低通與高通濾波器課件

1、第9單元 低通與高通濾波器之設(shè)計與製作 低通與高通濾波器之設(shè)計與製作11. 低通濾波器 (Low-Pass Filter)2. 高通濾波器 (High-Pass Filter) 3. 帶通濾波器 (Band-Pass Filter)4. 帶拒濾波器 (Band-Reject Filter)5. 全通濾波器 (All-Pass Filter)濾波器種類之介紹2濾波器之規(guī)格介紹1. 介入損耗 ( Insertion Loss )2. 介入相位移 ( Insertion Phase )3. 群延遲 ( Group Delay )4. 通帶頻寬 ( Pass-Band )5. 通帶漣波 ( Pass-

2、Band Ripple )6. 品質(zhì)因數(shù) ( Q Factor )7. 型態(tài)因素 ( Shape Factor )8. 最終衰減 (Ultimate attenuation )31. 介入損耗 ( Insertion Loss )濾波器通帶頻寬內(nèi)之輸出入端的電壓差異即為介入損耗。2. 介入相位移 ( Insertion Phase )信號源與負載之間不加濾波器電路時， 與加了濾波器電路之後的相位差即為介入相位移。44. 通帶頻寬 ( Pass-Band )通帶頻寬都以 3 dB 點的截止頻率來決定。5. 通帶漣波 ( Pass-Band Ripple )用以測量通帶的平坦程度，為通帶內(nèi)之最大衰

3、減與最小衰減值之差。66. 品質(zhì)因數(shù) ( Q Factor )品質(zhì)因數(shù)是指中心頻率與3 dB頻寬之比7. 型態(tài)因素 ( Shape Factor )用以測量通帶區(qū)以外的衰減程度，表示濾波電路通帶區(qū)兩側(cè)的陡峭程度，定義為衰減 60 dB 處與 3 dB 處的頻寬比7依頻率範圍之分類：低通、高通、帶通及帶拒。低通(Low-Pass)濾波器高通(High Pass)濾波器其中9備註說明：1. 濾波器之階乘由分母之order數(shù)決定之。2. 轉(zhuǎn)換函數(shù)之分母order數(shù)高於分子order數(shù)時為低通濾波 器，且差距愈大濾波效果愈佳;如LC優(yōu)於RC濾波器。 3. 轉(zhuǎn)換函數(shù)之分母order數(shù)低於或等於分子ord

4、er數(shù)時為高 通濾波器。 10簡易L-C 二階被動低通濾波器11 簡易R-C型二階低通濾波器 令則其中12依頻率響應特性之分類：巴特沃斯及柴比雪夫等等。 依使用元件之分類：主動及被動。 濾波器種類之介紹13巴特沃斯低通濾波器之頻率響應The Attenuation: Where = the frequency at which the attenuation is desired. c = the cutoff frequency of the filter. n = the number of elements.0 dB3 dBAdBFreq.1c=ww14Butterworth Desig

5、n Flow1. 決定濾波器所需之元件個數(shù) ( n ) ，並參考 設(shè)計所需之規(guī)格，並利用查表之方式得知。2. 決定濾波器所需之電路雛型，然後再 決定濾波器是由電容輸入或電感輸入。3. 決定雛型電路之元件值，然後再利用查表之 方式得知雛型電路中各元件之正規(guī)化值。4. 將濾波器之正規(guī)化元件值轉(zhuǎn)換成實際值。16Butterworth Design ExampleEx. 設(shè)計一個低通濾波器，其截止頻率為 50 MHz，且於 150 MHz 時有 50 dB 之衰減。Sol:; 正規(guī)化頻率。註：1. 低通或高通濾波器設(shè)計時，fc是指3 dB截止頻率。 2. 帶通或帶拒濾波器設(shè)計時，fc改為fo ，即是中

6、心點頻率。17Butterworth Unequal Termination Low Pass Filter Prototype在不同的端點阻抗時，其設(shè)計流程與第16頁所述相同，只不過於查表時需注意兩端阻抗之比值。19Chebyshev Filter Response將Chebyshev與Butterworth之響應比較，可發(fā)現(xiàn)Chebyshev的截止頻帶之滑落斜率較Butterworth 大，但是Chebyshev於通帶區(qū)會有漣波的存在。 20Chebyshev Filter ResponseChebyshev Response with ripple and attenuation: mo

7、re ripplemore attenuation.RdB = 0.1 dB,21Chebyshev Filter ResponseChebyshev Response with ripple and attenuation: more ripplemore attenuation.22Chebyshev Design FlowChebyshev 濾波器之設(shè)計與Butterworth 所述之流程相似，只是於查表時須注意不同的漣波值而查不同之表格Chebyshev Design ExampleEx. 設(shè)計一個n = 5 ，漣波為0.1 dB的 Chebyshev 低通濾波器，其Rs為50 ohm

8、，負載阻抗為250 ohmSol:參考第24頁漣波為 0.1 dB之Chebyshev 低通雛型圖，若選擇電容輸入之電路雛型可得:23Page. 171-174註:左圖是漣波為0.1 dB之表格24Frequency and Impedance ScalingEx. 將24頁所示Chebyshev低通濾波器雛型電路圖之正規(guī)化 阻抗轉(zhuǎn)為實際值，設(shè)截止頻率為50 MHz 26Low Pass Filter Design Flow Conclusions1. Define which response and specify AdB at f.2. Normalize Frequency, . 3.

9、 Determine maximum ripple Value.4. Find minimum elements with attenuation curve.5. Find Low-Pass Prototype value in table.6. Scale all elements to final value.27Low Pass to High Pass Filter TransformationLow Pass Prototype CircuitHigh Pass Prototype Circuit0.8470.5490.847111L3L2C1.1811.8211.181111C3

10、C2L29High Pass Filter Design ExampleEx. Design a High-Pass Filter with an fc of 60 MHz and attenuation of 40 dB at 30 MHz， the source and load resistance equal at 300 ohms。 Assume that a 0.5 dB pass band ripple 。Sol:Inverting(Low Pass)(High Pass)參考13-22頁之左圖可知，n =4. 55時之Chebyshev 可滿足設(shè)計之需求; 參考13-31頁之圖可得低通濾波器之雛型電路圖。將前面所得之低通濾波器的雛型電路圖轉(zhuǎn)成高通濾波器之雛型電路。30High Pass Filter Design Example註:左圖是漣波為0.5 dB之表格31Low Pass PrototypeHigh Pass Prototype32 簡易L-C型二階高通濾