《检测技术 教学课件 ppt 作者 卜云峰 主编 第十四章第二节 滤波器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《检测技术 教学课件 ppt 作者 卜云峰 主编 第十四章第二节 滤波器（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二节 滤波器,一、滤波器的功能和类型 1、功能：滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，具有滤除噪声和分离各种不同信号的功能。 2、类型： 按处理信号形式分：模拟滤波器和数字滤波器 按功能分：低通、高通、带通、带阻 按电路组成分：LC无源、RC无源、由特殊元件构成的无源滤波器、RC有源滤波器 按传递函数的微分方程阶数分：一阶、二阶、高阶,二、模拟滤波器的传递函数与频率特性 （一）模拟滤波器的传递函数 模拟滤波电路的特性可由传递函数来描述。传递函数是输出与输入信号电压或电流拉氏变换之比。 经分析，任意个互相隔离的线性网络级联后，总的传递函数等于各网络传递函数的乘积。这样，任何复杂的滤波网
2、络，可由若干简单的一阶与二阶滤波电路级联构成。,（二）模拟滤波器的频率特性 模拟滤波器的传递函数H(s)表达了滤波器的输入与输出间的传递关系。若滤波器的输入信号Ui是角频率为w的单位信号，滤波器的输出Uo(jw)=H(jw)表达了在单位信号输入情况下的输出信号随频率变化的关系，称为滤波器的频率特性函数，简称频率特性。 频率特性H(jw)是一个复函数，其幅值A(w)称为幅频特性，其幅角(w)表示输出信号的相位相对于输入信号相位的变化，称为相频特性。,（三）滤波器的主要特性指标 1、特征频率： 通带截频fp=wp/(2)为通带与过渡带边界点的频率，在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。 阻带截频
3、fr=wr/(2)为阻带与过渡带边界点的频率，在该点信号衰耗下降到一人为规定的下限。 转折频率fc=wc/(2)为信号功率衰减到1/2(约3dB)时的频率，在很多情况下，常以fc作为通带或阻带截频。 固有频率f0=w0/(2)为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率，复杂电路往往有多个固有频率。,2、增益与衰耗 滤波器在通带内的增益并非常数。 对低通滤波器通带增益Kp一般指w=0时的增益；高通指w时的增益；带通则指中心频率处的增益。 对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，衰耗定义为增益的倒数。 通带增益变化量Kp指通带内各点增益的最大变化量，如果Kp以dB为单位，则指增益dB值的变化量。,3、阻尼系数与品质
4、因数 阻尼系数是表征滤波器对角频率为w0信号的阻尼作用，是滤波器中表示能量衰耗的一项指标。 阻尼系数的倒数称为品质因数，是评价带通与带阻滤波器频率选择特性的一个重要指标，Q= w0/w。式中的w为带通或带阻滤波器的3dB带宽， w0为中心频率，在很多情况下中心频率与固有频率相等。,4、灵敏度 滤波电路由许多元件构成，每个元件参数值的变化都会影响滤波器的性能。滤波器某一性能指标y对某一元件参数x变化的灵敏度记作Sxy，定义为： Sxy=(dy/y)/(dx/x)。 该灵敏度与测量仪器或电路系统灵敏度不是一个概念，该灵敏度越小，标志着电路容错能力越强，稳定性也越高。,5、群时延函数 当滤波器幅频特
5、性满足设计要求时，为保证输出信号失真度不超过允许范围，对其相频特性(w)也应提出一定要求。在滤波器设计中，常用群时延函数d(w)/dw评价信号经滤波后相位失真程度。群时延函数d(w)/dw越接近常数，信号相位失真越小。,二阶滤波器通式 式中：为阻尼系数 。为固有频率 bk不同,则滤波特性不同： 低通： 高通： 带通： 带阻：,1、二阶低通滤波器 二阶低通滤波器的传递函数的一般形式为 它的固有频率为a01/2，通带增益Kp=b0/a0，阻尼系数为a1/w0。其幅频特性与相频特性为,2、二阶高通滤波器 二阶高通滤波器的传递函数的一般形式为 其幅频特性与相频特性为,3、二阶带通滤波器 二阶带通滤波器
6、的传递函数的一般形式为 其幅频特性与相频特性分别为,4、二阶带阻滤波器 二阶带阻滤波器的传递函数的一般形式为 其幅频特性和相频特性为,5、二阶全通滤波电路（移相电路） 二阶全通滤波电路的传递函数的一般形式为 其幅频特性为常数，相频特性为,三、滤波器特性的逼近 理想滤波器要求幅频特性A(w)在通带内为一常数，在阻带内为零，没有过渡带，还要求群延时函数在通带内为一常量，这在物理上是无法实现的。实践中往往选择适当逼近方法，实现对理想滤波器的最佳逼近。 测控系统中常用的三种逼近方法为： 巴特沃斯逼近 切比雪夫逼近 贝赛尔逼近,（一）巴特沃斯逼近（最大平坦型） 这种逼近的基本原则是使幅频特性在通带内最为
7、平坦，并且单调变化。其幅频特性为 n阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数为 其中,（二）切比雪夫逼近（纹波形） 这种逼近方法的基本原则是允许通带内有一定的波动量Kp。其幅频特性为 （三）贝赛尔逼近（恒延时型） 这种逼近与前两种不同，它主要侧重于相频特性，其基本原则是使通带内相频特性线性度最高，群时延函数最接近于常量，从而使相频特性引起的相位失真最小。,RC有源滤波电路,一大类：压控电压源型滤波电路 该电路压控增益Kf=1+R0/R ，传递函数为,RC有源滤波电路,1、低通滤波电路 滤波器参数为,RC有源滤波电路,2、高通滤波器,RC有源滤波电路,3、带通滤波器,RC有源滤波电路,4、带阻滤波器电路1：Q值调节不便，电路容易振荡,RC有源滤波电路,4、带阻滤波器电路2,RC有源滤波电路,二大类：无限增益多路反馈型滤波电路,RC有源滤波电路,1、低通滤波电路,uo(t),RC有源滤波电路,2、高通滤波器,ui(t),RC有源滤波电路,3、带通滤波器,集成有源滤波器,二、集成有源滤波芯片介绍 1、单片集成五阶巴特沃斯低通滤波器MAX280,集成有源滤波器,2、单片集成通用有源滤波器MAX263/264,
