最常见的滤波器电路分享

最常见的滤波器电路分享

有许多类型的滤波器电路可用于阻抗匹配，本文讨论了最常见的滤波器电路。

LC滤波器匹配

各种LC滤波器可用于匹配阻抗并提供滤波。滤波对功率射频放大器的输出尤为重要，因为它们会产生大量不需要的谐波，这些谐波在通过天线传输之前必须进行过滤，因为它们可能会造成干扰，并且在电台批准传输的频率之外的频率上进行传输on可能是非法的。我们将介绍低通LC滤波器，因为无线电功率放大器只产生谐波，而谐波信号始终是基本信号的整数倍，因此它们的频率始终高于基本信号——这就是我们使用低通滤波器的原因，他们让想要的信号通过，同时消除谐波。在设计LC滤波器时，我们将讨论源电阻和负载电阻而不是阻抗，因为如果负载或源具有一些串联或并联电感或电容，因此计算变得更加复杂。在这种情况下，最好使用PI滤波器或L滤波器计算器。在大多数情况下，例如集成电路、正确制造和调谐的天线、电视和无线电接收器、发射器等。输出/输入阻抗=电阻。

“Q”因子

每个LC滤波器都有一个称为Q（品质）因子的参数，在低通和高通滤波器中，它决定了频率响应的陡度。低Q滤波器将是非常宽带的，并且不会像高Q滤波器那样过滤掉不需要的频率。高Q滤波器将滤除不需要的频率，但它会有一个谐振峰值，因此它也可以用作带通滤波器。高Q因子有时会降低效率。

L过滤器

L滤波器是最简单的LC滤波器形式。它们由一个电容器和一个电感器组成，连接方式类似于RC滤波器中的连接方式，用电感器代替电阻器。它们可用于匹配高于或低于源阻抗的阻抗。在每个L滤波器中，只有一种L和C组合可以将给定的输入阻抗与给定的输出阻抗相匹配。

例如，要将50Ω负载与14MHz时的100Ω负载匹配，我们需要一个560nH电感器和一个114pF电容器——这是唯一可以在此频率下与这些电阻匹配的组合。它们的Q因子，因此滤波器的质量等于

√（（RA/RB）-1）=Q

其中，RA是较大的阻抗，RL是较小的阻抗，Q是连接适当负载的Q因数。

在我们的例子中，加载的Q将等于√（（100/50）-1）=√（2-1）=√1=1。如果我们想要更多或更少的滤波（不同的Q），我们需要PI滤波器，其中Q是完全可调的，您可以有不同的L和C组合，可以在给定频率为您提供所需的匹配，每个都有不同的Q。

要计算L滤波器元件的值，我们需要三件事：源的输出电阻、负载的电阻和工作频率。

例如，源的输出电阻为3000Ω，负载电阻为50Ω，频率为14MHz。由于我们的源电阻大于负载电阻，我们将使用“b”滤波器

首先，我们需要计算L滤波器的两个组件的电抗，然后我们可以根据电抗和使用频率计算电感和电容：

XL=√（RS*（RL-RS））

XL=√（50Ω*（3000Ω-50Ω）

XL=√（50Ω*（3000Ω-50Ω）

XL=√（50Ω*2950Ω）

XL=√（50Ω*2950Ω）

XL=√147500Ω2

XL=384.1Ω

我们使用电抗计算器来确定在14MHz时具有384.1Ω电抗的电感

L=4.37μH

XC=（RS*RL）/XL

XC=（50Ω*3000Ω）/384.1Ω

XC=150000Ω2/384.1Ω

XC=390.6Ω

我们使用电抗计算器来确定在14MHz时具有390.6Ω电抗的电感

C=29.1pF

正如你所看到的，滤波器的频率响应是低通的，在14MHz处有一个谐振峰值，谐振峰值是由具有高Q值的滤波器引起的，如果Q值较低，则滤波器将是没有峰值的低通滤波器。如果我们想要不同的Q，那么滤波器会更宽，我们需要使用PI滤波器，因为L滤波器的Q取决于源电阻和负载电阻。如果我们使用这个电路来匹配电子管或晶体管的输出阻抗，我们需要从滤波器的电容器中减去输出到地电容，因为它们是并联的。如果我们使用集电极-发射极电容（也称为输出电容）为10pF的晶体管，则C的电容应为19.1pF而不是29.1pF。

PI过滤器

PI滤波器是一种非常通用的匹配电路，它由3个电抗元件组成，通常是两个电容器和一个电感器。与L滤波器不同，L和C的一种组合在给定频率下提供所需的阻抗匹配，PI滤波器允许C1、C2和L的多种组合以实现所需的阻抗匹配，每种组合具有不同的Q。

PI滤波器更常用于需要调谐到不同负载电阻甚至复阻抗的应用中，例如射频功率放大器，因为它们的输入与输出阻抗比（ri）由电容器的平方比决定，因此当调谐到不同的阻抗时，线圈可以保持不变，而只有电容器被调谐。RF功率放大器中的C1和C2通常是可变的。

（C1/C2）²=ri

当我们想要更宽的滤波器时，我们使用略高于Qcrit的Q，而当我们想要更锐利的滤波器时，例如在RF功率放大器的输出端，我们使用比Qcrit大得多但低于10的Q，因为过滤器的Q越高，效率越低。RF输出级中PI滤波器的典型Q值为7，但该值可能会有所不同。

Q暴击=√（RA/RB-1）

其中：RA是两个（源或负载）电阻中的较高者，而RB是较小的电阻。一般而言，可以将较高Q的PI滤波器视为由线圈L和电容C组成的并联谐振电路，忽略阻抗匹配，电容等于：

C=（C1*C2）/（C1+C2）

该谐振电路应在将使用滤波器的频率下谐振。

要计算PI滤波器组件的值，我们需要四件事：源的输出电阻、负载的电阻、工作频率和Q。

例如，我们需要将8Ω源匹配到Q为7的75Ω负载。

RA是两个（源或负载）电阻中的较高者，而RB是较小的电阻。

XC1=RA/Q

XC1=75Ω/7

XC1=10.7Ω

我们使用电抗计算器来确定在7MHz时具有10.7Ω电抗的电容

C1=2.12nF

XL=（Q*RA+（RA*RB/XC2））/（Q2+1）

XL=（7*75Ω+（75Ω*8Ω/3.59Ω））/72+1

XL=（575Ω+（600Ω2/3.59Ω））/50

XL=（575Ω+（167Ω））/50

XL=742Ω/50

XL=14.84Ω

我们使用电抗计算器来确定在7MHz时具有14.84Ω电抗的电感

L=340nH

XC2=RB*√（（RA/RB）/（Q2+1-（RA/RB）））

XC2=8Ω*√（（75Ω/8Ω）/（Q2+1-（75Ω/8Ω）））

XC2=8Ω*√（9.38/（49+1-3.38））

XC2=8Ω*√（9.38/46.62）

XC2=8Ω*√0.2

XC2=8Ω*0.45

XC2=3.59Ω

我们使用电抗计算器来确定在7MHz时电抗为3.59Ω的电容

C2=6.3nF

与L滤波器一样，如果我们的输出设备有任何输出电容（管的板阴极，BJT的集电极到发射极，通常只是MOSFET、管和BJT的输出电容），我们需要从C1中减去它，因为电容是与它并联。如果我们使用具有180pF输出电容的IRF510晶体管作为功率输出设备，C1需要为6.3nF-0.18nF，因此为6.17nF。如果我们使用多个并联晶体管来获得更高的输出功率，那么电容就会相加。

对于3个IRF510，它将是6.3nF-0.18nF*3=6.3nF-0.54nF，因此是5.76nF而不是6.3nF。

用于阻抗匹配的其他LC电路

有许多不同的LC电路用于匹配阻抗，例如T滤波器、晶体管功率放大器的特殊匹配电路或PI-L滤波器（带有附加电感的PI滤波器）。