張國(guó)雄版測(cè)控電路PPTChapter4-4

1、第四章第四章 信號(hào)分離電路信號(hào)分離電路l 測(cè)量信號(hào)中，往往包含許多與被測(cè)量無(wú)關(guān)的信號(hào)，測(cè)量信號(hào)中，往往包含許多與被測(cè)量無(wú)關(guān)的信號(hào)，即即噪聲噪聲l 測(cè)量信號(hào)在傳輸、放大、變換、運(yùn)算及各種其他處測(cè)量信號(hào)在傳輸、放大、變換、運(yùn)算及各種其他處理過(guò)程，也會(huì)混入各種不同形式的理過(guò)程，也會(huì)混入各種不同形式的噪聲噪聲l 這些噪聲的隨機(jī)性很強(qiáng)，很難從時(shí)域中直接分離這些噪聲的隨機(jī)性很強(qiáng)，很難從時(shí)域中直接分離但限于其產(chǎn)生的機(jī)理，其但限于其產(chǎn)生的機(jī)理，其噪聲功率是有限噪聲功率是有限的，并的，并按一定規(guī)律分布于頻率域中某一按一定規(guī)律分布于頻率域中某一特定的頻帶特定的頻帶中中第四章第四章 信號(hào)分離電路信號(hào)分離電路l 因此

2、可以用因此可以用頻率選擇頻率選擇的方法，對(duì)噪聲進(jìn)行抑制，的方法，對(duì)噪聲進(jìn)行抑制，并分離提取出有用的信號(hào)并分離提取出有用的信號(hào)l 信號(hào)分離電路可以實(shí)現(xiàn)其功能信號(hào)分離電路可以實(shí)現(xiàn)其功能l 一般利用濾波器從頻率域中實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲的抑制一般利用濾波器從頻率域中實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲的抑制/分分離，提取所需的測(cè)量信號(hào)離，提取所需的測(cè)量信號(hào) a)b)c)工件表面輪廓工件表面輪廓測(cè)量信號(hào)測(cè)量信號(hào):輪廓輪廓+波動(dòng)波動(dòng)+噪聲噪聲用濾波器，濾除各種不用濾波器，濾除各種不需要的信號(hào)與噪聲干擾需要的信號(hào)與噪聲干擾測(cè)量表面粗糙度第四章第四章 信號(hào)分離電路信號(hào)分離電路第一節(jié)第一節(jié) 濾波器的基本知識(shí)濾波器的基本知識(shí)第二節(jié)第二節(jié) RCRC有

3、源濾波器有源濾波器第一節(jié)第一節(jié) 濾波器的基本知識(shí)濾波器的基本知識(shí)一、濾波器的功能和類型一、濾波器的功能和類型1 1、功能：、功能：濾波器是具有濾波器是具有的電路或運(yùn)算處理系統(tǒng)的電路或運(yùn)算處理系統(tǒng)具有濾除噪聲和分離各種不同信號(hào)的功能具有濾除噪聲和分離各種不同信號(hào)的功能第一節(jié)第一節(jié) 濾波器的基本知識(shí)濾波器的基本知識(shí)一、濾波器的功能和類型一、濾波器的功能和類型2、類型、類型l 按處理信號(hào)形式分：模擬濾波器和數(shù)字濾波器按處理信號(hào)形式分：模擬濾波器和數(shù)字濾波器l 按功能分：按功能分：低通、高通、帶通、帶阻低通、高通、帶通、帶阻l 按電路組成分：按電路組成分：LCLC無(wú)源、無(wú)源、RCRC無(wú)源、由特殊元件構(gòu)

4、成的無(wú)源濾波器、無(wú)源、由特殊元件構(gòu)成的無(wú)源濾波器、RCRC有源濾波器有源濾波器l 按傳遞函數(shù)的微分方程階數(shù)分：按傳遞函數(shù)的微分方程階數(shù)分：一階、二階、高階一階、二階、高階一、濾波器的功能和類型一、濾波器的功能和類型 低通濾波器rc)a)b)OA()OA()OA()rpKpKpKpKpKpKpcpc1rc12p1pd)OA()pKpK1pc11r2pc22rc22r高通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器1. LC無(wú)源濾波器無(wú)源濾波器 由電感由電感L L、電容、電容C C組成組成具有良好的頻率選擇特性具有良好的頻率選擇特性信號(hào)能量損耗小、噪聲低、靈敏度低，曾廣泛應(yīng)用信號(hào)能量損耗小、噪聲低、靈敏度低，曾廣泛

5、應(yīng)用于通信及電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域于通信及電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域主要缺點(diǎn)主要缺點(diǎn)電感元件體積大電感元件體積大低頻及超低頻頻帶范圍品質(zhì)因數(shù)低低頻及超低頻頻帶范圍品質(zhì)因數(shù)低( (即頻率選擇即頻率選擇性差性差) )不便于集成化不便于集成化l 現(xiàn)在一般測(cè)控系統(tǒng)中應(yīng)用不多現(xiàn)在一般測(cè)控系統(tǒng)中應(yīng)用不多2. RC2. RC無(wú)源濾波器無(wú)源濾波器電阻R、電容C構(gòu)成頻率選擇特性較差一般只用作低性能濾波器3. 由特殊元件構(gòu)成的無(wú)源濾波器由特殊元件構(gòu)成的無(wú)源濾波器主要有機(jī)械濾波器、壓電陶瓷濾波器、晶體濾波器、聲表面波濾波器等 工作原理一般是通過(guò)電能與機(jī)械能、分子振動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)換，并與器件固有頻率諧振實(shí)現(xiàn)頻率選擇多用作頻率選擇性能很

6、高的帶通或帶阻濾波器， 其品質(zhì)因數(shù)可達(dá)數(shù)千至數(shù)萬(wàn)，并且穩(wěn)定性也很高， 有許多其他種類濾波器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的特性品種系列有限，調(diào)整不便，一般僅應(yīng)用于某些特殊場(chǎng)合l RC無(wú)源濾波器特性不夠理想的根本原因是電阻元件無(wú)源濾波器特性不夠理想的根本原因是電阻元件對(duì)信號(hào)功率的消耗對(duì)信號(hào)功率的消耗 如在電路中引入具有能量放大作用的有源器件，如在電路中引入具有能量放大作用的有源器件，如電子管、晶體管、運(yùn)算放大器等，補(bǔ)償損失的如電子管、晶體管、運(yùn)算放大器等，補(bǔ)償損失的能量，能量， 可使可使RC網(wǎng)絡(luò)像網(wǎng)絡(luò)像LC網(wǎng)絡(luò)一樣，獲得良好的網(wǎng)絡(luò)一樣，獲得良好的頻率選擇特性頻率選擇特性第一節(jié)第一節(jié) 濾波器的基本知識(shí)濾波器的基本知識(shí)二

7、、模擬濾波器的傳遞函數(shù)與頻率特性二、模擬濾波器的傳遞函數(shù)與頻率特性(一一)模擬濾波器的傳遞函數(shù)模擬濾波器的傳遞函數(shù)l 傳遞函數(shù)是輸出與輸入信號(hào)電壓或電流拉氏變換傳遞函數(shù)是輸出與輸入信號(hào)電壓或電流拉氏變換之比之比l 經(jīng)分析，任意個(gè)互相隔離的線性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)后，總經(jīng)分析，任意個(gè)互相隔離的線性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)后，總的傳遞函數(shù)等于各網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的乘積的傳遞函數(shù)等于各網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的乘積l 這樣，任何復(fù)雜的濾波網(wǎng)絡(luò)，可由若干簡(jiǎn)單的一這樣，任何復(fù)雜的濾波網(wǎng)絡(luò)，可由若干簡(jiǎn)單的一階與二階濾波電路級(jí)聯(lián)構(gòu)成階與二階濾波電路級(jí)聯(lián)構(gòu)成二、模擬濾波器的傳遞函數(shù)與頻率特性二、模擬濾波器的傳遞函數(shù)與頻率特性onnnnommmmioasa

8、sasabsbsbsbsUsUsH 111111.)()()().()().()()(2121nmpspspszszszsKsH 經(jīng)因式分解后：經(jīng)因式分解后：傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)：輸出與輸入信號(hào)輸出與輸入信號(hào)(電壓，電流電壓，電流)的拉氏變換之比的拉氏變換之比(二二)模擬濾波器的頻率特性模擬濾波器的頻率特性l 若濾波器的輸入信號(hào)若濾波器的輸入信號(hào)Ui是角頻率為是角頻率為的單位信的單位信號(hào)，濾波器的輸出號(hào)，濾波器的輸出Uo(j)=H(j)表達(dá)了在單位表達(dá)了在單位信號(hào)輸入情況下的輸出信號(hào)隨頻率變化的關(guān)系，信號(hào)輸入情況下的輸出信號(hào)隨頻率變化的關(guān)系，稱為濾波器的頻率特性函數(shù)，簡(jiǎn)稱稱為濾波器的頻率特性函數(shù)，

9、簡(jiǎn)稱l 頻率特性頻率特性H(j)是一個(gè)復(fù)函數(shù)是一個(gè)復(fù)函數(shù)其幅值其幅值A(chǔ)()稱為稱為其幅角其幅角 ()表示輸出信號(hào)的相位相對(duì)于輸入表示輸出信號(hào)的相位相對(duì)于輸入信號(hào)相位的變化，稱為信號(hào)相位的變化，稱為 四種濾波器類型四種濾波器類型 rc)a)b)OA()OA()OA()rpKpKpKpKpKpKpcpc1rc12p1pd)OA()pKpK1pc11r2pc22rc22r通帶截頻fp=p/(2)阻帶截頻fr=r/(2)轉(zhuǎn)折頻率fc=c/(2)固有頻率f0=0/(2)(三三)濾波器的主要特性指標(biāo)濾波器的主要特性指標(biāo)1 1、特征頻率、特征頻率通帶截頻通帶截頻fp=p/(2 )為通帶與過(guò)渡帶邊界點(diǎn)的頻率，

10、在該點(diǎn)信號(hào)增益下降為通帶與過(guò)渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號(hào)增益下降到一個(gè)人為規(guī)定的下限到一個(gè)人為規(guī)定的下限阻帶截頻阻帶截頻fr=r/(2 )為阻帶與過(guò)渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號(hào)衰耗為阻帶與過(guò)渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號(hào)衰耗(增增益的倒數(shù)益的倒數(shù))下降到一人為規(guī)定的下限下降到一人為規(guī)定的下限(三三)濾波器的主要特性指標(biāo)濾波器的主要特性指標(biāo)1 1、特征頻率、特征頻率轉(zhuǎn)折頻率轉(zhuǎn)折頻率fc=c/(2 )為信號(hào)功率衰減到為信號(hào)功率衰減到1/2(約約3dB)時(shí)的頻率，在很多情況時(shí)的頻率，在很多情況下，常以下，常以fc作為通帶或阻帶截頻作為通帶或阻帶截頻固有頻率固有頻率f0=0/(2 )為為電路沒有損耗時(shí)，

11、濾波器的諧振頻率，復(fù)雜電路往電路沒有損耗時(shí)，濾波器的諧振頻率，復(fù)雜電路往往有多個(gè)固有頻率往有多個(gè)固有頻率 (三三)濾波器的主要特性指標(biāo)濾波器的主要特性指標(biāo)2、增益與衰耗、增益與衰耗低通濾波器通帶增益低通濾波器通帶增益Kp一般指一般指=0時(shí)的增益時(shí)的增益高通指高通指 時(shí)的增益時(shí)的增益帶通則指中心頻率處的增益帶通則指中心頻率處的增益對(duì)帶阻濾波器，應(yīng)給出阻帶衰耗，衰耗定義為增對(duì)帶阻濾波器，應(yīng)給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數(shù)益的倒數(shù)通帶增益變化量通帶增益變化量Kp指通帶內(nèi)各點(diǎn)增益的最大變化指通帶內(nèi)各點(diǎn)增益的最大變化量，如果量，如果Kp以以dB為單位，則指增益為單位，則指增益dB值的變化值的變化量量(

12、三三)濾波器的主要特性指標(biāo)濾波器的主要特性指標(biāo)3、阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù)、阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù)l 阻尼系數(shù)阻尼系數(shù)表征濾波器對(duì)角頻率為表征濾波器對(duì)角頻率為0信號(hào)的阻尼作用，是信號(hào)的阻尼作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項(xiàng)指標(biāo)濾波器中表示能量衰耗的一項(xiàng)指標(biāo)l 品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)阻尼系數(shù)的倒數(shù)稱為阻尼系數(shù)的倒數(shù)稱為品質(zhì)因數(shù)是評(píng)價(jià)帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個(gè)重是評(píng)價(jià)帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個(gè)重要指標(biāo)，要指標(biāo)，Q= 0/式中的式中的為帶通或帶阻濾波器的為帶通或帶阻濾波器的3dB帶寬，帶寬，0為中心頻率，在很多情況下中心頻率與固有頻率為中心頻率，在很多情況下中心頻率與固有頻率相等相等(三三)濾波器的

13、主要特性指標(biāo)濾波器的主要特性指標(biāo)4、靈敏度、靈敏度濾波電路由許多元件構(gòu)成，每個(gè)元件參數(shù)值的變?yōu)V波電路由許多元件構(gòu)成，每個(gè)元件參數(shù)值的變化都會(huì)影響濾波器的性能化都會(huì)影響濾波器的性能濾波器某一性能指標(biāo)濾波器某一性能指標(biāo)y對(duì)某一元件參數(shù)對(duì)某一元件參數(shù)x變化的靈變化的靈敏度記作敏度記作Sxy，定義為：，定義為：該靈敏度與測(cè)量?jī)x器或電路系統(tǒng)靈敏度不是一個(gè)該靈敏度與測(cè)量?jī)x器或電路系統(tǒng)靈敏度不是一個(gè)概念，該靈敏度越小，標(biāo)志著電路容錯(cuò)能力越強(qiáng)，概念，該靈敏度越小，標(biāo)志著電路容錯(cuò)能力越強(qiáng)，穩(wěn)定性也越高穩(wěn)定性也越高xdxydySyx (三三)濾波器的主要特性指標(biāo)濾波器的主要特性指標(biāo)5 5、群時(shí)延函數(shù)、群時(shí)延函數(shù)l

14、 當(dāng)濾波器幅頻特性滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，為保證輸出當(dāng)濾波器幅頻特性滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，為保證輸出信號(hào)失真度不超過(guò)允許范圍，對(duì)其相頻特性信號(hào)失真度不超過(guò)允許范圍，對(duì)其相頻特性 ( () )也應(yīng)提出一定要求也應(yīng)提出一定要求l 在濾波器設(shè)計(jì)中，常用群時(shí)延函數(shù)在濾波器設(shè)計(jì)中，常用群時(shí)延函數(shù): :群時(shí)延函數(shù)群時(shí)延函數(shù)d()/d越接近常數(shù)，信號(hào)相位失真越小越接近常數(shù)，信號(hào)相位失真越小dd)()(評(píng)價(jià)信號(hào)經(jīng)濾波后相位失真程度評(píng)價(jià)信號(hào)經(jīng)濾波后相位失真程度(四四)二階濾波器二階濾波器l 任何復(fù)雜的濾波網(wǎng)絡(luò)，可由若干簡(jiǎn)單的一階與二價(jià)任何復(fù)雜的濾波網(wǎng)絡(luò)，可由若干簡(jiǎn)單的一階與二價(jià)濾波電路級(jí)聯(lián)構(gòu)成濾波電路級(jí)聯(lián)構(gòu)成l 一階濾波電路

15、一階濾波電路只能構(gòu)成低通和高通濾波器，而不能只能構(gòu)成低通和高通濾波器，而不能構(gòu)成帶通和帶阻濾波器構(gòu)成帶通和帶阻濾波器l 一階濾波電路的極點(diǎn)在負(fù)實(shí)軸上，性能較差，其應(yīng)一階濾波電路的極點(diǎn)在負(fù)實(shí)軸上，性能較差，其應(yīng)用遠(yuǎn)不如二價(jià)濾波電路廣泛用遠(yuǎn)不如二價(jià)濾波電路廣泛l 二階濾波器二階濾波器，特別是二價(jià)有源濾波器應(yīng)用最廣，它，特別是二價(jià)有源濾波器應(yīng)用最廣，它也是構(gòu)成高價(jià)濾波電路的基礎(chǔ)也是構(gòu)成高價(jià)濾波電路的基礎(chǔ)(四四)二階濾波器二階濾波器1、二階低通濾波器、二階低通濾波器傳遞函數(shù)的一般形式傳遞函數(shù)的一般形式0120)(asasbsH 200220)( ssKsHp00a 固有頻率為固有頻率為通帶增益通帶增益

16、阻尼系數(shù)阻尼系數(shù)00abKp 01 a 式 4-5(四四)二階濾波器二階濾波器1、二階低通濾波器、二階低通濾波器幅頻特性與相頻特性為幅頻特性與相頻特性為020200202020220220arctanarctan)()()()(pKA 20lgA/dB-101-40-20020=2.5=1.67=1.25=0.8=0.5=0.33=0.2=0.1lg(/0)-60a) 幅頻特性 =0.2=0.1-101-180o-90o=2.5=1.67=1.25=0.8=0.5=0.33lg(/0)/()0b) 相頻特性(四四)二階濾波器二階濾波器2、二階高通濾波器、二階高通濾波器傳遞函數(shù)的一般形式傳遞函數(shù)

17、的一般形式通帶增益通帶增益阻尼系數(shù)阻尼系數(shù)20022)( sssKsHp00a 固有頻率為固有頻率為00abKp 01 a 式 4-60120)(asasbsH s/0 - 0/s(四四)二階濾波器二階濾波器2、二階高通濾波器、二階高通濾波器幅頻特性與相頻特性為幅頻特性與相頻特性為020200202020220220arctanarctan)()()()(pKA b)圖4-4lg(/0)=2.5-101090180=1.67=1.25=0.8=0.5=0.33=0.2=0.1/()20lgA/dBlg(/0)-20020=0.1=0.2=0.33=0.5=0.8=1.25=1.67=2.5-1

18、01-40a) 幅頻特性b) 相頻特性(四四)二階濾波器二階濾波器3、二階帶通濾波器、二階帶通濾波器傳遞函數(shù)的一般形式傳遞函數(shù)的一般形式20020)/()/()( sQssQKsHp式 4-7(四四)二階濾波器二階濾波器3、二階帶通濾波器、二階帶通濾波器幅頻特性與相頻特性為幅頻特性與相頻特性為02020020202022020)(arctan2)(arctan2)()/()()/()(QQQQKAp b) 相頻特性-10190oQ=100Q=40Q=20Q=10Q=5Q=2.5Q=1Q=0.5lg(/0)0o-90o/()20lgA/dBa) 幅頻特性lg(/0)-101-60-40-20Q=

19、0.5Q=1Q=2.5Q=5Q=10Q=20Q=40Q=1000(四四)二階濾波器二階濾波器4、二階帶阻濾波器、二階帶阻濾波器傳遞函數(shù)的一般形式傳遞函數(shù)的一般形式2002202)/()()( sQssKsHp式 4-8(四四)二階濾波器二階濾波器4、二階帶阻濾波器、二階帶阻濾波器幅頻特性與相頻特性為幅頻特性與相頻特性為)(arctan)()/()()(2020202202202QQKAp 01-20Q=5Q=2.5Q=1Q=0.1Q=0.2Q=0.5lg(/0)-40-6020lgA/dB0-1 -101-90o0o90oQ=5Q=2.5Q=1Q=0.5 Q=0.2Q=0.1lg(/0)/()

20、a) 幅頻特性b) 相頻特性(四四)二階濾波器二階濾波器5、二階全通濾波電路、二階全通濾波電路傳遞函數(shù)的一般形式傳遞函數(shù)的一般形式20022002)()( ssssKsHp式 4-9(四四)二階濾波器二階濾波器5、二階全通濾波電路、二階全通濾波電路幅頻特性為常數(shù)幅頻特性為常數(shù) 0202002200)(2arctan222arctan2)( Q相頻特性為相頻特性為全通濾波器的幅頻特性為常量，只有相位隨頻率變化，又稱移相器全通濾波器的幅頻特性為常量，只有相位隨頻率變化，又稱移相器-用來(lái)修正非線性相位特性所產(chǎn)生用來(lái)修正非線性相位特性所產(chǎn)生/導(dǎo)致的相位失真導(dǎo)致的相位失真-用于相位補(bǔ)償，防止系統(tǒng)自激用于

21、相位補(bǔ)償，防止系統(tǒng)自激第一節(jié)第一節(jié) 濾波器的基本知識(shí)濾波器的基本知識(shí)三、濾波器特性的逼近三、濾波器特性的逼近l 理想濾波器要求幅頻特性要求幅頻特性A()在通帶內(nèi)為一常數(shù)，在通帶內(nèi)為一常數(shù)，在阻帶內(nèi)為零，沒有過(guò)渡帶，還要求在阻帶內(nèi)為零，沒有過(guò)渡帶，還要求群延時(shí)函數(shù)群延時(shí)函數(shù)在在通帶內(nèi)為一常量，這在物理上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的通帶內(nèi)為一常量，這在物理上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的l 實(shí)踐中往往選擇適當(dāng)逼近方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)理想濾波器實(shí)踐中往往選擇適當(dāng)逼近方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)理想濾波器的最佳逼近的最佳逼近l 常用的三種逼近方法為：常用的三種逼近方法為： (一一)巴特沃斯逼近巴特沃斯逼近l 基本原則是基本原則是使幅頻特性在通帶內(nèi)最為平坦，并

22、且單調(diào)變化。使幅頻特性在通帶內(nèi)最為平坦，并且單調(diào)變化。n階巴特沃斯低通濾波器的傳遞函數(shù)為階巴特沃斯低通濾波器的傳遞函數(shù)為:其幅頻特性為其幅頻特性為ncpKA2)/(1)( c c為轉(zhuǎn)折頻率。其中為轉(zhuǎn)折頻率。其中n n為網(wǎng)絡(luò)階數(shù)，為網(wǎng)絡(luò)階數(shù)， 式 4-16(一一)巴特沃斯逼近巴特沃斯逼近n階巴特沃斯低通濾波器的傳遞函數(shù)為階巴特沃斯低通濾波器的傳遞函數(shù)為12sin22sin2)(12221222NnsssKNnssKsHNkckccccpNkckccp nkk2)12( 上式中：上式中：式 4-17 0.51.0/0n=2n=4n=5120A1-1800/0n=5n=4n=2-3602/()lA(

23、)A()隨頻率單調(diào)隨頻率單調(diào)下降，隨電路階數(shù)下降，隨電路階數(shù)n n增加逐漸向理想的增加逐漸向理想的矩形逼近，這一結(jié)矩形逼近，這一結(jié)論對(duì)各種逼近方法論對(duì)各種逼近方法都適用都適用l相頻特性隨電路相頻特性隨電路階數(shù)增加線性度變階數(shù)增加線性度變差差 例：例：對(duì)于二階低通濾波器對(duì)于二階低通濾波器 巴特沃斯逼近：巴特沃斯逼近： 112122sin2)(kcccpssKsH 200220)( ssKsHp二階低通濾波器二階低通濾波器 一般式：一般式：422)112(1 24sin2 (二二)切比雪夫逼近切比雪夫逼近基本原則是基本原則是 允許通帶內(nèi)有一定的波動(dòng)量Kp其幅頻特性為其幅頻特性為)/(1)(22pn

24、pcKA 通帶增益波紋系數(shù)通帶增益波紋系數(shù) KKp p為通帶內(nèi)允許的波動(dòng)幅度為通帶內(nèi)允許的波動(dòng)幅度( (以以dBdB計(jì)計(jì)) ) p p 為其通帶截頻，為其通帶截頻， 對(duì)于切比雪夫通近就是波紋區(qū)終止頻率對(duì)于切比雪夫通近就是波紋區(qū)終止頻率 11010/ pK 式 4-18(二二)切比雪夫逼近切比雪夫逼近c(diǎn) cn n為為n n階切比雪夫多項(xiàng)式階切比雪夫多項(xiàng)式: )/(1)(22pnpcKA 11010/ pK 在通帶內(nèi)在通帶內(nèi)(p p) )有有n/2n/2個(gè)等幅波動(dòng)，通帶個(gè)等幅波動(dòng)，通帶增益在：增益在：由上式可知由上式可知之間變化。之間變化。2111 (二二)切比雪夫逼近切比雪夫逼近c(diǎn) cn n為為

25、n n階切比雪夫多項(xiàng)式階切比雪夫多項(xiàng)式: )/(1)(22pnpcKA 11010/ pK 在通帶外在通帶外(p p) )以以/p p的近似的近似-n-n次冪的規(guī)律單次冪的規(guī)律單調(diào)下降。調(diào)下降。允許的波動(dòng)幅度越大，其過(guò)渡帶越陡峭。產(chǎn)生的幅允許的波動(dòng)幅度越大，其過(guò)渡帶越陡峭。產(chǎn)生的幅度失真也越大。度失真也越大。 由上式可知由上式可知(二二)切比雪夫逼近切比雪夫逼近n n階切比雪夫低通濾波器的傳遞函數(shù)階切比雪夫低通濾波器的傳遞函數(shù) nkk2)12( nh)/1(arcsin 式 4-19(三三)貝賽爾逼近貝賽爾逼近p這種逼近與前兩種不同，它主要側(cè)重于相頻特性這種逼近與前兩種不同，它主要側(cè)重于相頻特

26、性p基本原則是基本原則是p使通帶內(nèi)相頻特性線性度最高，群時(shí)延函數(shù)最接使通帶內(nèi)相頻特性線性度最高，群時(shí)延函數(shù)最接近于常量，從而使相頻特性引起的相位失真最小近于常量，從而使相頻特性引起的相位失真最小p對(duì)于常用的二階低通濾波器，取對(duì)于常用的二階低通濾波器，取能滿足這一要求能滿足這一要求3 4 4種具有相同種具有相同3dB3dB轉(zhuǎn)折頻轉(zhuǎn)折頻率的率的5 5階單位增益低通濾階單位增益低通濾波器的頻率特性曲線波器的頻率特性曲線 /000.51221341.0A-180-3600121234/01：貝賽爾：貝賽爾3：0.5dB波動(dòng)切比雪夫波動(dòng)切比雪夫2：巴特沃斯：巴特沃斯4：2dB波動(dòng)切比雪夫波動(dòng)切比雪夫 l

27、 幅頻特性幅頻特性切比雪夫逼近過(guò)渡帶切比雪夫逼近過(guò)渡帶(曲線曲線3、4)最為陡峭最為陡峭貝賽爾逼近貝賽爾逼近(曲線曲線1)最差最差如果在通帶內(nèi)不允許有波紋，顯如果在通帶內(nèi)不允許有波紋，顯然巴特沃斯型然巴特沃斯型(曲線曲線2)比切比雪比切比雪夫型更可取，反之，則切比雪夫夫型更可取，反之，則切比雪夫型是最好的型是最好的l 相頻特性相頻特性切比雪夫逼近切比雪夫逼近(曲線曲線3、4)線性度線性度最差最差貝賽爾逼近貝賽爾逼近(曲線曲線1)線性度最高線性度最高貝賽爾逼近與其他逼近不同，階貝賽爾逼近與其他逼近不同，階數(shù)越高，群時(shí)延特性越好數(shù)越高，群時(shí)延特性越好/000.51221341.0A-180-360

28、0121234/0三種二階低通濾波器的三種二階低通濾波器的單位階躍響應(yīng)單位階躍響應(yīng)圖圖 在階躍輸入情況下，三種在階躍輸入情況下，三種逼近方式均存在一定的失逼近方式均存在一定的失真真 貝賽爾貝賽爾(1)逼近與巴特沃斯逼近與巴特沃斯逼近逼近(2)失真較小，并且貝失真較小，并且貝賽爾逼近基本不存在過(guò)沖賽爾逼近基本不存在過(guò)沖現(xiàn)象現(xiàn)象 巴特沃斯巴特沃斯(2)逼近則出現(xiàn)過(guò)逼近則出現(xiàn)過(guò)沖沖 切比雪夫切比雪夫(3)逼近失真較大，逼近失真較大，過(guò)沖也更大過(guò)沖也更大246800.20.40.60.81.0t/t0213uo(t)/ui1為貝賽爾逼近為貝賽爾逼近2為巴特沃斯逼近為巴特沃斯逼近3為通帶波動(dòng)為為通帶波動(dòng)

29、為2dB的切比雪夫逼近的切比雪夫逼近第二節(jié)第二節(jié) RC有源濾波電路有源濾波電路l RC有源濾波一階與二階應(yīng)用廣泛有源濾波一階與二階應(yīng)用廣泛 l 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，也易于集成化結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，也易于集成化 l 實(shí)用電路多采用運(yùn)算放大器作有源器件實(shí)用電路多采用運(yùn)算放大器作有源器件, 幾乎沒有負(fù)載效幾乎沒有負(fù)載效應(yīng)應(yīng) l 利用一階與二階電路級(jí)聯(lián)，容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的高階傳遞函數(shù)利用一階與二階電路級(jí)聯(lián)，容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的高階傳遞函數(shù) l 本節(jié)介紹 壓控電壓源型 無(wú)限增益多路反饋型 雙二階環(huán)型三種常用的二階有源濾波電路第二節(jié)第二節(jié) RC有源濾波電路有源濾波電路一、壓控電壓源型濾波電路一、壓控電壓源型濾波電路

30、uo(t)Y2Y1Y4Y3Y5R0Rui(t)+-+N該電路壓控增益該電路壓控增益Kf=1+R0/R 傳遞函數(shù)見下頁(yè)傳遞函數(shù)見下頁(yè)一、壓控電壓源型濾波電路一、壓控電壓源型濾波電路l Y1-Y5：所在位置元件的：所在位置元件的復(fù)導(dǎo)納復(fù)導(dǎo)納l 對(duì)于電阻元件：對(duì)于電阻元件：Yi=1/Ril 對(duì)于電容元件：對(duì)于電容元件：Yi=sCi (i=15)l Y1Y5選用適當(dāng)電阻選用適當(dāng)電阻R、電容、電容C元件，可構(gòu)成低通、元件，可構(gòu)成低通、高通與帶通三種二階有源濾波電路高通與帶通三種二階有源濾波電路 傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)為24315432121)1 ()()(YYYKYYYYYYYYKsHff 導(dǎo)納導(dǎo)納(adm

31、ittance)是電導(dǎo)和電納的統(tǒng)稱，在電力電子學(xué)中導(dǎo)納定義為阻抗(impedance)的倒數(shù)，符號(hào)Y，單位是西門子，簡(jiǎn)稱西(S)1、低通濾波電路、低通濾波電路取取Y1Y1與與Y2Y2為電阻，為電阻， Y3Y3與與Y5Y5為電容，為電容，Y4 = 0(Y4 = 0(電阻無(wú)窮大電阻無(wú)窮大) )開開路，路，可構(gòu)成低通濾波電路，可構(gòu)成低通濾波電路，Y1=1/R1Y1=1/R1Y2=1/R2Y2=1/R2Y3=sCY3=sC1 1Y4=0Y4=0Y5=sCY5=sC2 2 +-+NR0Ruo(t)ui(t)C1C2R2R1Y41、低通濾波電路、低通濾波電路212122121122121211212121

32、2431543212111)1(11(11)1(1)11(1)1()()(CCRRsCRKCRCRsCCRRKRsCKRsCsCRRRRKYYYKYYYYYYYYKsHffffff 1、低通濾波電路、低通濾波電路比較通式比較通式21212212112212111)1(11(1)(CCRRsCRKCRCRsCCRRKsHff 200220)( ssKsHpRRKKpf01 212101CCRR 2221101)1()11(1CRKRRCf 則：則：2、高通濾波器、高通濾波器uo(t)R0Rui(t)C2C1R1Y4+-+NR2取取Y1Y1與與Y2Y2為電容，為電容， Y3Y3與與Y5Y5為電阻，

33、為電阻，Y4=0Y4=0開路，開路，可構(gòu)成高通濾波電路，可構(gòu)成高通濾波電路，Y1=sCY1=sC1 1Y2=sCY2=sC2 2 Y3=1/RY3=1/R1 1Y4=0Y4=0Y5=1/RY5=1/R2 22、高通濾波電路、高通濾波電路212111221222211212121243154321211111()1(11)1()1()()(CCRRsCRKCRCRssKsCKRKsCRRsCsCssCCKYYYKYYYYYYYYKsHfffffff 2、高通濾波電路、高通濾波電路2121112212221111()(CCRRsCRKCRCRssKsHff 20022)( sssKsHpRRKKp

34、f01 212101CCRR 1121201)11(1CRKCCRf 比較通式比較通式3、帶通濾波器、帶通濾波器ui(t)R0Ruo(t)C1C2R1R2R3+-+N取取Y1Y1、Y3Y3、Y5Y5為電阻，為電阻， Y2Y2與與Y4Y4為電容，為電容，可構(gòu)成帶通濾波電路可構(gòu)成帶通濾波電路Y1=1/R1Y1=1/R1Y2=sCY2=sC2 2Y3=1/RY3=1/R2 2Y4=sCY4=sC1 1Y5=1/RY5=1/R3 3帶入?yún)?shù)到帶入?yún)?shù)到傳遞函數(shù)公式，傳遞函數(shù)公式，整理并比較帶通濾波整理并比較帶通濾波器通式，則：器通式，則：4、帶阻濾波器、帶阻濾波器R1C3R0Ruo(t)ui(t)C2

35、C1R3R2+-+Nl 基于雙基于雙T網(wǎng)絡(luò)的帶阻濾波器網(wǎng)絡(luò)的帶阻濾波器l 為使其傳遞函數(shù)如為使其傳遞函數(shù)如4-8，則，則 具有平衡結(jié)構(gòu)具有平衡結(jié)構(gòu), R和和C可互換可互換 R1R2C3=(R1+R2)(C1+C2)R3 或或 R3=R1/R2,C3=C1/C2 實(shí)用中，常實(shí)用中，常C1=C2=C3/2=C 則濾波參數(shù)為：則濾波參數(shù)為：2002202)/()()( sQssKsHp式 4-8)1(2111121202100RRRKCRQRRCRRKKfffp第二節(jié)第二節(jié) RC有源濾波電路有源濾波電路二、無(wú)限增益多路反饋型濾波電路二、無(wú)限增益多路反饋型濾波電路-+NY4Y1Y3Y2Y5Rui(t)

36、uo(t)是由一個(gè)理論上具有是由一個(gè)理論上具有無(wú)限增益無(wú)限增益運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器并并賦賦以以多路反饋多路反饋構(gòu)成構(gòu)成的濾波電路的濾波電路 圖是由單一運(yùn)算放大圖是由單一運(yùn)算放大器構(gòu)成的無(wú)限增益多器構(gòu)成的無(wú)限增益多路反饋二階濾波電路路反饋二階濾波電路的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) i4i3i2i5i1 425321iiiiii傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)為324532121)()(YYYYYYYYYsH1、低通濾波電路、低通濾波電路-+NC2R1R3R2C1Rui(t)uo(t)取取Y1Y1、Y2Y2、Y3Y3為電阻，為電阻， Y4Y4與與Y5Y5為電容，為電容，可構(gòu)成低通濾波電路，可構(gòu)成低通濾波電路，Y1=1/R

37、1Y1=1/R1Y2=1/R2Y2=1/R2Y3=1/R3Y3=1/R3Y4=CY4=C2 2s s Y5=CY5=C1 1s s1、低通濾波電路、低通濾波電路2132321122132131)111(11)(CCRRsRRRCsCCRRRRsH 13pRRK213201CCRR )(32110R1R1R1C1 200220)( ssKsHp二階低通濾波器通式2、高通濾波器、高通濾波器取取Y1Y1、Y2Y2、Y3Y3為電容，為電容， Y4Y4與與Y5Y5為電阻，為電阻，可構(gòu)成高通濾波電路，可構(gòu)成高通濾波電路，Y1=CY1=C1 1s s Y2=CY2=C2 2s s Y3=CY3=C3 3s

38、sY4=1/R2Y4=1/R2Y5=1/R1Y5=1/R1-+NR2C1C3C2R1Ruo(t)2、高通濾波電路、高通濾波電路322123232122311)(CCRRsRCCCCCssCCsH 31CCKp 322101CCRR 3223210CCRCCC 3、帶通濾波器、帶通濾波器-+NR3R1C2C1R2Rui(t)uo(t)第二節(jié)第二節(jié) RC有源濾波電路有源濾波電路三、雙二階環(huán)濾波電路三、雙二階環(huán)濾波電路l 利用兩個(gè)以上由加法器、積分器等組成的運(yùn)算放利用兩個(gè)以上由加法器、積分器等組成的運(yùn)算放大電路，根據(jù)所要求的傳遞函數(shù)，引入適當(dāng)?shù)姆创箅娐?，根?jù)所要求的傳遞函數(shù)，引入適當(dāng)?shù)姆答仒?gòu)成濾波電

39、路饋構(gòu)成濾波電路l 突出特點(diǎn)是電路靈敏度低，因而特性突出特點(diǎn)是電路靈敏度低，因而特性非常穩(wěn)定非常穩(wěn)定 l 可實(shí)現(xiàn)多種濾波功能可實(shí)現(xiàn)多種濾波功能三、雙二階環(huán)濾波電路三、雙二階環(huán)濾波電路1 1、低通與帶通濾波電路、低通與帶通濾波電路-+N1-+N2-+N3R1R0R2C1R3R4R5ui(t)C2u3(t)u2(t)u1(t)帶通帶通 低通低通 低通低通 )(1)1/()1/(11012211120123RURUsCRRURsCRURsCRUii1 1、低通與帶通濾波電路、低通與帶通濾波電路1 1、低通與帶通濾波電路、低通與帶通濾波電路Kp1Kp1、Kp2Kp2、Kp3Kp3分別為由分別為由u1u

40、1、u2u2、u3u3輸出時(shí)的通帶輸出時(shí)的通帶增益增益可以用可以用R5R5調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)0 0，用，用R2R2調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Q Q，用，用R0R0調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)KpiKpi，各，各參數(shù)間互相影響很小參數(shù)間互相影響很小2、可實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通濾波的雙二階環(huán)電路、可實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通濾波的雙二階環(huán)電路-+N1-+N2-+N3uo(t)ui(t)R01R1R2C1R3R4R5R02R03C2u1(t)2、可實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通濾波的雙二階環(huán)電路、可實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通濾波的雙二階環(huán)電路2、可實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通濾波的雙二階環(huán)電路、可實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通濾波的雙二階環(huán)電路高通濾波高通濾波l 令令R03開路開路l R

41、01=R02R2/R32、可實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通濾波的雙二階環(huán)電路、可實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通濾波的雙二階環(huán)電路帶阻濾波帶阻濾波l 令令R03開路開路l R01=R02R2/R3l R03=R02R5/R42、可實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通濾波的雙二階環(huán)電路、可實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通濾波的雙二階環(huán)電路全通濾波全通濾波lR01=R02R2/2R3lR03=R02R5/R42、可實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通濾波的雙二階環(huán)電路、可實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通濾波的雙二階環(huán)電路電路所實(shí)現(xiàn)的各種雙二階電路，濾波器參數(shù)均為：2、可實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通濾波的雙二階環(huán)電路、可實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通濾波的雙二階環(huán)電路l 上述電路中，某些元件值

42、必須滿足一定的約束關(guān)系，如果元件值有誤差，將會(huì)影響其特性l 各種形式雙二階環(huán)電路實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通(傳遞函數(shù)分子含二次項(xiàng))濾波功能時(shí)，一般都有這種約束關(guān)系，當(dāng)滿足這種約束關(guān)系時(shí)，它們的靈敏度也是很低的3 3、低通、高通、帶通、帶阻與全通濾波電路、低通、高通、帶通、帶阻與全通濾波電路3 3、低通、高通、帶通、帶阻與全通濾波電路、低通、高通、帶通、帶阻與全通濾波電路l 如果R01=R02=R03=R04,則uh、ub與ul分別為高通、帶通與低通濾波電路的輸出l 濾波器參數(shù)分別為:lKph、Kpb、Kpl分別為構(gòu)成高通、帶通、低通濾波器時(shí)的分別為構(gòu)成高通、帶通、低通濾波器時(shí)的通帶增益通帶增益l如果

43、令如果令R07開路開路(虛線斷開虛線斷開)，并且令，并且令R05=R06=R0，則，則ux為為帶阻濾波器的輸出帶阻濾波器的輸出l如果接入如果接入R07=R0，則，則ux為全通濾波器的輸出，增益均為為全通濾波器的輸出，增益均為Kp=-1,0與與Q不變不變第二節(jié)第二節(jié) RC有源濾波電路有源濾波電路四、有源濾波器設(shè)計(jì)四、有源濾波器設(shè)計(jì)有源濾波器的設(shè)計(jì)主要包括以下四個(gè)過(guò)程：有源濾波器的設(shè)計(jì)主要包括以下四個(gè)過(guò)程：l 確定傳遞函數(shù)l 選擇電路結(jié)構(gòu)l 選擇有源器件l 計(jì)算無(wú)源元件參數(shù)四、有源濾波器設(shè)計(jì)四、有源濾波器設(shè)計(jì)1、傳遞函數(shù)的確定、傳遞函數(shù)的確定l 首先按照應(yīng)用特點(diǎn)，選擇一種逼近方法首先按照應(yīng)用特點(diǎn)，

44、選擇一種逼近方法 巴特沃斯逼近與切比雪夫逼近的應(yīng)用比貝賽爾逼近巴特沃斯逼近與切比雪夫逼近的應(yīng)用比貝賽爾逼近更多更多 l 電路階數(shù)一般可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，對(duì)通帶增益與阻帶電路階數(shù)一般可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，對(duì)通帶增益與阻帶衰耗有一定要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)給定的通帶截止頻率衰耗有一定要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)給定的通帶截止頻率p、阻帶截止頻率阻帶截止頻率r、通帶增益變量通帶增益變量Kp來(lái)確定電路階來(lái)確定電路階數(shù)數(shù)l 當(dāng)階數(shù)一定時(shí)，切比雪夫逼近過(guò)渡帶最為陡峭，當(dāng)階數(shù)一定時(shí)，切比雪夫逼近過(guò)渡帶最為陡峭， 阻阻帶衰耗比巴特沃斯逼近高大約帶衰耗比巴特沃斯逼近高大約6(n-1)dB， 但信號(hào)失但信號(hào)失真較嚴(yán)重，對(duì)元件準(zhǔn)確度要求也更高真較嚴(yán)

45、重，對(duì)元件準(zhǔn)確度要求也更高 1、傳遞函數(shù)的確定、傳遞函數(shù)的確定l 根據(jù)上述公式確定電路階數(shù)后，可根據(jù)下面的式確根據(jù)上述公式確定電路階數(shù)后，可根據(jù)下面的式確定濾波器的傳遞函數(shù)定濾波器的傳遞函數(shù)l設(shè)計(jì)低通濾波器時(shí)可直接應(yīng)用以前介紹的式設(shè)計(jì)低通濾波器時(shí)可直接應(yīng)用以前介紹的式, 如下如下:巴特沃斯低通巴特沃斯低通: 切比雪夫低通切比雪夫低通: ncpKA2)/(1)( )/(1)(22pnpcKA 巴特沃斯高通巴特沃斯高通: 切比雪夫高通切比雪夫高通:ncpKA2)/(1)( )/(1)(22 pnpcKA 1、傳遞函數(shù)的確定、傳遞函數(shù)的確定 12sin22sin2)(12221222NnsssKNn

46、ssKsHNkckccccpNkckccp 巴特沃斯逼近，式4-11切比雪夫逼近，式4-13例：例：確定通帶增益波動(dòng)為確定通帶增益波動(dòng)為2dB的三階切比雪夫低通的三階切比雪夫低通濾波器的傳遞函數(shù)。濾波器的傳遞函數(shù)。解解: :傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)濾波器的傳遞函數(shù)濾波器的傳遞函數(shù))cos(sinhsinsinh2)cos(sinhsinhsinh)(1222121222 ppppppsssKsH)cos(sinhsinsinh2)cos(sinhsinhsinh)(1222121222 ppppppsssKsH23cos21sin6212111 nk764783. 011011010/210/ Kp

47、3610174. 03)764783. 01(arcsin)1(arcsin hnh 3689107. 0sinh 22212221212228861. 03689. 08861. 03689. 03689. 0)cos(sinhsinsinh2)cos(sinhsinhsinh)(ppppppppppppsssKsssKsH 說(shuō)明：說(shuō)明：3610174. 03)764783. 01(arcsin)1(arcsin hnh xyh )(arcsin已知已知y,求求x 12sinh yeexxx012)(2 xxyee12 yyex083052. 1)130756. 130756. 1ln()1

48、ln(22 yyx2、電路結(jié)構(gòu)選擇、電路結(jié)構(gòu)選擇(1)壓控電壓源型濾波電路壓控電壓源型濾波電路l 使用元件數(shù)目較少使用元件數(shù)目較少 l 對(duì)有源器件特性理想程度要求較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)有源器件特性理想程度要求較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，一般場(chǎng)合應(yīng)用普遍調(diào)整方便，一般場(chǎng)合應(yīng)用普遍 l 電路利用正反饋補(bǔ)償電路利用正反饋補(bǔ)償RC網(wǎng)絡(luò)中能量損耗，反饋量網(wǎng)絡(luò)中能量損耗，反饋量過(guò)強(qiáng)將降低電路穩(wěn)定性過(guò)強(qiáng)將降低電路穩(wěn)定性 l Q值表達(dá)式均包含值表達(dá)式均包含-Kf項(xiàng)，表明項(xiàng)，表明Kf過(guò)大，可能會(huì)使過(guò)大，可能會(huì)使Q值變負(fù)，導(dǎo)致電路自激振蕩值變負(fù)，導(dǎo)致電路自激振蕩 l 靈敏度較高，且均與靈敏度較高，且均與Q成正比，如果電

49、路成正比，如果電路Q值較高，值較高，外界條件變化將會(huì)使電路性能發(fā)生較大變化，外界條件變化將會(huì)使電路性能發(fā)生較大變化， 如如果電路在臨界穩(wěn)定條件下果電路在臨界穩(wěn)定條件下 工作，還會(huì)導(dǎo)致自激振工作，還會(huì)導(dǎo)致自激振蕩蕩2、電路結(jié)構(gòu)選擇、電路結(jié)構(gòu)選擇(2)無(wú)限增益多路反饋型濾波電路無(wú)限增益多路反饋型濾波電路l 沒有正反饋，故穩(wěn)定性高沒有正反饋，故穩(wěn)定性高 l 對(duì)有源器件特性要求較高，調(diào)整不如壓控電壓源對(duì)有源器件特性要求較高，調(diào)整不如壓控電壓源濾波電路方便濾波電路方便 l 當(dāng)信號(hào)頻率較高時(shí)，受單位增益帶寬的限制，其當(dāng)信號(hào)頻率較高時(shí)，受單位增益帶寬的限制，其開環(huán)增益會(huì)明顯降低。因此濾波電路也不允許開環(huán)增益

50、會(huì)明顯降低。因此濾波電路也不允許Q值過(guò)高，一般不應(yīng)超過(guò)值過(guò)高，一般不應(yīng)超過(guò)102、電路結(jié)構(gòu)選擇、電路結(jié)構(gòu)選擇(3)雙二階環(huán)電路雙二階環(huán)電路l 使用元件數(shù)目稍多，但電路性能穩(wěn)定，調(diào)整方便，使用元件數(shù)目稍多，但電路性能穩(wěn)定，調(diào)整方便，靈敏度很低靈敏度很低 l 所有的雙二階電路，其靈敏度范圍均為所有的雙二階電路，其靈敏度范圍均為1,電路允電路允許的許的Q值可達(dá)數(shù)百值可達(dá)數(shù)百 l 高性能有源濾波器以及許多集成的有源濾波器，高性能有源濾波器以及許多集成的有源濾波器，多以雙二階環(huán)電路為原型多以雙二階環(huán)電路為原型 2、電路結(jié)構(gòu)選擇、電路結(jié)構(gòu)選擇(4)電路結(jié)構(gòu)類型電路結(jié)構(gòu)類型 l 電路結(jié)構(gòu)類型的選擇與特性要求

51、密切相關(guān)電路結(jié)構(gòu)類型的選擇與特性要求密切相關(guān) l 特性要求較高的電路應(yīng)選擇靈敏度較低的電路結(jié)構(gòu)特性要求較高的電路應(yīng)選擇靈敏度較低的電路結(jié)構(gòu) l 設(shè)計(jì)實(shí)際電路時(shí)特別應(yīng)注意電路的品質(zhì)因數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)際電路時(shí)特別應(yīng)注意電路的品質(zhì)因數(shù) l 當(dāng)當(dāng) Q值較高時(shí)靈敏度也比較高。即使低靈敏度的電值較高時(shí)靈敏度也比較高。即使低靈敏度的電路結(jié)構(gòu)，如果路結(jié)構(gòu)，如果Q值過(guò)高，也難以保證電路穩(wěn)定值過(guò)高，也難以保證電路穩(wěn)定 l 一般來(lái)說(shuō)一般來(lái)說(shuō): 低階的低通與高通濾波電路低階的低通與高通濾波電路Q值較低，靈敏度也較值較低，靈敏度也較低低 高階的低通與高通濾波電路某些基本環(huán)節(jié)高階的低通與高通濾波電路某些基本環(huán)節(jié)Q值較高值較高2、

52、電路結(jié)構(gòu)選擇、電路結(jié)構(gòu)選擇(4)電路結(jié)構(gòu)類型電路結(jié)構(gòu)類型 l 如特性要求較高，必須選擇靈敏度較低的電路結(jié)構(gòu)如特性要求較高，必須選擇靈敏度較低的電路結(jié)構(gòu) l 窄帶的帶通與帶阻濾波電路窄帶的帶通與帶阻濾波電路Q值較高，也應(yīng)選擇靈值較高，也應(yīng)選擇靈敏度較低的電路結(jié)構(gòu)敏度較低的電路結(jié)構(gòu) l 從電路布局方面考慮，多級(jí)級(jí)聯(lián)應(yīng)將高從電路布局方面考慮，多級(jí)級(jí)聯(lián)應(yīng)將高Q值級(jí)安排值級(jí)安排在前級(jí)在前級(jí)3、有源器件的選擇、有源器件的選擇 l 有源器件性能對(duì)濾波器特性有很大影響有源器件性能對(duì)濾波器特性有很大影響 l 上述電路均認(rèn)為上述電路均認(rèn)為: 采用運(yùn)算放大器有無(wú)限大的增益，采用運(yùn)算放大器有無(wú)限大的增益， 實(shí)際應(yīng)用時(shí)

53、應(yīng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮以下兩個(gè)方面考慮以下兩個(gè)方面: (1)器件恃性不夠埋想器件恃性不夠埋想如單位增益帶寬太窄，開環(huán)增益過(guò)低或不穩(wěn)定，如單位增益帶寬太窄，開環(huán)增益過(guò)低或不穩(wěn)定，這些將會(huì)這些將會(huì)改變其傳遞函數(shù)性質(zhì)改變其傳遞函數(shù)性質(zhì)， 一般情況下會(huì)限一般情況下會(huì)限制有用信號(hào)頻率上限制有用信號(hào)頻率上限 (2)有源器件不可避免會(huì)引入噪聲有源器件不可避免會(huì)引入噪聲，降低信噪比，降低信噪比，從而限制有用信號(hào)幅值下限。從而限制有用信號(hào)幅值下限。有時(shí)還應(yīng)考慮運(yùn)放的輸入輸出阻抗有時(shí)還應(yīng)考慮運(yùn)放的輸入輸出阻抗4、無(wú)源元件參數(shù)計(jì)算、無(wú)源元件參數(shù)計(jì)算 l 當(dāng)所選有源器件特性足夠理想時(shí)，當(dāng)所選有源器件特性足夠理想時(shí)， 濾波

54、電路特性主濾波電路特性主要由要由R、C元件值決定元件值決定l 在一般電路設(shè)計(jì)中，利用在一般電路設(shè)計(jì)中，利用圖表圖表方便實(shí)用方便實(shí)用 設(shè)計(jì)過(guò)程：以具有不同增益的無(wú)限增益多路反饋二階設(shè)計(jì)過(guò)程：以具有不同增益的無(wú)限增益多路反饋二階巴特沃斯低通濾波器為例，予以簡(jiǎn)單說(shuō)明巴特沃斯低通濾波器為例，予以簡(jiǎn)單說(shuō)明-+NC2R1R3R2C1Rui(t)4、無(wú)源元件參數(shù)計(jì)算、無(wú)源元件參數(shù)計(jì)算 l 首先參考下表選擇電容首先參考下表選擇電容C C1 1 l 按下表確定電容按下表確定電容C C2 2與歸一化電阻值與歸一化電阻值r r1 1r r3 3，再換算出再換算出R Ri ifc/Hz100kC1/uF100.1 0

55、.10.010.010.001(1000100)10-6(10010) 10-6l根據(jù)根據(jù)C C1 1的實(shí)際值，按下式計(jì)算電阻換標(biāo)系數(shù)的實(shí)際值，按下式計(jì)算電阻換標(biāo)系數(shù)K K; ; K K = 100/= 100/f fc cC C1 1 4、無(wú)源元件參數(shù)計(jì)算、無(wú)源元件參數(shù)計(jì)算 l 按下表確定電容按下表確定電容C C2 2與歸一化電阻值與歸一化電阻值r r1 1r r3 3，再換算出再換算出R Ri ipK /k1r k/2r k/3r12/CC12610 3.1112.5651.6971.6254.0723.2924.9774.7233.1115.13010.18016.252 0.20.150.050.033iiKrR 4、無(wú)源元件參數(shù)計(jì)算、無(wú)源元件參數(shù)計(jì)算 l 實(shí)際設(shè)計(jì)中，電阻、電容設(shè)計(jì)值很可能與標(biāo)稱系列實(shí)際設(shè)計(jì)中，電阻、電容設(shè)計(jì)值很可能與標(biāo)稱系列值不一致值不一致l 對(duì)靈敏度較低的低階電路，元件參數(shù)相對(duì)設(shè)計(jì)值誤對(duì)靈敏度較低的低階電路，元件參數(shù)相對(duì)設(shè)計(jì)值誤差不超過(guò)差不超過(guò)5%l 對(duì)對(duì)5階或階或6階電路，元件誤差應(yīng)不超過(guò)階電路，元件誤差應(yīng)不超過(guò)2%l 對(duì)于對(duì)于7階或階或8階電路，元件誤差應(yīng)不超過(guò)階電路，元件誤差應(yīng)不超過(guò)1%l 如對(duì)濾波器特性要求較高或?yàn)V波器靈敏度較高，對(duì)如對(duì)濾波器特性要求較高或?yàn)V波器靈敏度