【文章內(nèi)容簡介】 /wc卻很 小，電感L上有一個很大的壓降，電容C又幾乎把R2短路，所以，縱然電源的電動勢 Eg保持不變，負(fù)載R2兩端的壓降E2也接近于零。換句話說，R2不能從電源取得多少功率。網(wǎng)絡(luò)會讓低頻信號順利通過，到達(dá)R2，但阻攔了高頻信號，使R2不受它們的作用，那些被網(wǎng)絡(luò)A（或其他濾波器）順利通過的頻率構(gòu)成一個“通帶”，而那些受網(wǎng)絡(luò)A阻攔的頻率構(gòu)成一個“止帶”，通帶和止帶相接頻率稱為截止頻率。 什么機(jī)理使網(wǎng)絡(luò)A具有阻止高頻功率通過的能力呢？網(wǎng)絡(luò)A是由電抗元件組成的，而電抗元件是不消耗功率的，所以，高頻功率并沒有被網(wǎng)絡(luò)A吸收，在圖一所示的具體情況中，它有時貯存于電感L的周圍，作為磁能；在另一些時間，它又由電感L交還給電源。如果L和C都是無損元件（即它們的電阻等于零），那么，高頻功率就是這樣在電感與電源之間來回交換，絲毫不受損耗，這就是電抗濾波器阻止一些頻率通過的物理基礎(chǔ)。從這個意義來說，我們可以認(rèn)為濾波器將止帶頻率的功率發(fā)射回電源去，同時也是因?yàn)檫@個關(guān)系，在止帶內(nèi)濾波器的輸入阻抗是純電抗性的。，它的濾波效能是比較低的，在許多場合下，往往不能滿足技術(shù)上的要求，而不得不采取更復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)。然而，不管電路結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，濾波作用的物理根源還是和前面所說的完全一樣。 濾波作用是濾波網(wǎng)絡(luò)所具有的內(nèi)在特性，但濾波網(wǎng)絡(luò)所能起到的作用還受外界因素（電源內(nèi)阻R1和負(fù)載電阻R2）的影響。濾波效能首先決定于濾波器的內(nèi)在特性（這是主要的），同時還決定于濾波器的外加阻抗（這也是不可忽略的）。那么，濾波器效能是用什么來衡量的呢？(a)表示一個電源，它的電動勢為Eg，內(nèi)阻為R1。設(shè)負(fù)載為R2，則當(dāng)負(fù)載直接與電源相接時，它所能吸收的功率Po2為：現(xiàn)在我們將濾波器A接于電源與負(fù)載之間，(b)所示，由于濾波器的特性，當(dāng)電源頻率變化時，出現(xiàn)于R2兩端的壓降E2是不同的，即R2從電源所取得的功率 =在不同頻率上是不等的。用分貝來表示的Po2與R2的比值稱為插入損耗Li：插入損耗Li是衡量濾波器效能的一個參數(shù)。根據(jù)上面的討論，顯然可見，一個良好的濾波器的插入損耗在通帶內(nèi)應(yīng)該比較低，而在止帶內(nèi)應(yīng)該比較高。理想的濾波器的插入損耗在通帶內(nèi)應(yīng)該等于零，而在止帶內(nèi)應(yīng)該是無窮大。 插入損耗是普通濾波器常用的參數(shù)。濾波網(wǎng)絡(luò)具有的阻抗變換特性不難使負(fù)載R2在整個通帶內(nèi)與電源達(dá)成匹配。這時，負(fù)荷所吸收的功率將超過Po2，而使Li取得負(fù)值。根據(jù)R1和R2的比值不同，Li的這個負(fù)值也不一樣。因此，插入損耗Li并不是一個很方便的比較基準(zhǔn)。為了避免這種困難，人們還提出另外一個參數(shù)，它以電源所能供給的最大功率Po為基準(zhǔn)。從電工基礎(chǔ)我們知道：P1與Po的比值，如以分貝來表示，稱為變換器損耗LA根據(jù)以上給出的種種關(guān)系，可以算出：從上式顯然可見，當(dāng)R1=R2=時，變換器損耗就是插入損耗。有些參考書上，這兩者是混為一談的。 必須注意，在上式中，當(dāng)頻率變化時，P2是跟著變化的。在理想的情況下，濾波器的變換器損耗LA 在通帶內(nèi)應(yīng)該是零，而在止帶內(nèi)則應(yīng)該具有比較大的數(shù)值。根據(jù)濾波器的具體電路結(jié)構(gòu)，變換器損耗與頻率保持有各種不同的關(guān)系。，在這些圖中，橫坐標(biāo)w表示頻率w，縱坐標(biāo)表示變換器損耗LA。(a)表示有關(guān)器件順利通過低于w1w的頻率，而阻礙高于w1w的頻率通過；這樣的器件稱為低通濾波器（LP－Low Pass）。(b)的情況正好相反，稱為高通濾波器（HP－High Pass）。(c) 表示有關(guān)器件順利通過w1w至w2w之間的頻率，對于低于w1w或高于w2w的頻率都阻礙它們通過；這樣的器件稱為帶通濾波器（BPBand Pass）。(d)是(c)的對立面，它阻止w1w至w2w之間的頻率通過，稱為帶阻濾波器（BS－Band Suppress）。這些不同的頻率特性取決于電路的具體結(jié)構(gòu)，圖四給出以上四種濾波器的基本結(jié)構(gòu)形式，各個元件的數(shù)值是和變換器衰減的頻率特性以及所接負(fù)載密切聯(lián)系著的。驟然看來，這四種電路結(jié)構(gòu)是很不相同的，似乎各自應(yīng)有各自的設(shè)計(jì)方法。其實(shí)不然，通過一些數(shù)學(xué)方法，人們可以把這四種濾波器電路結(jié)構(gòu)完全統(tǒng)一起來，這里用到的數(shù)學(xué)方法叫作“頻率變換”。應(yīng)用頻率變換法，其它三種濾波器都可以看作低通濾波器；在設(shè)計(jì)時，先從它對應(yīng)的低通濾波器著手（因?yàn)檫@樣簡單得多），在獲得低通濾波器的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以后，再用頻率變換法，求得所要設(shè)計(jì)的濾波器的數(shù)據(jù)。因?yàn)檫@個關(guān)系，滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求的低通濾波器稱為“母型濾波器”或“原型濾波器”（prototype)。上面提出了衡量濾波器效能的參數(shù)－－變換器損耗LA，但是，效能好壞的準(zhǔn)則又是什么呢？在實(shí)際濾波器中，變換器損耗的頻率特性往往不像圖三那樣理想。首先，從通帶過渡到止帶，LA是慢慢增加的，所以，衡量濾波器效能好壞的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是：從通帶過渡到止帶時，LA曲線的上升要陡峭。其次在通帶內(nèi)，變換器損耗不是完全不存在的，一方面因?yàn)闃?gòu)成濾波器的元件多少總帶有一點(diǎn)損耗，如電感中的電阻，電容中的漏阻等。另一方面，由于設(shè)計(jì)上的考慮，有時故意要LA在通帶內(nèi)不能完全為零。故衡量濾波器效能的另一準(zhǔn)則是：在AL曲線從通帶過渡到止帶的上升程度相同的情況下，LA在通帶內(nèi)的大小究竟怎樣。 對以上兩點(diǎn)的要求越高，濾波器所需用的元件越多，這將帶來生產(chǎn)工作和造價的增加。所以，對于實(shí)際設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行全面的考慮，只要濾波性能能夠滿足所提出的要求，那便沒有追求LA曲線上升過分陡峭的必要。濾波器的設(shè)計(jì)當(dāng)前有兩種不同的出發(fā)點(diǎn)。一種稱為鏡象參數(shù)法。它以濾波網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)在特性為根據(jù)。是人們一向用來設(shè)計(jì)濾波器的老辦法。這種方法的特點(diǎn)是:根據(jù)濾波網(wǎng)絡(luò)的具體電路,用分析的方法推算出變換器損耗的特性。然后再將這些具體電路拼湊起來,使總的LA特性滿足所需要的技術(shù)要求。用這種方法設(shè)計(jì)出來的濾波器一般為K 式濾波器和m式濾波器等。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是理論根據(jù)簡單。它的缺點(diǎn)是在分析過程中沒有考慮外接負(fù)載的影響,故在具體的設(shè)計(jì)要求提出后,需要反復(fù)試探,才能得到設(shè)計(jì)結(jié)果。這對于缺乏經(jīng)驗(yàn)的工作人員來說,是頗費(fèi)時間的。 另一種方法從插入損耗入手,它是近年來應(yīng)用的很多的設(shè)計(jì)方法。這種方法的特點(diǎn)是:根據(jù)所提出的技術(shù)要求,決定插入損耗Li(在R2=R1=時也就是孌換器損耗LA)與頻率w的函數(shù)關(guān)系,然后根據(jù)這個函數(shù)關(guān)系,應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)理論綜合出具體的電路結(jié)構(gòu)。所以這種方法和前面的一種方法正好是相反的。這種方法根據(jù)要求推求電路,而鏡象參數(shù)法則是應(yīng)用已知的特性電路拼湊出滿足要求的結(jié)構(gòu)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)準(zhǔn)確,而且設(shè)計(jì)是已經(jīng)考慮到外接負(fù)載的影響,無需經(jīng)過多次試探的手續(xù)。它的缺點(diǎn)是需要用到比較難深的網(wǎng)絡(luò)理論。但是,這個缺點(diǎn)是可以彌補(bǔ)的,因?yàn)橹灰划?dāng)把滿足各種要求的母型濾波器設(shè)計(jì)出來以后,后來的設(shè)計(jì)手續(xù)變成了簡單的查表讀圖和應(yīng)用淺近數(shù)學(xué)方法換算數(shù)據(jù),從實(shí)用角度來說比鏡象參數(shù)法還要簡單得多