【正文】 思濾波器的所有元件參數(shù)不做變化，接著把原來(lái)的每個(gè)電容器都替換成線圈，然后再把原來(lái)的每一個(gè)線圈都換成電容器，然后對(duì)保留的每一個(gè)元件參數(shù)數(shù)值進(jìn)行取倒變換。 試依據(jù)巴特沃思型五階歸一化低通濾波器的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)截止頻率為190MHz且特征阻抗為50Ω的五階T形巴特沃思型高通濾波器。這樣一來(lái)，從歸一化低通濾波器求取歸一化高通濾波器就簡(jiǎn)明多了，高通濾波器的設(shè)計(jì)工作量也就輕松多了。 歸一化低通濾波器 交換電容器和線圈的位置 求所有元件值的倒數(shù) 截止頻率變換 特征阻抗變換 圖29 高通濾波器設(shè)計(jì)流程圖 之所以能用如此簡(jiǎn)單的步驟來(lái)設(shè)計(jì)高通濾波器，是因?yàn)樽鳛榛疽罁?jù)的基準(zhǔn)濾波器采用了截止頻率為1/(2)Hz，特征阻抗為1Ω的歸一化低通濾波器的緣故。只要按照?qǐng)D29所示的步驟，就可以設(shè)計(jì)出高通濾波器。通過(guò)比較可以得知，切比雪夫型低通濾波器的截止特性和巴特沃思型濾波器的比起來(lái)要陡峭得多。圖27 切比雪夫型濾波器切比雪夫型濾波器仿真圖如下： 圖28 切比雪夫型濾波器仿真和巴特沃思型低通濾波器比較可以得出，巴特沃思型低通濾波器在1kHz處的衰減量是3dB，而切比雪夫型低通濾波器在l 。 (211)以M除歸一化切比雪夫型低通濾波器的每一個(gè)元件值。這個(gè)例子就是依據(jù)圖26所示的歸一化低通濾波器的沒(méi)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算出特征阻抗為1Ω，等起伏帶寬截止頻率為l kHz的切比雪夫型低通濾波器[14]。通帶內(nèi)起伏量為1. 0dB的三階歸一化切比雪夫型低通濾波器的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如圖26所示。 (210)下面我們先介紹三階歸一化切比雪夫型低通濾波器的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，以及以這些設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行截止頻率變換和特征阻抗變換的例子。 歸一化切比雪夫型低通濾波器 等起伏帶寬截止頻率變換 特征阻抗變換 圖25 設(shè)計(jì)步驟 圖26 歸一化切比雪夫?yàn)V波器 如果要完成截止頻率的變換，就要先求出待設(shè)計(jì)濾波器等起伏帶寬截止頻率與參考濾波器等起伏帶寬截止頻率的比值M，而且需要把參考濾波器的每一個(gè)元件值都除以M[11]。就像我們前面多次著重的表述，之所以這樣做是為了能夠很簡(jiǎn)便地按圖25的步驟，從歸一化低通濾渡器計(jì)算出待設(shè)計(jì)的濾波器。本節(jié)中的濾波器是歸一化低通濾波器，是指具有1Ω的特征阻抗，具有Hz截止頻率的低通濾波器。對(duì)于切比雪夫型低通濾波器加大通帶內(nèi)的起伏程度有利于獲得更陡峭的截止特性，同時(shí)也可能使濾波器群延特性和匹配特性變差[9]。因?yàn)樵试S濾波器在其通帶內(nèi)有特性起伏，因而其截止特性會(huì)變陡峭，但是隨之相伴的群延遲特性也會(huì)變差。 (27) (28)到此為止已經(jīng)完成了特征阻抗為50Ω且截止頻率為300kHz的巴特沃思型低通濾波器的設(shè)計(jì)，如圖23。為了進(jìn)行特征阻抗變換，首先需要求出待設(shè)計(jì)濾波器的特征阻抗和參考濾波器特征阻抗的比值K。 (23)以M除歸一化低通濾波器的每一個(gè)元件值，便可得到截止頻率的變換結(jié)果。根據(jù)歸一化低通濾波器的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)施以截止頻率變換和特征阻抗的變換。接著再將濾波器中的每一個(gè)元件值除以M便得到相應(yīng)結(jié)果，有以下計(jì)算公式： (21)以濾波器特征阻抗和參考濾波器特征阻抗相比得到比值K，把參考濾波器中的每一電感元件值都乘以K，每一個(gè)電容元件值都除以K便得經(jīng)過(guò)變換后的特征阻抗，有以下公式[8]： (22)下圖中給出了巴特沃思型低通濾波器的設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，以圖中的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為例來(lái)設(shè)計(jì)濾波器。歸一化低通濾波器的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)就是指具有1Ω的特征阻抗，和1/(2π)Hz截止頻率的模擬低通濾波器的數(shù)據(jù)[7]。 2 模擬濾波器設(shè)計(jì) 低通濾波器設(shè)計(jì) 巴特沃思型低通濾波器設(shè)計(jì) 在巴特沃思型濾波器的設(shè)計(jì)中，大多都采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。在中國(guó)普遍應(yīng)用濾波器是在1950年以后，當(dāng)時(shí)主要用于電話信道濾波與報(bào)路濾波。因?yàn)榫哂须娮鑂,電阻誤差比較高(20% ~ 30%)[6]，還是很難完成大規(guī)模集成。但是上述濾波器還是存在很多需要探索的問(wèn)題：理想運(yùn)算放大器和具有偏差的實(shí)際特性，單片集成有源濾波器混合集成過(guò)程的持續(xù)改進(jìn)需要更深入的研究。由于預(yù)設(shè)電路和復(fù)雜的相位時(shí)鐘，這種濾波器的發(fā)展并不樂(lè)觀[5]。但是上述濾波器也存在一個(gè)缺點(diǎn)：每個(gè)分支組件是電容器,運(yùn)算放大器沒(méi)有直流反饋路徑，因此穩(wěn)定性成為問(wèn)題。由于現(xiàn)有的R對(duì)集成過(guò)程構(gòu)成阻礙,所以出現(xiàn)了活躍的C濾波器。1970年初，對(duì)于有源濾波器的發(fā)展人們很是重視，1978年出現(xiàn)了RC有源濾波器，濾波器集成發(fā)展到了一個(gè)很受歡迎的地步。1990年以來(lái)，人們側(cè)重于各種類(lèi)型的濾波器用于研究和開(kāi)發(fā)各種產(chǎn)品。發(fā)展較快的有RC有源濾波器、數(shù)字濾波器、開(kāi)關(guān)電容濾波器和電荷轉(zhuǎn)移濾波器，在1976年左右，單片集成的幾個(gè)濾波器已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)并應(yīng)用[3]。 濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀 美國(guó)與德國(guó)的科學(xué)家在1917年各自發(fā)明出LC濾波器，在1918年導(dǎo)致在美國(guó)獲得第一個(gè)多路復(fù)用器系統(tǒng)，1950年以來(lái)無(wú)源濾波器技術(shù)逐漸的成熟完善。通常情況下濾波器的分辨力與帶寬是成反比的，當(dāng)要提高濾波器的分辨力時(shí)頻帶寬度就會(huì)變窄。另外在測(cè)試系統(tǒng)和專(zhuān)用儀器儀表的使用中模擬濾波器則是一種重要的的變換裝置[1]。濾波器包含數(shù)字濾波器與模擬濾波器兩種類(lèi)型，在濾波器的應(yīng)用中數(shù)字濾波器主要用于語(yǔ)音處理，消除信號(hào)噪聲，電視制造技術(shù)，提取不同頻帶的信號(hào)。當(dāng)選擇使用帶通濾波器時(shí)，這時(shí)噪聲的頻率就應(yīng)該滿(mǎn)足既有低于信號(hào)頻率的成分又有高于信號(hào)頻率的成分。當(dāng)選擇使用低通濾波器時(shí)，信號(hào)的頻率應(yīng)該小于濾波器的截止頻率。在電路中濾波器可以用來(lái)提取混合信號(hào)中的有用信息和抑制無(wú)用信息，然而對(duì)于消除信號(hào)噪聲的方法最基礎(chǔ)的就是濾波技術(shù)。用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器的相位特性要比脈沖響應(yīng)不變法好些，而采用脈沖響應(yīng)不變法可能會(huì)造成數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)的失真。模擬濾波器的歸一化設(shè)計(jì)法比較簡(jiǎn)單，但截止頻率特性與理想濾波器還是有一些偏差。當(dāng)一個(gè)混合信號(hào)通過(guò)模擬濾波器時(shí)，在濾波器通頻帶內(nèi)的信號(hào)如何能夠完整通過(guò)。 目 錄 摘要 IABSTRACT II1 緒論 1 濾波器的應(yīng)用 1 濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀 12 模擬濾波器設(shè)計(jì) 3 低通濾波器設(shè)計(jì) 3 巴特沃思型低通濾波器設(shè)計(jì) 3 切比雪夫型低通濾波器設(shè)計(jì) 5 高通濾波器設(shè)計(jì) 8 巴特沃思型高通濾波器設(shè)計(jì) 8 帶通濾波器設(shè)計(jì) 10 切比雪夫型帶通濾波器設(shè)計(jì) 13 帶阻濾波器設(shè)計(jì) 15 巴特沃思型帶阻濾波器設(shè)計(jì) 163 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 20 數(shù)字濾波器概述 20 數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu) 21 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理 24 有限沖激響應(yīng)濾波器設(shè)計(jì) 25數(shù)字濾波器與模擬濾波器設(shè)計(jì)比較 無(wú)限沖激響應(yīng)濾波器設(shè)計(jì) 274 模擬濾波器與數(shù)字濾波器比較 28 模擬濾波器和數(shù)字濾波器優(yōu)缺點(diǎn) 28 模擬濾波器與數(shù)字濾波器比較 28結(jié)束語(yǔ) 31致謝 32參考文獻(xiàn) 33數(shù)字濾波器與模擬濾波器設(shè)計(jì)比較摘 要 模擬濾波器的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)比較成熟，在實(shí)際電路應(yīng)用中常用于濾波精度不是很高的場(chǎng)合。模擬濾波器所要解決的主要問(wèn)題是怎樣設(shè)計(jì)出比較準(zhǔn)確的截止頻率和通頻帶。上述的問(wèn)題可以以模擬濾波器的歸一化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中主要是對(duì)濾波器截止頻率和特征阻抗的變換。數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)主要是解決如何獲得離散的時(shí)間系統(tǒng)函數(shù)，要解決此問(wèn)題可以采用脈沖響應(yīng)不變法和窗函數(shù)法。關(guān)鍵詞 數(shù)字濾波器/模擬濾波器/截止頻率/窗函數(shù)I數(shù)字濾波器與模擬濾波器設(shè)計(jì)比較 DIGITAL FILTER ANALOG FILTER DESIGN ANDCOMPARISONABSTRACT Analog filter design method is relatively mature, often used in the actual circuit application filtering accuracy is not high occasions. Analog filter main problem to be solved is how to design a more accurate cutoff frequency and passband. When a mixedsignal through the analog filter, the filter passband signal how to plete pass. These problems can be an analog filter, the normalized standard design data as a basis for the design, the design of the