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新算法教你實現濾波器低通到高通的轉換

analog_devices ? 來源:未知 ? 作者:佚名 ? 2017-08-29 15:13 ? 次閱讀
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濾波器一般用低通原型進行描述,因為低通是標準配置。如何將低通極點轉換成高通極點?ADI為你提供了一種轉換算法。速速 get 起來~

關于極點

受原點零值的影響,其直流響應并不平坦,而是n ×(20 dB/十倍頻程)的上升響應,其中n為極點數。在轉折頻率條件下,受極點影響,上述上升響應會增加n × (–20 dB/十倍頻程)的響應。結果是,在轉折頻率以外,會呈現平坦的響應。

以1/s縮放傳遞函數,可將低通原型轉換成高通濾波器。實際上,這通常相當于將電容變成值為1/C的電感,而對于無源設計,則相當于將電感變成值為1/L的電容。對于有源設計,電阻變成值為1/R的電容,而電容則變成值為1/C的電阻。這僅適用于頻率設置電阻,不適用于增益設置電阻(即并非適用于電路中的每個電阻或電容)。

一種轉換算法

考察轉換的另一種方式是研究s平面的轉換。低通原型的復數極點對由一個實部α和一個虛部β構成。歸一化高通極點通過以下公式算出

以及

這樣,一個簡單的極點α0轉換成

低通零點(ωZ,LP)通過以下公式轉換

此外,原點處將增加與極點數量相等的零點。

在將歸一化低通原型極點和零點轉換成高通之后,接著以與低通相同的方式(即以頻率和阻抗)進行反向歸一化處理。

作為例子,此處轉換的是一個1 kHz、3極點、0.5 dB切比雪夫濾波器。選擇切比雪夫濾波器的原因在于,如果響應不正確,它可以更清楚地顯示出來;這種情況下,巴特沃茲則可能過于寬松。選擇3極點濾波器是為了分別轉換一個極點對和單個極點。

極點位置

低通原型的極點位置來自設計表。

表1

第一級為極點對,第二級為單極點。請注意,用α表示兩個完全不同的參數的做法是不可取的。左側的α和β為復平面上的極點位置。這些是轉換算法中使用的值。右側的α為1/Q,這正是物理濾波器設計等式所希望看到的。轉換結果將產生如表2所示結果。

表2

這里需要提醒一下,由于描述切比雪夫濾波器的一種習慣做法(即此處所用做法)是引用誤差帶的末端而非3 dB頻率,因此,F0必須除以(高通)紋波帶與3 dB帶寬的比值。

用Sallen-Key高通拓撲結構來構建濾波器,原理圖見圖1。

圖1. 高通轉換

圖2所示為低通原型和高通轉換的響應。請注意,它們在1 kHz截止頻率左右是對稱的。還應注意,0.5 dB誤差帶位于1 kHz,而不是?3 dB點,這是切比雪夫濾波器的一個特征。響應的對稱性驗證了轉換的精度。

圖2. 低通和高通響應

從低通到高通濾波器的轉換,上述算法你get到了么?


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原文標題:一種算法,實現濾波器的低通到高通轉換

文章出處:【微信號:analog_devices,微信公眾號:analog_devices】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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