤波后还有一定的交流分量；再由R 和C2 组成第二 级滤波，再次减小纹波。它也改变了滤波器两端的输入和输出阻抗。一个二阶振 荡环节，其幅频特性为以-40db 衰减，相频特性为最终滞后180 二阶L型RC 滤波 s+1（1-9） 其中T （1-10）其中 RC为一个二阶振荡环节，其幅频特性为以-40db 衰减，相频特性为最 终滞后180 当RC滤波器阶数较高时，虽然滤波效果更好，但分压效果明显，能量损耗加大， 所以RC 滤波器阶数一般不会太高。 下面在Modelsim环境下搭建电路，仿真结果如下： 实用标准 文案大全 图5.2、L 型10Ω，0.33μf 图5.3 型滤波器0.33μf，10Ω实用标准 文案大全 图5.4 5.5π型电路0.33μf，10Ω，0.33μf 图5.6 二阶RC 电路0.33μf，10Ω，0.33μf ，10Ω 测试中我使用了10KHz 的幅值20V 的正弦波和1MHz 幅值1V 的锯齿波干 扰进行测试。设置f 50KHz,其中π型滤波器将电源输入端等效阻抗设置为0.1 Ω，其他电路未设置等效电路。实际电路中还要考虑负载电阻对滤波电路的影响。 由于RC 滤波电路中R 的取值一般较小，则负载电阻对滤波电路影响相对较小， 实用标准 文案大全 仿真中没有设置负载电阻。从表格中，我们可以发现二阶RC 滤波器滤波效果最 好明显优于一阶 RC 滤波器，其次是π型滤波器，再次是 型滤波器，由于是RC 电路，T 型滤波器为一阶滤波器效果与L 型滤波器相似。结果说明滤波器阶 数越高，滤波效果越好，单阶L 型的噪声衰减较慢，而二阶RC滤波衰减则较快。实际中常常串联成多阶RC 滤波器，根据噪声的滤除情况一级 一级串联。但由于电阻直流分压的原因一般不超过三阶 LC网络 型LC滤波 其电压转移函数为 s+1（1-11） 转换成标准形式 （1-12）式中RL 为负载阻抗，谐振频率ω 为低通滤波器的品质因数，Q电路的选择性越强。根据自控理论，若Q0.5，ζ 1，此时滤波器工作于“欠 阻尼”状态，若 Q0.5，ζ 1，则滤波器工作组“过阻尼”状态，若Q=0.5，ζ =0.5 则滤波器工作组“临界阻尼”状态，若Q=0.707，ζ =0.707，超调量
