设计滤波器,必须提前知道的几件事儿

文摘   2024-10-14 17:58   四川  


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如何快速设计滤波器?不需要理论,很少的数学知识——只需要工作的滤波器设计,而且要快?
本系列旨在为那些没有时间查阅大学旧教材中的滤波器理论,并尝试将传递方程转换为可用于生产中的内容的设计人员提供帮助。这就像学生时代,在教科书的背面直接寻找答案。
设计滤波器,必须提前知道四件事:
  • 可用的电源:正/负—或者仅正电源(单电源)
  • 需要通过的频率,以及需要被抑制的频率。
  • 过渡频率,滤波器开始工作的点—或者滤波器对称的中心频率。
  • 一个初始电容器值—从100pF的高频到0.1μF的低频中选择一个。如果得到的电阻值过大或过小,选择另一个电容器值。
设计滤波器可以从以下6个选项中选择滤波器类型,以表示要通过的频率(阴影区域):
图 1. 低通滤波器
图 2. 高通滤波器

图 3. 窄带(单一频率)带通
图 4. 宽带通
图 5. 陷波滤波器
图 6. 带阻滤波器
低通滤波器
选定的滤波器是一个单位增益的萨伦-凯滤波器,具有巴特沃斯响应特性。许多文章和书籍描述了这种拓扑结构。
  • 高通滤波器
选定的滤波器是一个单位增益的萨伦-凯滤波器,具有巴特沃斯响应特性。
  • 窄带通滤波器
选定的滤波器是一个改进的德利安尼斯滤波器。Q值设置为10,这也将增益锁定在10,因为两者通过以下表达式相关联:
没有选择更高的Q值,因为即使增益为20dB,运算放大器的增益带宽乘积也容易达到。至少应允许中心频率峰值以上有40dB的余量。运算放大器的压摆率也应足够,以允许中心频率的波形摆动到所需的振幅。
  • 宽带通滤波器
这不过是级联的萨伦-凯高通和低通滤波器。高通滤波器在前,因此从它延伸到无限频率的能量将被低通滤波。
  • 陷波滤波器
这是弗利格滤波器拓扑,Q值设置为10。Q值可以通过改变R1和R2独立于中心频率进行调整。Q值与设置中心频率的电阻的关系如下:
R1 = R2 = 2 * Q * R3
弗利格滤波器拓扑具有固定的增益1。
唯一可能出现问题的真实可能性是单电源情况下底部放大器的共模范围。
  • 带阻滤波器
这不过是累加的萨伦-凯高通和低通滤波器。它们不能级联,因为它们的响应不会像宽带通滤波器的情况那样重叠。
下期文章我们将分享滤波器的设计流程。


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