濾波器設(shè)計基礎(chǔ)很全的資料課件

一、濾波器基本概念1、濾波器概念

濾波器是具有頻率選擇作用的電路或運算處理系統(tǒng)，具有濾除噪聲和分離各種不同信號的功能。2、濾波器的分類按處理信號形式分：模擬濾波器數(shù)字濾波器按功能分：低通、高通、帶通、帶阻按電路組成分：LC無源、RC無源、由特殊元件構(gòu)成的無源濾波器、RC有源濾波器按傳遞函數(shù)的微分方程階數(shù)分：一階、二階、高階c)a)b)OA()OA()OA()d)OA()3、濾波器特性的逼近函數(shù)分類巴特沃斯(Bueeerwoth)濾波器:幅頻特性有最大平坦響應(yīng)切比雪夫(Chebyshev)濾波器:通帶呈等起伏變化橢圓(Elliptic)濾波器:通帶和阻帶呈等起伏變化還有：Bessel、LinearPhase、….（2）模擬濾波器的頻率特性模擬濾波器的傳遞函數(shù)H(s)表達了濾波器的輸入與輸出間的傳遞關(guān)系。若濾波器的輸入信號Ui是角頻率為w的單位信號，濾波器的輸出Uo(jw)=H(jw)表達了在單位信號輸入情況下的輸出信號隨頻率變化的關(guān)系，稱為濾波器的頻率特性函數(shù)，簡稱頻率特性。頻率特性H(jw)是一個復(fù)函數(shù)，幅值A(chǔ)(w)稱為幅頻特性，幅角∮(w)表示輸出信號的相位相對于輸入信號相位的變化，稱為相頻特性。特征頻率：①通帶截頻fp=wp/(2)為通帶與過渡帶邊界點的頻率，在該點信號增益下降到一個人為規(guī)定的下限。②阻帶截頻fr=wr/(2)為阻帶與過渡帶邊界點的頻率，在該點信號衰耗(增益的倒數(shù))下降到一人為規(guī)定的下限。③轉(zhuǎn)折頻率fc=wc/(2)為信號功率衰減到1/2(約3dB)時的頻率，在很多情況下，常以fc作為通帶或阻帶截頻。④固有頻率f0=w0/(2)為電路沒有損耗時，濾波器的諧振頻率，復(fù)雜電路往往有多個固有頻率。（3）濾波器的主要特性指標(biāo)阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù):

阻尼系數(shù)是表征濾波器對角頻率為w0信號的阻尼作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項指標(biāo)。阻尼系數(shù)的倒數(shù)稱為品質(zhì)因數(shù)，是評價帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個重要指標(biāo)，Q=w0/△w。式中的△w為帶通或帶阻濾波器的3dB帶寬，w0為中心頻率，在很多情況下中心頻率與固有頻率相等。靈敏度:濾波電路由許多元件構(gòu)成，每個元件參數(shù)值的變化都會影響濾波器的性能。濾波器某一性能指標(biāo)y對某一元件參數(shù)x變化的靈敏度記作Sxy，定義為：

Sxy=(dy/y)/(dx/x)該靈敏度越小，標(biāo)志著電路容錯能力越強，穩(wěn)定性也越高。二、RC有源濾波電路1、一階低通濾波器傳遞函數(shù)：增益：上限截止頻率：圖1一階LPF的幅頻特性曲線

2、二階低通濾波器(1)壓控電壓源電路(VCVS)

由于它是同相輸入，Ri大、Ro小，相當(dāng)于電壓源，故稱：VCVS特點：性能穩(wěn)定，增益易調(diào)。Avp=1+R4/R3上式表明，該濾波器的通帶增益應(yīng)小于3，才能保障電路穩(wěn)定工作。傳遞函數(shù):通帶增益:設(shè)計表：巴特沃斯響應(yīng)，電阻單位：k說明：運放ri>10(R1+R2)運放Aod>50AvatC穩(wěn)定：Av≤2(2)無限增益多路反饋電路(MFB)

由于它是反相輸入，開環(huán)增益無限大，R2、C1二條反饋通路，故稱：MFB特點：有倒相作用。

增益難調(diào)、對其它參數(shù)有影響。Av=-R2/R1巴特沃斯響應(yīng)：Q=0.707傳遞函數(shù):通帶增益:截止頻率:設(shè)計表：說明：運放ri>10(R3+R1//R2)說明：運放ri>10R2運放Aod>50Av

設(shè)計表：（2）二階高通無限增益多路反饋電路(MFB)4、巴特沃斯帶通濾波器三、RC有源濾波器的快速設(shè)計設(shè)計步驟：1、確定電路類型，及截止頻率fc。2、根據(jù)截止頻率fc，查圖確定電容的標(biāo)稱值，使其滿足K=100/(fc*C),K的取值范圍：1<K<10.3、查表確定電容C1的值，及K＝1時對應(yīng)的電阻值。4、將上列阻值乘以已計算出來的K值。5、實驗調(diào)整，測量濾波器的性能參數(shù)及幅頻特性。例：設(shè)計一個二階壓控電壓源低通濾波器。要求截止頻率位2KHz，通帶增益為2。（1）確定電路類型，及截止頻率fc。（2）根據(jù)截止頻率fc，查圖確定電容的標(biāo)稱值，使其滿足K=100/(fc*C),K的取值范圍：1<K<10.(4)將上列阻值乘以已計算出來的K值。(5)實驗調(diào)整，測量濾波器的性能參數(shù)及幅頻特性。四、濾波器設(shè)計注意事項1、利用濾波器串聯(lián)的方式，可以實現(xiàn)高階濾波器。例：一階＋二階低通＝三階低通2、利用濾波器串聯(lián)的方式，可以實現(xiàn)帶通濾波器。例：低通＋高通＝帶通（fH<fL）3、運放的選用：應(yīng)根據(jù)工作頻率范圍選擇合適的運放。在構(gòu)成較高頻率的有源濾波器時，不但應(yīng)選用增益帶寬積高的，且要注意選擇轉(zhuǎn)換速率SR高的運放。4、電阻：應(yīng)選用溫度系數(shù)小的電阻，且精度高一些。電阻的取值一般是：1K