测定阻抗匹配的重要性…l段π形滤波器

时间:2008-09-08
  只有信号频率通过的滤波器,在以数字技术为主体的今天,是电子电路的天下,这里,在从音频到视频带的比较低的频率内,使用的OP放大器以有源滤波器为主流。
  由于有源滤波器不必需阻抗匹配,所以多数段数具有很容易级联连接的特征。
  一方面,作为数MHz以上频率使用的高频用滤波器,从古至今都使用LC方式的无源滤波器,但是,LC滤波器在设计时必需预先决定特性阻抗ZO,当驱动侧的阻抗RS、终端(负载)电阻RL,不适合或者变化时,会对滤波器特性有影响.因此,可以说一般LC滤波器的设计都很难。
  在各种LC滤波器中,测定预先假定的负载电阻RL及负载断开/短路时的LC滤波器的输人阻抗ZIN,研究滤波器的通频带内的波形和频带外的特性如何变化,加深对滤波器的理解。
  图1表示基本的LC滤波器的模型。从其外形上看,称之为π形低通滤波器。这个电路是使用了由线圈L和电容C组成的3个电抗元件的电路,衰减倾斜度为3×6dB/oct,即18 dB/oct。使用起来多以除去高频噪声等为目的。

1段π形低通摅波器的构成电路图


  图1 1段π形低通摅波器的构成

  计算电路常数时,首先决定特性阻抗Z。和截断频率fc,然后算出L和C的值。在图1中,从

可知,当ZO=50Ω、fc=5MHz时,L=3.183μH、c=636pF。在这个实验里,取L=3.3μH、C=620PF。
  照片1是1段π形低通滤波器的衰减特性。截断频率fc比设计值5MHz低,这是因为L=3.3μH的缘故。照片上侧的曲线是RL=1MΩ时的特性,产生的通频带约6dB,截断频率fc附近产生约3dB的峰值。

段π形低通滤波器的减衰特性图


  
照片1 1段π形低通滤波器的减衰特性(fc=5MHz,Zo=50Ω,RL=50Ω及lMΩ,f=lOOkHz~l00MHz,lOdB/p.)

  如果在这样的频率特性上,在具有峰值的滤波器上给予脉冲,则输出会产生过冲或振荡,因此要懂得阻抗匹配的重要性。
  照片2是当滤波器的输出特性阻抗为zo=RL=50Ω终端时,对应输出断开(RL=∞)和输出短路(RL=0)时,各个输人阻抗ZIN随频率特性如何变化的曲线图。
  当ZO=RL=50Ω时的输人阻抗,通频带为51.6Ω,截断频率fc附近产生若干个峰值,在fc以上时又变成同一曲线。

1段π形滤波器图


  照片2 1段π形滤波器....随首负载阻抗RL的变化而引起的输入阻抗的变化(RL=0及∞Ω,f=100k-l00MHz)
  当RL=∞时,与频率成反比,输人阻抗ZIN下降.可以看到在f≈3 5MHz产生串联共振现象:f≈5MHz附近产生并联共振现象:fc

以上频率时成反比.在f≈50MHz处产生串联共振现象,但这是由电容的自己共振所引起的。
  当RL=0Ω时,输人阻抗ZIN与频率成比例上升,在f≈3.5MHz产生并联共振现象,fc以上频率时变为同样的特性.
  这样,根据负载的阻抗匹配状态,需注意输人阻抗变化坏约在2Ω~2KΩ之闷,变化了1000倍,由此可知,特别是输出断开时
,驱动侧的功率输出设备很容易破损。
  


  
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