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(
f2 − f1)
。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