滤波器原理与结构详解85页PPT

➢ 对于c中的磁耦合方式，一般适用于窄带滤波器，结构可靠性高， 但装配不方便。
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谐振器模型（过滤单元）
左图为单个谐振腔的电场模型及其等 效电路原理图。
图为不带圆盘的谐振杆的圆腔谐振器， 谐振杆顶部与盖板形成的电容，可以 理解成等效电路中的端接电容。
等效电路中的谐振频率计算公式为：
f 1 2 LC
为谐振杆加入圆盘，相当于 加大了端接电容，圆盘越大，电 容越大，谐振频率越低；
容飞结构 感飞结构
右上图的感飞/ 容飞位置上，若加 入容飞结构则实现 容飞，加入感飞结 构则实现感飞；
右下图的对称 飞位置上加入容飞 结构，可实现对称 飞，加入感飞结构 不能形成零点。
调试中，感飞 太强/弱，可以通过 勾/压飞杆来改变飞 杆强度；容飞或对 称飞太强/弱则需要 打开盖板，减短/加 长飞杆。
通常的带通滤波器具有左 图所示的结构： 抽头：将外部输入信号馈 入滤波器或者将经过滤波器 的信号导出。 谐振腔：形成通带内的谐振 点； 耦合窗口：在谐振腔之间传 输电磁信号，同时调整成不 同的耦合度，以满足滤波器 设计的需要； 感飞，容飞，对称飞：形成 通带外的传输零点（即抑制 点）
6
带通滤波器的水池模型
每个谐振腔有各自的谐振频率， 当相邻的两个腔发生耦合时，其谐 振频率相互“排斥”，耦合越强， “排斥”效果越明显，如左下图所 示。
所以，若将所有的耦合螺杆都 往里进，则通带带宽变宽。
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相邻耦合两腔电场分布图
14
相邻耦合两腔磁场分布图
15
相邻耦合两腔表面电流分布图
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带通滤波器的飞杆（额外水闸）
7
滤波器抽头模型（阀门）
抽头为带通滤波器的馈电
装置。其结构关系到馈电强

滤波器原理与结构详解
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 重要 的部分 。—— 陈鹤琴
谢谢！
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿

以上各式中
Av
1 (
f
Avp )2 j 1
f
f0
Q f0
图13.11多路反馈Q反f0A相vp(型R2二π1阶∥CLRRFR1f1CP2 2∥R2RRff )
C1 R2 Rf C2
13.3 有源高通滤波器
二阶压控型有源高通滤波器的电路图如 图13 . 12所示。
图13.12二阶压控型HPF
(1)通带增益
下降的还不够快。
13.2.4 二阶压控型低通滤波器
（1）二阶压控LPF
二阶压控型低通有源滤波器如图13.08所示。 其中的一个电容器C1原来是接地的，现在改接到 输出端。显然C1的改接不影响通带增益。
图13.08二阶压控型LPF
图13.09 二阶压控型LPF的幅频特性
（2）二阶压控型LPF的传递函数
上式表明，该滤波器的通带增益应小于3，才 能保障电路稳定工作。
(3）频率响应
由传递函数可以写出频率响应的表达式
Av
1 (
f )2 f0
Avp j(3 -
Avp )
f f0
当 f f0 时，上式可以化简为
Av( f f0 )
Avp j(3 - Avp )
定义有源滤波器的品质因数 Q 值为 f f0 时的 电压放大倍数的模与通带增益之比
VN s
R
sC1 [ 1
sC2 ∥(R 1
Vi (s) )]
sC1
sC2
通常有C1=C2=C，联立求解以上三式，可得 滤波器的传递函数
Av
s
VO s VI s
1
Avp 3sCR
sCR 2
(3)通带截止频率
将s换成 jω，令
0 2π f0 1/ RC ,可得

应。
二维信号滤波器原理
图像处理
二维信号滤波器主要用于图像处 理，以改善图像的质量或提取图
像中的特定信息。
卷积与滤波
二维信号滤波器通过与图像进行卷 积来处理图像，以实现图性， 对图像中的特定方向进行增强或抑 制。此外，它们也可以在空间域内 对图像进行处理。
滤波器的主要功能是提取感兴趣的频率成分，同时抑制不需要的频率成分。它广 泛应用于通信、音频处理、图像处理、电力等领域。
滤波器的分类
根据不同的分类方法，滤波器可以分为 多种类型。常见的分类包括
4. 带阻滤波器（Notch Filter）：允许 特定频率范围以外的信号通过，抑制特 定频率范围内的信号。
滤波器的优化设计
最优准则的选择
01
最小均方误差准则（ MMSE）
该准则以最小化输出信号的均方误差 为目标，通过优化滤波器参数，使得 输出信号与期望信号之间的误差最小 。
02
最大信噪比准则（ MSNR）
该准则以最大化滤波器输出信号的信 噪比为目标，通过优化滤波器参数， 使得输出信号的信噪比最大化。
03
号处理和控制系统等领域。
基于变换域的滤波器
频域
频域滤波器是基于傅里叶变换的，它可以将时域信号转换到频域，从而更容易 地去除噪声和干扰。
小波变换域
小波变换域滤波器是基于小波变换的，它可以将信号分解成不同的频率分量， 并对每个分量进行独立的滤波处理。这种方法在信号处理中得到了广泛应用。
05
CATALOGUE
在保证滤波器稳定性的前提下，尽量减小滤波器 的参数数量。
设计过程的优化算法
梯度下降法
该算法通过计算目标函数对优化变量的梯度，并按照负梯度方向 更新优化变量的值，从而逐渐逼近最优解。

高通滤波器
允许高频分量通过，抑制低频分量，常用于边缘检测。
CHAPTER
滤波器结构
一阶滤波器
简单一阶滤波器
由电阻、电容和电感元件组成，用于抑制高频噪声。
压控一阶滤波器
通过反馈控制电压的变化，以实现对输出信号的稳定。
二阶滤波器
简单பைடு நூலகம்阶滤波器 压控二阶滤波器
高阶滤波器
高阶RC滤波器
由多个电阻、电容元件组成，具有更高 的频率选择性，常用于高速信号处理。
在声音处理中的应用
去除噪声
在声音处理中，滤波器可以通过 抑制特定频率范围的噪声，提高 声音的信噪比，实现声音的清晰
处理。
音色处理
滤波器也可以用于对声音的音色 进行处理，通过对声音的频率和 振幅进行调节，实现声音的变调、
均衡等处理。
声音压缩
滤波器还可以用于声音的压缩， 通过对声音信号的频谱分析，实 现声音的压缩和编码，便于存储
和传输。
CHAPTER
滤波器展望与未来发展
现有滤波器的不足和改进方向
不足
改进方向
新型滤波器的研发与进展
研发
进展
滤波器在未来的发展趋势和应用前景
要点一
发展趋势
要点二
应用前景
随着技术的不断进步和应用需求的不断增长，滤波器将会 向更高端、更复杂、更智能的方向发展。同时，随着物联 网、5G等技术的普及，滤波器的应用领域也将更加广泛。
VS
高阶LC滤波器
由多个线圈、电容元件组成，具有更高的 频率选择性，常用于高频信号处理。
滤波器的组合结构
串联滤波器
并联滤波器
CHAPTER
滤波器设计
滤波器设计的基本步骤
确定系统函数

图6-5所示。
12
2021/7/1
一、巴特沃斯低通滤波器设计方法
H ( j )
N 2
1
N 4
2
N 8
O
c
图 6-5 巴特沃斯幅频特性和N的关系
13
一、巴特沃斯低通滤波器设计方法
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❖ 低通巴特沃斯滤波器的设计步骤如下 ❖1）据技术指标 p、 、p 和 s ，用s 式（6-18）求出
2
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第一节 滤波器的原理及分类
一
滤波器基本概念
二
滤波器分类
三
数字滤波器技术要求
3
一、滤波器基本概念
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❖ 滤波器可以用描述线性时不变系统的输入输出关
系的数学函数来表示，如图6-1所示。
x(n)
h(n) 线性时不变
y(n)
图6-1 滤波器的时域输入输出关系
4
一、滤波器基本概念
2021/7/1
第六章 滤波器原理与结构
6.1 滤波器的原理及分类 6.2 常用模拟滤波器的设计 6.3 数字滤波器的基本网络结构及其信号流图
1
内容提要
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❖ 数字滤波器属于线性时不变离散时间系统的范畴。 它具有稳定性好、精度高、灵活性大等突出优点。 本章主要介绍滤波器的原理及分类、常用模拟滤 波器的设计方法及数字滤波器的基本结构
H a ( j )
H a ( j )
H a ( j )
H a ( j )
低通
0
高通
0
带通
0
带阻
0
图6-3 各种理想滤波器的幅频特性
6
二、滤波器分类
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常见低通滤波电路
L 一阶滤波
+
CL 二阶滤波
+
LC 二阶滤波
+
LCL T型三阶滤波
+
+
CLC π三阶滤波
D1
L
+ C1
D2
DLC 型二阶滤波器
+
C 一阶滤波
+
RC 二阶滤波
+
RCR T型三阶滤波
+
+
CRC π三阶滤波
X 0.1
8mH
X
L 0.1
8mH
Y 2.2
Y 2.2
开关电源 单级低通滤波回路
8mH
8mH
X 0.2
L
Y 2.2
X
L
பைடு நூலகம்
0.2
Y 2.2
8mH
8mH
开关电源 双级串联式低通滤波回路
1
1、工作原理介绍
CLC П型滤波器
LL
正 脉 冲
+
+ RL
输 入
iC1
iC2
iRL
图1: CLC П型 滤波器正脉冲输入电流方向
a.输入正脉冲时,先给C1充电,充电电流为ic1,迅速充到脉冲的峰值电压Vi,同时电 感器L中也有线性增长的电流,并在L中储存了磁能,随着电流的增长,储存的磁 能越来越多,电容器C2通过电感L也充上了电压,充电电流为ic2,C2和C1上的电
求输出电压脉动较小的场合。
3.弱点:用在没有稳压电路的电源中,负载能力差。
2
4. CLC П型滤波器常用在脉幅式开关稳压电源,电容和电感值越大,滤波效果越好
1、工作原理介绍

在实际应用中, 外加信号的频率ω与回路谐振频率ω0之
差Δω=ω-ω0表示频率偏离谐振的程度, 称为失谐。
广义失谐 : Q(0)
0
1
Q1>Q2
当ω与ω0很接近时,令：
1/ 2
Q1
0
2
02
(0 )(0 )
Q2
0 0
0
2
0
0
( )2
B
0
0
()
1
1
则：
1Q2( 0 0)2
1Q(2 02
32
高频电子线路
的储能与电阻元件耗能状况的比值。
1 Q
Rs
C LR 0sL0C 1 R s
Rs
特性阻抗 ：
L C
0L10C
23
高频电子线路
Ig
L
ZP( j) Rs
C
Ig
IL IC
ZP( j) RP L C
使网络阻抗（ZP（jω））相等进行等效
Q 1
R P(1Q 2)R S Q 2R S
1
Q 1
LP (1Q2)L L
有源滤波器：指在所构成的滤波器中，除无源器件外 还含有放大器等有源电路。
▪RC有源滤波器（含有运算放大器）。
▪开关电容滤波器(SCF)。
按处理的信号形式可分为模拟滤波器，数字滤 波器和抽样数据滤波器等。
10
高频电子线路
滤波器按幅度频率特性可分为：低通，高通，带通
和带阻滤波器
H ( j)
H ( j)
以 = 0 时的输出电压 Vo( j0) 对 Vo( j)
归一化，可得并联谐振回路的相对幅频特性与相频特
性，其值分别如下：

滤波器的性能参数介绍
滤波器的性能参数包括截止频率、通带增益、衰减率等。这些参数决定了滤波器对信号频率的响应以及滤波器 的效果。
理想滤波器和实际滤波器
理想滤波器具有完美的频率特性，但在实际应用中难以实现。实际滤波器是 在工程实践中优化设计的滤波器。
设计滤波器的基本步骤
设计滤波器的基本步骤包括确定需求、选择滤波器类型、计算元件参数、进 行电路仿真、优化设计和验证性能等。
滤波器的应用范围和实例
滤波器广泛应用于通信系统、音频设备、图像处理等领域。例如，低通滤波 器可用于音频放大器和语音识别系统。
总结与建议
滤波器是电子领域中重要的组件，设计和应用滤波器需考虑频率特性和实际需求。选用合适的滤波器可以改善 信号质量和系统性能。
滤波器结构
本课件将介绍滤波器的定义和分类，滤波器的结构基本概念，以及滤波器的 是电子设备中常用的组件，用于改变信号的频率特性。根据频率响应和使用方法，可分为低通、高通、 带通和带阻滤波器。
滤波器的结构基本概念
滤波器的结构包括滤波器的输入端和输出端，以及滤波器中的滤波器元件和 连接线。不同结构的滤波器具有不同的特性和应用。