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1、滤波器基本知识劉占目录滤波器概述滤波器的分类1.按所处理的信号2.按所通过信号的频段3.按所采用的元器件滤波器设计滤波器选取数字滤波器模拟滤波器滤波器内容的拓展简介滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过,而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制,它实质上是一个选频电路.滤波器中,把信号能够通过的频率范围,称为通频带或通带；反之,信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；理想滤波器在通带内的电压增益为常数,在阻带内的电压增益为零；实际滤波器的通带和阻带之间存在一定频率范围的过渡带.濾
2、波器概述滤波器是能选择、通过或抑制某频率范围信号的电路或器件.早在19世纪80年代,电阻、电容滤波电路就已经出现.具有频率选择功能的电感、电容谐振回路(图1)可作为最简单的滤波器.由于许多电路和系统都要区分不同频率的信号,滤波器遂被广泛地用在通信、广播、雷达以及许多仪器和设备中.图1频率选择电路下边介绍一下常用滤波器的材质及工作原理陶瓷滤波器是由锆钛酸铅陶瓷材料制成.石英晶体滤波器是由SiO2材料制成.上述两种滤波器的工作原理相同,都是利用这些材料的压电效应,产生机械形变和电场间的相互转变,使绝缘材料用到了交变流路中.声表面滤波器(
3、SAW)是由铌酸锂、锆钛酸铅或石英晶体压电材料为基础构成的一种电-声换能器.它是通过真空镀法将金属蒸发在压电基体上,然后通过光刻工艺制成的.SAW由于采用与集成电路相同的平面加工工艺,制造简单,一致性能好,是目前应用极为广泛的集中选频滤波器.常见石英晶体滤波器和SAW的一些典型参数如下:石英晶体滤波器指标声表面带通滤波器的指标下边介绍一下滤波器的应用频率范围型号标称频率f0/MHz3dB带宽≥KHz通带纹波≤dB阻带宽度（≥40dB)KHz插入损耗≤dB中心频率偏差≤KHzLP2—107310.7202±322.5±1LP1—214
4、121.4150.5±302±1LT25~100.02%f0~0.16%f023~4BW6LT2—502522≤86中心频率/MHz10—1500相对带宽△f/f050%以上最小带宽/KHz100矩形系数1.15带外抑制/dB60以上带内波动/dB±0.05插入损耗/dB最大达25dB滤波器的应用频率范围滤波器的应用频率范围极宽,有适用于低到零点几赫的滤波器,也有高到微波波段的滤波器.根据滤波频率的中心频率和其他要求的不同,滤波器中采用各种谐振元件,电感、电容是最常用的谐振元件.对于工作于1千赫～100兆赫、相对带宽较窄且温度和时间
5、稳定性要求高的滤波器,常用压电晶体作为谐振元件(见晶体滤波器).还有用金属棍、盘作为谐振元件的机械滤波器,和把晶体与机械滤波器原理合并而成声表面波滤波器（图2）.图2不同的滤波器适应的频率范围常用滤波器的特点介绍SAW的工作频率最高.陶瓷滤波器最低；晶体滤波器的相对带宽最窄,而SAW可窄可宽；均有一定的插入损耗,特别是多级级联实现良好的矩形系数要求是,插入损耗会更大.使用这些滤波器时需要注意的是：所有的这些滤波器特性,均是在输入输出匹配的条件下测得的,因此使用时必须注意滤波器的前后的阻抗匹配.滤波器有一定的插入损耗,它与放大器相连时
6、若放在放大器前面,先滤波后放大,有利于清除干扰,但不利于整机的噪声性能.若放在放大器后面,有利于提高噪声性能,但干扰也被放大,特别是强干扰会引起一系列的失真.一般需要具体问题具体考虑.滤波器类型巴特沃斯滤波器（最平坦响应）巴特沃斯滤波器.特点是通频带的频率响应曲线最大限度平坦,没有起伏,而在阻频带则逐渐下降为零.巴特沃斯响应能够最大化滤波器的通带平坦度.特别适用于低频,其对于维护增益的平坦性非常重要.在振幅的对数对角频率的波特图上(下图),从某一边界角频率开始,振幅随着角频率的增加而逐步减少,趋于负无穷大.切比雪夫滤波器(1)切比雪
7、夫滤波器是在通带或阻带上频率响应幅度等波纹波动的滤波器.在通带波动的为「I型切比雪夫滤波器」,在阻带波动的为「II型切比雪夫滤波器」.切比雪夫滤波器在过渡带比巴特沃斯滤波器的衰减快,但频率响应的幅频特性不如后者平坦.切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小,但是在通频带内存在幅度波动.那么是I型和II型哪种常用呢?I型切比雪夫滤波器最为常见.II型切比雪夫滤波器,也称倒数切比雪夫滤波器.较不常用,主要原因:1.频率截止速度不如I型快,2.需要用更多的电子元件.切比雪夫响应(2)切比雪夫滤波器的频率响应曲线如下：两种滤波
8、器的使用范围：如果需要快速衰减而允许通频带存在少许幅度波动,可用第一类切比雪夫滤波器.如果需要快速衰減而不允许通频带存在幅度波动,可用第二类切比雪夫滤波器.椭圆函数滤波器椭圆滤波器是在通带和阻带等纹波的一种滤波器.椭圆函数滤波器相比其
