第4章測控電路 信號濾波電路

1、第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路 濾波器的作用是使信號中某些特定的頻率成分通過，濾波器的作用是使信號中某些特定的頻率成分通過，極大地衰減其他頻率成分。極大地衰減其他頻率成分。 濾波器在抑制噪聲干撓、平滑信號、分離信號中不濾波器在抑制噪聲干撓、平滑信號、分離信號中不同頻率成分中起著重要作用，它是信號轉換和數據處理同頻率成分中起著重要作用，它是信號轉換和數據處理不可缺少的有力工具。不可缺少的有力工具。第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路4.4.1 濾波器的基本知識濾波器的基本知識1. 濾波器的分類濾波器的分類 低通濾波器低通濾波器 高通濾波器高通濾波器 帶通濾波器帶通濾波器 帶阻濾波器帶阻濾波

2、器 按選頻范圍分按選頻范圍分 電子濾波器電子濾波器 機械濾波器機械濾波器 光學濾波器光學濾波器 按工作原理分按工作原理分第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路四類濾波器的幅頻特性四類濾波器的幅頻特性下截止頻率下截止頻率1cf上截止頻率上截止頻率2cf第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路2. 理想濾波器理想濾波器 理想濾波器在其理想濾波器在其通頻帶內應滿足不失通頻帶內應滿足不失真測試條件，即幅頻真測試條件，即幅頻特性為常數，相頻特特性為常數，相頻特性與頻率保持線性關性與頻率保持線性關系，阻帶內的幅頻特系，阻帶內的幅頻特性應等于零。其頻率性應等于零。其頻率響應函數應為響應函數應為 0)(020ftj

3、eAfH（通帶內，（通帶內， 為常數）為常數）00tA、（阻帶內）（阻帶內）第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路 理想濾波器是非因果系統(tǒng)，在物理上是不可能實現的。理想濾波器是非因果系統(tǒng)，在物理上是不可能實現的。 .constBTe 理想濾波器的建立時間理想濾波器的建立時間 與濾波器的帶寬與濾波器的帶寬B成反比，成反比，它們的乘積為常數。即它們的乘積為常數。即 eT建立時間建立時間 建立時間反映了濾建立時間反映了濾波器對輸入的響應速度波器對輸入的響應速度（濾波時間）；帶寬反（濾波時間）；帶寬反映了濾波器的頻率分辨映了濾波器的頻率分辨力。力。 二者相矛盾二者相矛盾第第4章章 信號濾波電路信號濾波電

4、路3. 實際濾波器的特征參數實際濾波器的特征參數 實際帶通濾波器的幅頻特性曲線實際帶通濾波器的幅頻特性曲線 第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路 中心頻率中心頻率 210ccfff 帶寬帶寬 12ccffB 幅頻特性平均值幅頻特性平均值 0A 紋波幅度紋波幅度 d 截止頻率截止頻率 21ccff 、 品質因數品質因數 BfQ/0 第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路 頻率選擇性頻率選擇性 濾波器因數濾波器因數3dB60dB BB 倍頻程選擇性倍頻程選擇性 )()2(lg2022ccfAfAW )()2/(lg2011ccfAfAW 或或 第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路4.4.2 無源無源

5、RC濾波器濾波器11)( ssH 傳遞函數傳遞函數 )2/(12 cf上截止頻率上截止頻率 時間常數時間常數 RC 過渡帶：過渡帶： -20dB/十倍頻程十倍頻程 -20dB/dec 幅頻特性幅頻特性 2)2(11)( ffA 1. 一階無源一階無源RC低通濾波器低通濾波器 第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路2. 一階無源一階無源RC高通濾波器高通濾波器 傳遞函數傳遞函數 1)( sssH 過渡帶：過渡帶： -20dB/十倍頻程十倍頻程 -20dB/dec 幅頻特性幅頻特性 2)2(12)( fffA 下截止頻率下截止頻率 )2/(11 cf時間常數時間常數 RC 第第4章章 信號濾波電路信

6、號濾波電路3. 二階無源二階無源RC帶通濾波器帶通濾波器 傳遞函數傳遞函數 1)()()()(3212211 ssssEsEsHio 截止頻率截止頻率 )2/(111 cf)2/(122 cf過渡帶：過渡帶： -40dB/十倍頻程十倍頻程 -40dB/dec 時間常數時間常數 111CR 222CR 213CR （交叉時間常數）（交叉時間常數） 第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路1. 一階有源一階有源RC濾波器濾波器 傳遞函數傳遞函數 RCsKsH 1)(截止頻率截止頻率 RCfc 212 通帶增益通帶增益 11RRKf 優(yōu)點：優(yōu)點： 有增益（放大）有增益（放大） 有隔離作用（減小負載效應）

7、有隔離作用（減小負載效應） 4.4.3 有源有源RC濾波器濾波器一階有源一階有源RC低通濾波器（同相輸入）低通濾波器（同相輸入） 第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路傳遞函數傳遞函數 CsRKsHf 1)(截止頻率截止頻率 CRffc 212 通帶增益通帶增益 1RRKf 一階有源一階有源RC低通濾波器（反相輸入）低通濾波器（反相輸入） 第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路2. 二階有源二階有源RC濾波器濾波器 無限增益多路負反饋型無限增益多路負反饋型 324532121)()(YYYYYYYYYsH 無限增益多路負反饋型二階有源無限增益多路負反饋型二階有源RC濾波器的基本結構濾波器的基本結構

8、 51 YY元件的復數導納元件的復數導納 可構成可構成低通低通、高通高通、帶通帶通濾波器，但不能濾波器，但不能構成構成帶阻帶阻濾波器！濾波器！ 第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路無限增益多路負反饋型二階有源無限增益多路負反饋型二階有源RC低通濾波器低通濾波器 13RRK 通帶增益通帶增益 21321CCRRn 固有頻率固有頻率 3211111121RRRCn 阻尼比阻尼比 第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路31CCK 通帶增益通帶增益 32211CCRRn 固有頻率固有頻率 32232121CCRCCCn 阻尼比阻尼比 無限增益多路負反饋型二階有源無限增益多路負反饋型二階有源RC高通濾波器

9、高通濾波器 第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路)(21113CCRCRK 通帶增益通帶增益 2132121CCRRRRRn 固有頻率固有頻率 121311 CCRQn 品質因數品質因數無限增益多路負反饋型二階有源無限增益多路負反饋型二階有源RC帶通濾波器帶通濾波器 第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路 壓控電壓源型壓控電壓源型 24315432121)1()()(YYYKYYYYYYYYKsHff RRKf01 壓控電壓源型二階有源壓控電壓源型二階有源RC濾波器的基本結構濾波器的基本結構 第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路RRKKf01 21211CCRRn 22211111121CRKRRCfn 壓控電壓源型二階有源壓控電壓源型二階有源RC低通濾波器低通濾波器 第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路RRKKf01 21211CCRRn 11212111121CRKCCRfn 壓控電壓源型二階有源壓控電壓源型二階有源RC高通濾波器高通濾波器 第第4章章 信號濾波電路信號濾波電路 1213121111 RRKRRCCKKff2132121CC