电子电路模电数电计算器
Butterworth Pi LC High Pass Filter Calculator

A PI filter is a filter that has a series element and two parallel elements connected in the shape of the Greek letter PI.
Butterworth filter are characterized by a constant gain (flat response) across the midband of the circuit and a 20 dB per decade roll-off rate for each pole contained in the circuit.
Butterworth filters are termed maximally flat magnitude response filters, optimized for gain flatness in the pass band. The attenuation is -3db at cutoff frequency. Above the cutoff frequency the attenuation is -20 db.
The Butterworth is the only filter that maintains same shape for higher orders whereas other varieties of filters (Bessel, Chebyshev, elliptic) have different shapes at higher orders.
A High pass filter is a filter that passes high frequencies, but attenuates frequencies lower than the cutoff frequency.
巴特沃斯 Pi 型 LC 高通滤波器计算器
把低通的电感和电容互换就得到高通:串联臂变电容、并联臂变电感。巴特沃斯高通用于抑制低频干扰和直流分量,同时保持通带平坦,常用于射频接收前端的隔直与谐波抑制。
使用方法
- 填入截止频率与特性阻抗
- 选择阶数
- 读取串联电容与并联电感值
计算公式
| 串联电容 | C = 1 / (2π · fc · Z₀ · g) 与低通形式互为倒数关系 |
|---|---|
| 并联电感 | L = Z₀ / (2π · fc · g) 并联臂接地 |
| 衰减斜率 | n × 20 dB/dec 低于 fc 时按阶数衰减 |
计算示例
50 Ω 系统,fc = 200 MHz,3 阶高通
- 归一化 g1 = 1.0、g2 = 2.0、g3 = 1.0
- C1 = 1 / (2π × 2e8 × 50 × 1.0) ≈ 15.9 pF
- L2 = 50 / (2π × 2e8 × 2.0) ≈ 19.9 nH
结果:两端各 15.9 pF 串联,中间 19.9 nH 对地
50 Ω 系统,fc = 10 MHz,5 阶
- 截止频率填 10 并选 MHz(即 1 × 10⁷ Hz),阻抗填 50,元件数填 5
- 角频率 w = 2π × 1 × 10⁷ ≈ 6.2832 × 10⁷ rad/s
- 归一化 g 值按 gᵢ = 2sin((2i−1)π / 2n) 展开:g₁ = 2sin(π/10) = 0.618,g₂ = 2sin(3π/10) = 1.618,g₃ = 2.000,g₄ = 1.618,g₅ = 0.618
- L₁ = Z₀ / (g₁·w) = 50 / (0.618 × 6.2832 × 10⁷) ≈ 1.288 × 10⁻⁶ H = 1287.6 nH
- C₁ = 1 / (g₂·Z₀·w) = 1 / (1.618 × 50 × 6.2832 × 10⁷) ≈ 1.967 × 10⁻¹⁰ F = 196.7 pF
- L₂ = 50 / (2.000 × 6.2832 × 10⁷) ≈ 397.9 nH;C₂ 与 C₁ 同值,L₃ 与 L₁ 同值
结果:5 阶高通:并联电感 L₁ = L₃ = 1287.6 nH、L₂ = 397.9 nH,串联电容 C₁ = C₂ = 196.7 pF
要点与常见误区
- 高通的并联电感对直流是短路,做偏置馈电时要注意直流回路。
- 低频端元件值偏大,100 MHz 以下的高通电感常在 µH 级,体积和 Q 值都要权衡。
- 高通首级串电容天然隔直,可省掉单独的隔直电容。
- 截止频率下拉默认是 MHz:设 10 MHz 要填 10 选 MHz,若选了 Hz 再填 10 就是 10 Hz,同一组参数的电感会从 1287.6 nH 变成 1.288 H
- 电容 C₁ 取的是 g₂ 不是 g₁:按 g₁ = 0.618 算会得 1 / (0.618 × 50 × w) ≈ 515 pF,比正确的 196.7 pF 大 2.6 倍,串在通路里会把实际截止频率整体拉低
常见问题
- 高通滤波器能消除直流偏移吗?
- 能。串联电容隔断直流,截止频率越低,低频信号通过得越完整。
- 为什么高通的电感放在并联臂?
- 高通需要低频短路、高频开路,电感对低频呈低阻、对高频呈高阻,正好符合并联臂的需求。
- 插损一般多大?
- 理想 LC 高通插损接近 0,实际因元件 Q 值有限,通带内通常有 0.2~0.5 dB 损耗。
- 元件数填 3,为什么 C₂、C₃ 那几格是空的或负数
- 阶数只用到前 n 个 g 值:n = 3 时 L₁ 用 g₁、C₁ 用 g₂、L₂ 用 g₃,三只元件就够,C₂ 及以后根本不需要。而 n = 3 算到 g₄ 时 (2×4−1)π/6 = 7π/6,sin 为负,g₄ = −1,1 / (g₄·Z₀·w) 自然得出负电容,那不是元件值,忽略即可。判断方法:填 n 后只看 L₁ 到 L⌈n/2⌉、C₁ 到 C⌊n/2⌋ 这几格,n = 3 看 2 个电感 1 个电容,n = 5 看 3 个电感 2 个电容。
- 同一组参数的低通元件值能直接搬过来做高通吗
- 不能搬数值,要做 L↔C 互换并除以 Z₀²:高通 C = 低通 L / Z₀²,高通 L = 低通 C × Z₀²。以 10 MHz、50 Ω、g₂ = 1.618 为例,低通串联电感 = 50 / (1.618 × 6.2832 × 10⁷) ≈ 491.8 nH,换成高通串联电容 = 491.8 nH / 2500 ≈ 196.7 pF,正好是上例的 C₁。把 491.8 nH 直接填进电容栏,量级会差 3 个数量级。
- 特性阻抗从 50 Ω 改成 75 Ω,元件值怎么变
- 只按比例缩放,截止频率不变:电感 L ∝ Z₀,电容 C ∝ 1/Z₀。上例改 75 Ω 后 L₁ = 1287.6 × 1.5 ≈ 1931.4 nH、C₁ = 196.7 ÷ 1.5 ≈ 131.1 pF。反过来降到 25 Ω 则电感减半、电容加倍,实物电感变小但电容变大,选型难点从电感 Q 值转移到电容耐压与体积。
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