滤波器4_低通与带通滤波器的实现
二阶电路应用——滤波器
二阶电路应用——滤波器摘要：二阶电路在实际中有许许多多的应用, 本文主要就用二阶电路构成滤波器这一应用作简要介绍。
本文仅介绍用二阶电路构成高通、低通、带通、带阻四种滤波器的基本方法和思想。
本文所列举的例子都是最基本的电路，其理论上可以实现所要求的滤波功能。
当然，这些电路模型与实际应用中的滤波电路还是有一定差别的，不过它们非常具有基础性和代表性。
由于受到篇幅的限制，本文无法对所提及的四种滤波器做太多深入的讨论和计算，仅给出电路图，并针对其实现的原理作简要地介绍。
关键词：二阶电路，滤波器，应用Second order circuit application --filterAbstract：Second order circuit in practice have many application, in this paper, with the second order a filter all used for this circuit is also introduced briefly. This paper briefly introduced with the second order circuit, low pass, a qualcomm bandpass filter, belt resistance four basic methods and ideas. This paper one example is the basic circuit, the theory can achieve the required filter function. Of course, these circuit model and the practical application of filter circuit have a difference, but they are very basic and representative. Due to space constraints, this paper can't mentioned to four filter do too much further discussion and calculation, only giving the circuit diagram, and in the light of the principle of its realization are briefly introduced.Keywords:Second order circuit，filter，application1、二阶电路的定义二阶电路是指含有两个独立的动态元件的线性电路，因为其要用线性常系数二阶微分方程来描述，所以我们将其称之为二阶电路。
滤波器基本原理与设计方法
滤波器基本原理与设计方法滤波器作为电子领域中常用的电路元件，广泛应用于信号处理、通信系统、音频放大器等领域。
它的作用是通过选择性地通过或抑制特定频率的信号，将所需的频段从混杂的信号中分离出来或者抑制掉不需要的频率成分。
本文将详细介绍滤波器的基本原理和设计方法。
第一部分：滤波器基本原理在介绍滤波器的设计方法之前，我们需要了解一些基本的滤波器原理。
根据频率选择的特性可以将滤波器分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。
1. 低通滤波器低通滤波器能够传递比截止频率低的信号频率，而抑制高于截止频率的信号频率。
在音频放大器中，低通滤波器可以用于去除高于人耳听觉范围的频率。
2. 高通滤波器高通滤波器与低通滤波器相反，能够传递比截止频率高的信号频率，而抑制低于截止频率的信号频率。
在通信系统中，高通滤波器可以用于去除直流偏置信号或者低频噪声。
3. 带通滤波器带通滤波器可以传递一定频率范围内的信号，而抑制其他频率的信号。
在无线通信系统中，带通滤波器常用于选择感兴趣的频率带宽，去除不需要的频率成分。
4. 带阻滤波器带阻滤波器与带通滤波器相反，能够抑制一定频率范围内的信号，而传递其他频率的信号。
在音频系统中，带阻滤波器可以用于去除特定频率的噪声或者干扰。
第二部分：滤波器设计方法滤波器的设计是根据具体的需求和性能指标进行的。
设计一个滤波器需要考虑以下几个方面：1. 频率响应滤波器的频率响应描述了在不同频率下的增益或衰减情况。
根据需求，选择合适的截止频率、通带和阻带范围等参数，设计滤波器的频率响应。
2. 滤波器类型根据具体的应用场景和需要，选择适合的滤波器类型。
例如，如果需要去除高于一定频率的信号，可以选择低通滤波器。
3. 滤波器阶数滤波器的阶数决定了其在截止频率附近的衰减率。
阶数越高，滤波器的性能越好，但相应的电路复杂度也会增加。
4. 滤波器响应特性根据不同的需求，选择所需的滤波器响应特性。
常见的有Butterworth响应、Chebyshev响应和椭圆形响应等。
常见低通高通带通三种滤波器的工作原理
常见低通高通带通三种滤波器的工作原理滤波器是信号处理领域中常用的工具，用于去除或强调信号中的一些频率成分。
常见的三种滤波器类型是低通、高通和带通滤波器。
它们根据它们在频率域中透过或阻止的频率范围不同而被命名。
下面将详细介绍这三种滤波器的工作原理。
1.低通滤波器低通滤波器（Low-Pass Filter）可以传递低频信号而抑制高频信号。
它们的工作原理是在指定的截止频率处形成一条陡峭的插入损失特性，截止频率之上的信号被大幅度地削弱或阻塞。
低通滤波器常用于去除高频噪声或将信号平滑。
低通滤波器的一个常见例子是RC低通滤波器，其中R和C是电阻和电容。
当输入信号通过RC电路时，频率高的成分将经过电容器的直流通路而被传递，而频率低的成分将受到电阻和电容的组合影响而被衰减。
因此，RC低通滤波器将高频信号滤除，只保留低频信号。
2.高通滤波器与低通滤波器相反，高通滤波器（High-Pass Filter）可以传递高频信号而抑制低频信号。
它们的工作原理是在指定的截止频率以上形成一条陡峭的插入损失特性，截止频率以下的信号被大幅度地削弱或阻塞。
高通滤波器常用于去除低频噪声或将特定频率范围之外的信号进行滤除。
一个常见的高通滤波器是RC高通滤波器，其结构与RC低通滤波器相似。
然而，RC高通滤波器的输入和输出端连接的位置颠倒，电容器与信号源相连。
这样，低频信号会通过电容器的直流路径而被衰减，而高频信号则会通过电容器的较小阻抗通路而传递。
3.带通滤波器带通滤波器（Band-Pass Filter）可以传递指定频率范围内的信号。
它们的工作原理是在指定的截止频率以上和以下形成陡峭的插入损失特性，截止频率之间的信号将被传递。
通常用于提取指定频率范围内的信号或去除特定频率范围之外的干扰。
一个常见的带通滤波器是RLC带通滤波器，其中R、L和C分别代表电阻、电感和电容。
RLC带通滤波器在截止频率的上下分别形成低通和高通滤波器的功能。
通过调节电感、电容和电阻的参数，可以实现操控带通滤波器的中心频率和带宽。
无源滤波器实验总结
无源滤波器实验总结
无源滤波器是一种利用无源元件（如电阻、电容和电感）构成的电路来实现信号的滤波功能的电路。
无源滤波器实验中，我们可以通过改变电阻、电容和电感的数值来调节滤波器的频率响应。
在实验中，利用无源滤波器可以实现低通滤波、高通滤波、带通滤波和带阻滤波等功能。
通过调节电阻、电容和电感的数值，可以改变滤波器的截止频率、增益和带宽等参数，从而实现对特定频率范围内的信号进行滤波。
无源滤波器实验的总结如下：
1. 低通滤波器实验：通过调节电容或电感的数值，实现对低频信号的透通，对高频信号的衰减。
当电容或电感的数值增大时，滤波器的截止频率会减小，滤波效果会更加明显。
2. 高通滤波器实验：与低通滤波器相反，高通滤波器实现对高频信号的透通，对低频信号的衰减。
同样通过调节电容或电感的数值，可以改变滤波器的截止频率。
3. 带通滤波器实验：带通滤波器可以选择一个频率范围内的信号进行透通，剩余频率范围的信号进行衰减。
通过调节电容和电感的数值，可以改变滤波器的中心频率和带宽。
4. 带阻滤波器实验：带阻滤波器实现对一个频率范围内的信号进行衰减，其他频率范围的信号进行透通。
同样通过调节电容
和电感的数值，可以改变滤波器的中心频率和带宽。
通过无源滤波器实验，我们可以了解无源滤波器的基本原理和特性。
同时，实验还可以帮助我们理解滤波器的频率响应特性，掌握滤波器设计和调节技巧。
无源滤波器在信号处理和电子电路设计中有着广泛的应用，掌握其原理和实验方法对于工程师和科研人员来说是非常重要的。
常见低通高通带通三种滤波器的工作原理
常见低通高通带通三种滤波器的工作原理低通滤波器的工作原理：低通滤波器是一种能够通过低频信号而抑制高频信号的滤波器。
其工作原理基于信号的频谱特征，将高频成分滤除，只保留低频成分。
最常见的低通滤波器是RC低通滤波器。
它由电阻(R)和电容(C)组成。
当输入信号通过电容时，高频信号会受到电容的阻碍，直流或低频信号则可以通过电容。
由于电阻连接在电容的后面，它可以通过将电流引入接地来吸收高频信号。
因此，该滤波器能够通过电容器传递直流或低频信号，并在一定程度上削弱高频信号。
另一种常见的低通滤波器是巴特沃斯低通滤波器。
巴特沃斯滤波器是一种理想的滤波器，可以将部分高频信号完全剔除而不影响低频信号。
它的原理是将输入信号传递到一个多级滤波器网络中，其中每个级别都由电容、电感和电阻组成。
每个级别的电容和电感与频率有特定的关系，以实现对信号频谱的精确调控。
通过调整这些参数，可以实现不同级别的频率削弱和通带的增益。
高通滤波器的工作原理：高通滤波器是一种能够通过高频信号而抑制低频信号的滤波器。
其原理与低通滤波器相反，在信号频谱中只保留高频成分。
常见的高通滤波器有RC高通滤波器和巴特沃斯高通滤波器。
RC高通滤波器由电容和电阻组成，其工作原理与RC低通滤波器相似，只是电容和电阻的位置调换。
电容呈现出对高频信号的阻碍，而电阻则通过允许低频信号传递。
巴特沃斯高通滤波器与巴特沃斯低通滤波器类似，通过将输入信号传递到多级滤波器网络中，每个级别由电容、电感和电阻组成。
但是，在巴特沃斯高通滤波器中，电容和电感与频率的关系是相反的，可以精确控制信号频谱的通带和削弱。
带通滤波器的工作原理：带通滤波器是一种能够通过一定频率范围内的信号而抑制其他频率信号的滤波器。
其原理是选择性地通过带内信号，同时削弱带外信号。
最常见的带通滤波器是由一个低通滤波器和一个高通滤波器级联组成的。
低通滤波器负责削弱高频信号，高通滤波器负责削弱低频信号，而带通滤波器则保留两者之间的频率范围内的信号。
了解滤波器的种类和工作原理
了解滤波器的种类和工作原理滤波器是一种用于信号处理和电子通信中的重要设备。
它能够通过不同的工作原理对信号进行筛选和调整，以满足特定的需求。
本文将介绍滤波器的种类和工作原理。
一、低通滤波器低通滤波器是一种常见的滤波器类型，其主要作用是通过允许低频信号通过，而阻断高频信号。
这种滤波器可以用于音频处理、图像处理以及信号传输等领域。
低通滤波器的工作原理是利用电容和电感的相互作用，将高频成分分离并滤除。
二、高通滤波器高通滤波器与低通滤波器相反，它能够通过高频信号，并阻断低频信号。
在音频系统中，高通滤波器常用于消除低频杂音和低频噪声。
高通滤波器的工作原理是利用电容和电感的组合，将低频成分滤除。
三、带通滤波器带通滤波器是一种能够选择一定频率范围内信号的滤波器。
它可以同时阻断低频和高频信号，只允许中间频率范围的信号通过。
带通滤波器广泛应用于无线通信、雷达系统以及音频设备等领域。
它的工作原理是通过组合低通滤波器和高通滤波器来实现对频率的选择性。
四、带阻滤波器带阻滤波器是一种能够阻断一定频率范围内信号的滤波器。
它与带通滤波器相反，只允许低频和高频信号通过，而阻断中间频率范围的信号。
带阻滤波器被广泛应用于抑制特定频率的干扰信号和噪声。
其工作原理是通过将低通滤波器和高通滤波器串联，实现对特定频率范围的阻断。
五、数字滤波器数字滤波器是一种基于数字信号处理的滤波器。
与模拟滤波器相比，数字滤波器具有更好的灵活性和可调性。
它可以通过对数字信号进行采样和离散处理来实现滤波效果。
数字滤波器广泛应用于音频处理、图像处理、无线通信等领域。
六、激励响应滤波器激励响应滤波器是一种通过输入激励信号和滤波器的单位冲激响应来实现滤波效果的滤波器。
它根据不同的输入激励信号形状和滤波器响应特性，可以实现各种滤波效果，如低通、高通、带通和带阻等。
七、滤波器工作原理滤波器的工作原理基于信号的频率分量和滤波器的频率响应特性之间的相互作用。
当信号经过滤波器时，滤波器会根据其特定的频率响应特性对信号的各个频率分量进行加权调整或滤除，从而实现对信号频谱的调整或筛选。
电路基础原理交流电路中的滤波器
电路基础原理交流电路中的滤波器电路基础原理：交流电路中的滤波器在电子领域，滤波器是一种用于去除信号中不需要的频率成分的电路。
它在各种电子设备中发挥着重要作用，用于改善信号质量和过滤掉噪声。
在交流电路中，滤波器的应用尤为重要。
一、滤波器的基本原理滤波器分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。
它们分别针对不同频率范围内的信号进行处理。
1.低通滤波器低通滤波器允许低频信号通过而抑制高频信号。
它在实际应用中常用于消除高频噪声，使得输出信号更加平滑。
低通滤波器的基本原理是通过电容器和电感器构成的RC或RL电路，使得高频的信号被衰减或抑制。
2.高通滤波器与低通滤波器相反，高通滤波器允许高频信号通过而抑制低频信号。
它常用于消除低频噪声，使得输出信号更加纯净。
高通滤波器的基本原理是通过电容器和电感器构成的CR或LR电路，使得低频的信号被衰减或抑制。
3.带通滤波器带通滤波器允许特定范围的频率信号通过，而在其他频率范围内进行衰减。
它可用于选择或提取特定频率范围内的信号。
带通滤波器的基本原理是通过多个电容器和电感器组成的串并联CRLC电路,实现对特定频率范围信号的选择性放行或抑制。
4.带阻滤波器带阻滤波器与带通滤波器相反，它允许特定频率范围外的信号通过，而在该范围内进行衰减。
带阻滤波器的基本原理是通过多个电容器和电感器组成的串并联CRLC电路,实现对特定频率范围信号的选择性放行或抑制。
二、交流电路中的滤波器应用交流电路中的滤波器广泛应用于各种电子设备中，如音频放大器、功率放大器、收音机、电视机以及通信设备等。
1.音频放大器音频放大器通常需要将输入信号进行放大，但同时也会放大原信号中的噪声。
通过在输入信号前加入低通滤波器，可以有效减小噪声对输出信号的影响，提高音质。
2.功率放大器在功率放大器中，为了保证输出信号的纯净度和稳定性，常常使用带通滤波器将输入信号中的杂散频率进行去除，从而得到干净的输出信号。
滤波器4_低通与带通滤波器的实现
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（2）选定微带线的介质基片。
kj变换器实现方案1researchinstituterftechniqueskj变换器实现方案2对于两端开路的14波长平行耦合线可以等效为jzjzjzjz等效条件researchinstituterftechniques于是2端口和4端口开路的平行耦合线构成的双端口网络的a矩阵为researchinstituterftechniques另一方面j变换器与传输线连接所构成的网络的a矩阵为cossincossinsinsincoscossincossincossincosjzjzjzjzjzjzjzresearchinstituterftechniques若使两个网络等效只需对应的网络参数相等所以在线长14波长时jzjzjzjzresearchinstituterftechniques14波长传输线段可以等效为kj变换器kj变换器实现方案3researchinstituterftechniques半波长短截线可等效为串联谐振电路
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选取高特性阻抗为 Zoh=138Ω，低特性阻抗
为 Zol=10Ω，根据同轴线特性阻抗公式
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D D Z 0 60 ln 138 lg d d
3维电路版图
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s21
0
3.6 GHz -0.0952773 dB
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-10
DB(|S(1,2)|) LP filter 14_1
-20
6.4 GHz -25.344 dB
eh / e 24.63mm
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波速：
v ph 3 1011 / e 1.23 1011 mm / s
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故线长度：
（6） 采用Microwave Office仿真
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从仿真结果看，与指标稍有偏差，可以通过适
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2
采用两条开路线并联构成并联电路，所以
2 2 1C2 tg l2 Z 0 L eL
eL 1 1C2 Z 0 L l 2 l4 tg 1.58mm 2 2
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（5）修正不连续的影响。
1
3.02(nH )
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（4）选取高低阻抗线 。
选取高低阻抗线的原则是：高低阻抗线的高
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度必须小于1/8波长；高阻抗线的特性阻抗 应可能高，低阻抗线的特性阻抗应尽量低， 但必须易于实现，也就是说，高阻抗线阻抗 也不能太高，太高则线过细，不易制作，低 阻抗线阻抗也不能太低，太低则内导体过 粗，可能会出现高次模。
低通滤波器的实现
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变形低通原型 耦合谐振器带通滤波器的实现
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4.1 低通滤波器的实现
设计一个微波低通滤波器的过程是：
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当调整各段同轴线长度修正之。 在Microwave Office软件中，采用调节器 （tune)调整，最终得到满意的结果。
l1=l5=2.75cm, l2=l4=6.6cm, l3=4.7cm 仿真中没有加入高低阻抗同轴线间的阶梯，阶
梯的影响主要引入了电抗，因此修正后的仿真 结果与实际结果还会有一定的差距。
-30
-40
-50 0.01 2.01 4.01 Frequency (GHz) 6.01 8
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4.1.2 开路、短路短截线法
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【例4-2】设计微带线低通滤波器。其技术指标： 截止频率 f1=5GHz， 通带最大衰减 LAr=0.1dB， 在 fs=10GHz 上阻带衰减大于30dB， 输入、输 出阻抗为50欧。
1C2 1C4 Z 01 g 2 0.0274 C2 C4 8.728( pF ) 1 L3 Z 0 g3 98.75 L3 3.143(nH )
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（2）选定微带线的介质基片。
通常的微波结构有波导、同轴线、带状线和微
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带等。因此，按结构分，滤波器也可分为波导 滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器和微带 滤波器。
用微波网络元件实现低通滤波器中的电感和电
容的方法基本上有三种： 高低阻抗线法 开路短路短截线法 集中元件法
现代射频滤波器理论与设计
第4讲 低通与带通滤波 器的实现
陈付昌,涂治红
华南理工大学电子与信息学院 天线与射频技术研究所 TEL: 22236201-604 Email:zhtu@
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第4讲内容
3维电路版图
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s21
0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 0.001
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（6）采用Microwave Office仿真，并加以调整。
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电路模型
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（3）选用电容输入式电路，由于输入和输出
g3 1.9750
g 6 1.0000
阻抗Z0=50Ω，各元件的真实值为：
C1 C5 L2 L 4 g g1 1.01( pF ) C3 3 1.75( pF ) 1Z 0 1Z 0 g2 Z0
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为了修正各电容线的开路端的边缘电容影 响，通常将线缩短，对于氧化铝陶瓷基片， 有经验公式 ：
1 0.33h 0.264mm
为了修正十字接头对电感线的影响，通常将 电感线增长，对于氧化铝陶瓷片，有经验公 式： 0.2 1.6 0.32mm
设选定的介质基片为氧化铝陶瓷基片，它的 相对介电常数r=9.6，基片厚度h=0.8mm。
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（3）设计各电感线
采用高阻抗微带线实现串联电感。高阻抗微 带线的特性阻抗一般选在100Ω左右，太 高，线太细。这里选其为=90.96Ω，则微带 线形状比为W1/h=0.2，有效介电常数r=5.93。 故微带宽度为：W1=0.2h=0.16mm。 微带线波导波长：
l1 l5 C1Z 0l v p 1.01 1012 10 3 1010 0.303 (cm) l3 C3 Z 0l v p 1.75 1012 10 3 1010 0.525 (cm)
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（5） 计算各线段长度 。
根据高阻抗线等效串连电感公式 L Z 0l v p
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3.02 109 3 1010 l2 l4 0.66 (cm) Z0h 138 根据低阻抗线等效并联电容公式 C l Z 0 v p L2 v p
解：（1） 确定低通原型。采用切比雪夫低通原
型。由 LAr=0.1dB，可得n=5。
10 0.023 s s 2 1
10 LAr 1
ch 1 (10 LAs /10 1) / n 4.62 1 s Institute of Antenna & RF Techniques ch Research
10
LAr
1
取n=5
ch 1 (10 LAs /10 1) / n 4.62 ' 1 ch s
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（2）根据LAr和n，求低通原型归一化元件值。
g1 g5 1.1468 g 2 g 4 1.3712
现，而串联电感则可以采用高阻抗线来实现。
对于带边频率比较低的低通滤波器，也可以
采集中电容来实现梯形网络中的电容。
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4.1.1 高低阻抗线法
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【例4-1】设计一切比雪夫同轴线低通滤波器，其 技术指标要求：截止频率 f1=3.6GHz，通带最 大衰减 LAr=0.1dB， 在 fs=6.4GHz 上阻带衰减 大于25dB， 输入、输出阻抗为50欧。
解：（1）计算n ，由 LAr=0.1dB，有
10 0.023 s s 1.78 1
取外直径D=1.6cm，则对于50Ω线，内导体：
d De
对于138Ω线 ：
5 6
0.7(cm)
d 2 D /10 0.16(cm)
对于10Ω线
d1 De
1 6
1.36(cm)
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所以，应有 l<e/4。Z0小，则C大。因此，选
用较低的特性阻抗。
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取Z0l=33.87欧 。 则W2=2.0h，er=6.9，故线宽