利用诺顿变换简化宽带LC滤波器设计

利用诺顿变换简化宽带LC滤波器设计

第21卷　第4期2008年12月江西电力职业技术学院学报

JournalofJiangxiVocationalandTechnicalCollegeofElectricity

Vol.21　No.4Dec.2008

利用诺顿变换简化宽带LC滤波器设计

姚月琴

(盐城纺织职业技术学院,江苏　盐城　224005)

摘　要:分析了LC滤波器设计参数与制作不符的原因,通过具体设计实例介绍了利用诺顿变换原理设计LC

滤波器参数的过程,此设计方法简单、实用,可为一般工程技术人员设计无源滤波器提供指导。

关键词:LC滤波器;诺顿变换;设计

中图分类号:TN713+1.1　　文献标识码:B　　文章编号:1673-0097(2008)04-0018-02

0　概述

目前有源滤波器在各个领域应用非常广泛,关于滤波器的设计理论日趋成熟,不过在高频领域中有一些滤波器难以用运算放大器实现,还是经常采用无源滤波器,LC[1]

作用。到这样的问题:实际滤波器时,大,特别是带宽变窄。

Ω的3阶98MHz、带宽为20MHz、特征阻抗为50

巴特沃思型BPF,33的(1为基准滤波器。,如巴特沃思型、切比雪夫型、逆切比雪夫型滤波器等。如果情况不确定,推荐选用巴特沃思型,它的特点是通带比较平坦,仿真结果和实际测试特性较为接近,其中以Π形3阶定K型尤为明显。从定K型3阶π形归一化LPF数据获得滤波器电路(如图1)

。

1　LC滤波器设计与制作时的误差原因分析　　我们知道,在进行滤波器理论设计时,许多因素都是被忽略的,而实际制作滤波器时,存在很多寄生参数,比如电感线圈的电阻和杂散电容、变压器线匝之间的杂散电容、导线的电阻、铁

[2]

心的发热等,这些因素的影响是不可避免的。一般设计滤波器时为减少上述影响,通常通过限制线圈的电感量,减少线圈匝数的方法来实现。采取这些方法是为了降低滤波器的特征阻抗,而一般变换阻抗的方法是利用变压器,而利用了变压器后上述影响就存在了,那么有没有其它方法呢?事实上利用诺顿变换同样可以变换特征阻

[3]

抗,从而避免变压器的寄生参数影响。下面以实例说明利用诺顿变换设计宽带LC滤波器(BPF)的方法。

πHz,特征阻抗为1Ω的电路图1　截止频率为1/2

(2)设计截止频率为20MHz,特征阻抗为

Ω的3阶定K型LPF电路(如图2)。50

8

M==1.256×10

Hzπ2K==

50

Ω1

2　BPF参数设计实例

设计数据:频率为88～108MHz、中心频率为

收稿日期:2008-05-25

作者简介:姚月琴(1972-),女,江苏盐城人,讲师.

图2　截止频率为20MHz、特征阻抗

Ω的3阶定K型LPF电路为50

利用诺顿变换简化宽带LC滤波器设计

第4期姚月琴:利用诺顿变换简化宽带LC滤波器设计　19

　　(3)将3阶定K型LPF电路转变为π形3阶

定K型BPF电路(如图3)

图7　等效电路转换

π形3阶定K型BDF电路图3　

合并电容,形成最终电路如图8所示:

(4)在电路中插入变压器将线圈电感量由796nH变换到33nH。

在上述电路中串联线圈电感量减小比例为

33/796,则滤波器的特征阻抗是原来的=

7960.041457,变压器的变比为1,用变压器将图8　合并电容后的等效电路

(6)电感线圈的制作。

上述BPF

电路改为如图4所示:

电感线圈制作时有空芯和磁芯线圈两种,一

般空芯线圈在应用频率较高场合,设计时可直接利用数据表查出电感量为L=33nH时的相关数据,如表1所示。

表1　空芯线圈的设计数据

线圈直径/mm

3匝

1.2

截面面积/mm2

4匝

5匝

6匝

7匝

8匝

1.572.22

2.353.484.7863236.128.301.323.456.239.6213.6118.21

图4　用变压器将电感量转化为33nH的BPF

电路

电路转换成对称形式(如图5)。

1.3.　结论

图5(5)。

诺顿变换原理是指将匝数比为1∶N的变压

器+电容器置换成如图6(b)所示的π形联接的三个元件(电容+变压器置换成π形联接的三个电容元件)。电路变换及公式如图6,其中N=

=4.9。33

对设计好的滤波器进行仿真实验测试,发现其频率特性没有较大变化,但解决了实际制作上的难题,降低了线圈的匝数,提高了电路的品质因数。整个设计过程没有深奥复杂的数学知识,一个具备初级电工知识的人员就可以设计出自己所需的带通滤波器,是值得推荐的设计方法。

参考文献:

[1]森荣.LC滤波器设计与制作[M].北京:科学出版

社,2006[2]席时达.电工技术[M].北京:高等教育出版社,

1996.

[3]王传新.电子技术基础[M].北京:高等教育出版

图6　利用诺顿变换对带有变压器的电路等效变换

设计电路转换为如图7所示:

社,2006.

[责任编辑　杜琴]

UseNorton′sTransformationtoSimplifythe

DesignofBroadbandLCFilter

YAOYue2qin

(YanchengTextileVocationalandTechnicalcollege,JiangsuYancheng224005,China)

Abstract:ThearticleanalyzesreasonsoftheLCfilterparametersarenotsuitedtodesign,throughspecif2icexamplesofdesignthispaperintroducestheprocessofusingthedesignprincipleofNortontransformationde2signLCfilterparameters,itissimpleandpractical,itcangiveguidanceonhowtodesignpassivefilterforgeneralengineeringandtechnicalpersonnel.

Keywords:LCfilter;nortontransformation;design