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3-6 濾波電路的結構與特性參數

高頻濾波電路都以電抗性元件,如電感或電容等組合而成。一個

基本的濾波電路,其中所包含的元件數目,可自一個,兩個以至為n 個。濾波電路的選擇性,雖然可隨元件數目n值的增加而提升,但是 以成本效益而言,有效的n 值,一般都在n ≤10。

應用現代網路理論所設計的巴特沃斯,或是柴比雪夫濾波電路,

基本上都是以低通濾波為其設計原型,可直接以巴特沃斯函數,或是 柴比雪夫函數所導出的圖表或數據,加以計算設計。其餘的三種電路 的設計,則應用低通原型

(low-pass prototype)

的數據,經過適當的轉 換程序,可分別轉換為高通

(high-pass)

以及帶拒

(band-reject)

。濾波電 路的理想振幅頻率響應如圖

3-13

所示。

(a) (b)

(c) (d)

圖 3-13 理想濾波電路的振幅頻率響應 (a)低通 (b)高通 (c)帶通 (d)帶拒

巴特沃斯濾波的特性,其振幅頻率響應在通帶區內甚為平坦進入

截止區時的振幅衰減較為緩慢。所用元件的數值,較為切合實際,為

Q

值較低的濾波電路。柴比雪夫濾波的特性,與巴特沃斯完全不同,

在通帶區內的頻率響應,有漣波起伏,且可就設計要求,設定漣波峰 值大小。而在進入截止區時,振隔會有急劇的衰減,漣波值愈大者,

衰減變率愈大,是為一高

Q

值較低的濾波電路。貝索濾波電路為

Q

值最低者,進入截止區時的衰減最為緩慢。圖

3-14

所示,為三者表 幅頻率響應的比較。

圖 3-14 柴比雪夫、巴特沃斯及貝索濾波器振幅頻率響應的比較

再者,巴特沃斯濾波電路具有良好的振幅頻率響應,以及非正絃

波的暫態響應。柴比雪夫濾波電路,雖然能提供更僅的選擇性,而暫 態響應甚差。二者在通帶區內的信號延時,對信號頻率而言,都不能 保持恆定。貝索濾波電路為一低

Q

值電路,進入截止區時的振幅衰 減,為三種濾波特性之最緩慢者,但是具有恆定的延時特性,是為一 具有線性相位頻率響應者。

前如圖

3-13

所顯示者,是為低通、高通、帶通以及帶拒等四種

濾波電路所呈現的,理想振幅頻率響應曲線,事實上,由於所用元件 的不盡理想,設計所得的實際濾波電路的特性,與理想者會有相當大 的差距,而二者的差異必須要有適當的特性參數用以規範,同時用為 濾波電路設計的依據。圖

3-15

所示,為一帶通濾波電路的實際振幅

頻率響應,用以說明相關的特性參數。

圖 3-15 帶通濾波器振幅頻率響應

1.

介入耗損

(Insertion loss)

設若在信號源與負載之間不加濾波電路,當可在負載端取得

一定值輸出。但是將濾波電路加入後,在負載端的輸出信號值,即 使是在通帶區內,亦必定會比原來的輸出為低,二者的差異即為介 入耗損。電抗性元件中所的電阻,是為產生介入耗損的主要來源。

2.

通帶漣波

(Passband ripplee)

用以量測通帶區內的平坦度者,是為在通帶區內最大衰減值與

最小衰減值之差。不同的電路結構,會有不同的漣波值。

3.

通帶頻寬

(Passband width)

簡稱為頻寬

(bandwidth)

,一般都以

3dB

點的截止頻率來定,

如圖

3-14

所示,是為兩端

3dB

點之間的頻率範圍

(

f2f1

)

4.

品質因素

(Quality Factor

Q)

品質因素是描述濾波器選擇度

(Selectivity)

的ㄧ項參數。ㄧ般而

6.

最終衰減(

Ultimate attenuation

)︰

是為濾波電路在截止區內的最大衰減。由抗電子元件的不盡理

想,實際的濾波電路,都不能提供最大的截止區衰減(

>100dB

),

通常都在

50~70dB

第四章

共平面波導帶通濾波器

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