无源滤波器,又称LC滤波器,是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路,可滤除某一次或多次谐波,最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联,可对主要次谐波(3、5、7)构成低阻抗旁路;单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。
无源滤波器主要可以分为两大类:调谐滤波器和高通滤波器。
调谐滤波器
调谐滤波器包括单调谐滤波器和双调谐滤波器,可以滤除某一次(单调谐)或两次(双调谐)谐波,该谐波的频率称为调谐滤波器的谐振频率;
高通滤波器
高通滤波器也称为减幅滤波器,主要包括一阶高通滤波器、二阶高通滤波器、三阶高通滤波器和c型滤波器,用来大幅衰减低于某一频率的谐波,该频率称为高通滤波器的截止频率。
LC滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。其传递函数的写法也会有所不同。以下是各种类型LC滤波器的传递函数写法:
1、低通滤波器传递函数:$H(s)=\frac{1}{1+sRC}$,其中$R$为电阻值,$C$为电容值,$s$为复变量。
2、高通滤波器传递函数:$H(s)=\frac{sRC}{1+sRC}$,其中$R$为电阻值,$C$为电容值,$s$为复变量。
3、带通滤波器传递函数:$H(s)=\frac{sR_2C_2}{1+s(R_1+R_2)C_1+sR_1R_2C_1C_2}$,其中$R_1$、$R_2$为电阻值,$C_1$、$C_2$为电容值,$s$为复变量。
4、带阻滤波器传递函数:$H(s)=\frac{1}{1+\frac{s}{\omega_0Q}+\frac{s^2}{\omega_0^2}}$,其中$\omega_0$为截止频率,$Q$为品质因数,$s$为复变量。
以上是常见的LC滤波器传递函数的写法。需要注意的是,这里的传递函数都是基于理想电感和电容的情况,实际中可能会存在电感和电容的损耗、串联电阻等因素,需要根据实际情况进行修正。
LC滤波器传递函数可以通过以下步骤进行推导:
1. 确定电感和电容的数值:在设计LC滤波器之前,需要确定所需的电感和电容数值。这些数值通常由滤波器的截止频率和阻抗要求决定。
2. 写出电感和电容的阻抗公式:电感和电容的阻抗可以分别表示为jωL和1/(jωC),其中j是虚数单位,ω是角频率。
3. 将电感和电容的阻抗公式代入传递函数公式:传递函数是滤波器输出与输入之间的比值,可以用公式表示为H(jω) = Vout/Vin,其中Vout是输出电压,Vin是输入电压。
4. 对传递函数进行化简:将传递函数的分子和分母进行合并和简化,以得到最终的传递函数表达式。
需要注意的是,具体的LC滤波器传递函数表达式会根据具体的电路拓扑结构而不同,比如串联LC滤波器、并联LC滤波器等。因此,推导传递函数的步骤会有所不同,具体的推导方法应根据实际情况进行相应的分析和推导。
lp: H(s)=1/(s^2+s/Q+1)
hp: H(s)=s^2/(s^2+s/Q+1)
bp: H(s)=(s/Q1)/(s^2+s/Q+1)
bs: H(s)=(s^2/Q1Q2)/(s^2+s/Q+1)