測(cè)控電路（第7版）課件：信號(hào)分離電路

信號(hào)分離電路5.1濾波器基本知識(shí)5.2RC濾波電路5.3有源濾波器設(shè)計(jì)5.4數(shù)字濾波器本章知識(shí)點(diǎn)濾波器基本理論與基礎(chǔ)知識(shí)常用無源與有源濾波電路結(jié)構(gòu)組成與特性分析有源濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波電路簡(jiǎn)介5.1濾波器基本知識(shí)5.1.1濾波器的類型 5.1.2模擬濾波器的傳遞函數(shù)與頻率特性5.1.3基本濾波器 5.1.4濾波器特性的逼近5.1濾波器基本知識(shí)什么是信號(hào)分離電路？利用濾波器從頻域中實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲的抑制，提取所需的測(cè)量信號(hào)例如，有一個(gè)較低頻率的信號(hào)，其中包含一些較高頻率成分的干擾。5.1濾波器基礎(chǔ)知識(shí)例如：利用輪廓儀表測(cè)量表面粗糙度測(cè)量信號(hào)表面輪廓形狀誤差（準(zhǔn)直流）波度（低頻）表面粗糙度（中頻）噪聲（高頻）濾波器：具有頻率選擇作用的電路或運(yùn)算處理系統(tǒng)濾除噪聲:分離噪聲信號(hào)和有用信號(hào)分離不同頻率的信號(hào)：分離表面粗糙度信號(hào)（中頻）和波度信號(hào)（低頻）抗混疊濾波器：模擬信號(hào)在A/D采樣數(shù)字化前，應(yīng)保證信號(hào)帶寬不超多采樣頻率的1/2，必須通過模擬濾波器進(jìn)行抗混疊濾波5.1濾波器的基礎(chǔ)知識(shí)濾波器的工作原理：當(dāng)信號(hào)與噪聲分布在不同頻帶中時(shí)，利用濾波器對(duì)不同頻率信號(hào)具有不同的衰減作用特點(diǎn)，從頻率域?qū)崿F(xiàn)信號(hào)分離。濾波器對(duì)不同頻率的信號(hào)的選擇作用通帶內(nèi)：信號(hào)受到較小的（無）衰減而通過阻帶內(nèi)：信號(hào)受到較大的衰減而抑制過渡帶：信號(hào)受到不同程度的衰減5.1濾波器的基礎(chǔ)知識(shí)按照選頻特性濾波器可分為：低通濾波器LPF：低頻成分通過，阻止高頻成分高通濾波器HPF：高頻成分通過，阻止直流與低頻成分帶通濾波器BPF：特定頻率成分通過帶阻濾波器BEF：阻止特定頻率成分阻止單一頻率通過時(shí)稱為陷波濾波器全通濾波器APF：增益一定時(shí)，僅相位隨頻率變化，也稱移相電路5.1.1濾波器的類型按處理信號(hào)形式分：模擬濾波器和數(shù)字濾波器按傳遞函數(shù)的微分方程階數(shù)分：一階、二階、高階傳遞函數(shù)分母中，s的最高次數(shù)即為濾波電路的階數(shù)按電路組成分：LC無源濾波器：電感元件體積大RC無源濾波器：損耗大RC有源濾波器：損耗小，性能好，體積也小由特殊元件構(gòu)成的無源濾波器：品種系列有限5.1.1濾波器的類型階數(shù)LC無源濾波器：由電感L、電容C組成的無源電抗網(wǎng)絡(luò)具有良好的頻率選擇特性，并且信號(hào)能量損耗小、噪聲低、靈敏度低，曾廣泛應(yīng)用于通信及電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域。其主要缺點(diǎn)是電感元件體積大，在低頻及超低頻頻帶范圍品質(zhì)因數(shù)低（即頻率選擇性差），不便于集成化，目前在一般測(cè)控系統(tǒng)中應(yīng)用不多。RC無源濾波器：由于電感元件有很多不足，人們自然希望實(shí)現(xiàn)無感濾波器。由電阻R、電容C構(gòu)成的無源網(wǎng)絡(luò)，由于信號(hào)在電阻中的能量損耗問題，其頻率選擇特性較差，一般只用作低性能濾波器。按電路組成分濾波電路主要類型由特殊元件構(gòu)成的無源濾波器：這類濾波器主要有機(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。其工作原理一般是通過電能與機(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，并且穩(wěn)定性也很高，具有許多其他種類濾波器無法實(shí)現(xiàn)的特性。由于其品種系列有限，調(diào)整不便，一般僅應(yīng)用于某些特殊場(chǎng)合。RC有源濾波器：RC無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，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)償損失的能量，可使RC網(wǎng)絡(luò)像LC網(wǎng)絡(luò)一樣，獲得良好的頻率選擇特性，稱為RC有源濾波器，按電路組成分濾波電路主要類型模擬濾波器的傳遞函數(shù)：輸出與輸入信號(hào)電壓或電流拉氏變換之比傳遞函數(shù)零極點(diǎn)形式5.1.2濾波器的傳遞函數(shù)與頻率特性階數(shù)零點(diǎn)極點(diǎn)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。高階濾波器可由若干簡(jiǎn)單的一階與二階濾波電路級(jí)聯(lián)構(gòu)成5.1.2濾波器的傳遞函數(shù)與頻率特性模擬濾波器的頻率特性：?jiǎn)挝恍盘?hào)輸入情況下輸出信號(hào)隨頻率變化的關(guān)系幅頻特性：頻率特性的幅值，決定濾波器的頻率選擇特性相頻特性：輸出信號(hào)的相位相對(duì)于輸入信號(hào)相位的變化5.1.2濾波器的傳遞函數(shù)與頻率特性濾波器的主要特性指標(biāo)特征頻率：通帶截頻、阻帶截頻、轉(zhuǎn)折頻率、固有頻率增益與衰耗：通帶增益、阻帶衰耗、通帶增益變化量帶寬阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù)靈敏度群時(shí)延函數(shù)5.1.2濾波器的傳遞函數(shù)與頻率特性通帶截頻：fp=ωp/(2)為通帶與過渡帶邊界點(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。阻帶截頻：fr=ωr/(2)阻帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號(hào)衰耗(增益的倒數(shù))下降到一人為規(guī)定的下限。轉(zhuǎn)折頻率：fc=ωc/(2)信號(hào)功率衰減到原來的1/2(約3dB)時(shí)的頻率。固有頻率：f0=ω0/(2)，諧振頻率電路沒有損耗時(shí)，濾波器的頻率，即零極點(diǎn)形式中aj1=0時(shí)，極點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率。對(duì)于帶通和帶阻濾波器則是它們的中心頻率。復(fù)雜電路往往有多個(gè)固有頻率。特征頻率低通濾波器通帶增益Kp：ω=0時(shí)的增益；高通濾波器通帶增益Kp：ω→∞時(shí)的增益；帶通濾波器通帶增益Kp：指中心頻率處的增益。帶阻濾波器阻帶衰耗：定義為中心頻率處增益的倒數(shù)。通帶增益變化量△Kp：指通帶內(nèi)各點(diǎn)增益的最大變化量，又稱為通帶紋波增益與衰耗阻尼系數(shù)α：表征濾波器對(duì)角頻率為ω0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)，它是與傳遞函數(shù)的極點(diǎn)實(shí)部大小相關(guān)的一項(xiàng)系數(shù)。品質(zhì)因數(shù)Q：阻尼系數(shù)的倒數(shù)，是評(píng)價(jià)帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)于常用的二階帶通或帶阻濾波器有阻尼系數(shù)α、品質(zhì)因數(shù)Q-△ω為帶通或帶阻濾波器的3dB帶寬；-ω0為帶通或帶阻濾波器的中心頻率，與固有頻率相等。靈敏度：濾波器某一性能指標(biāo)y對(duì)某一元件參數(shù)x變化的靈敏度。靈敏度越小，電路容錯(cuò)能力越強(qiáng)，穩(wěn)定性也越高靈敏度群時(shí)延函數(shù)：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)失真度不超過允許范圍，對(duì)其相頻特性φ(ω)也應(yīng)提出一定要求。在濾波器設(shè)計(jì)中，常用群時(shí)延函數(shù)評(píng)價(jià)信號(hào)經(jīng)濾波后相位保真性能。群時(shí)延函數(shù)越接近常數(shù)，信號(hào)相位失真越小群時(shí)延函數(shù)相頻曲線的斜率二階低通濾波器傳遞函數(shù)幅頻特性相頻特性20lgA/dB-101-40-20020α=2.5α=1.67α=1.25α=0.8α=0.5α=0.33α=0.2α=0.1lg(ω/ω0)-60a)幅頻特性α=0.2α=0.1-101-180o-90oα=2.5α=1.67α=1.25α=0.8α=0.5α=0.33lg(ω/ω0)/(°)0°b)相頻特性5.1.3基本濾波器二階高通濾波器傳遞函數(shù)幅頻特性相頻特性a)幅頻特性b)20lgA/dB)lg(ω/ω0)-20020α=0.1α=0.2α=0.33α=0.5α=0.8α=1.25α=1.67α=2.5-101-40lg(ω/ω0)α=2.5-1010°90°180°α=1.67α=1.25α=0.8α=0.5α=0.33α=0.2α=0.1/(°)b)相頻特性對(duì)二階低通濾波器進(jìn)行頻率變換s/ω0→ω0

/s可得到高通5.1.3基本濾波器二階帶通濾波器傳遞函數(shù)幅頻特性相頻特性a)幅頻特性b)相頻特性b)-10190oQ=100Q=40Q=20Q=10Q=5Q=2.5Q=1Q=0.5lg(ω/ω0)0o-90o/(°)20lgA/dBlg(ω/ω0)-101-60-40-20Q=0.5Q=1Q=2.5Q=5Q=10Q=20Q=40Q=10005.1.3基本濾波器二階帶通濾波器ω=0或當(dāng)ω→∞時(shí)時(shí)，A(ω)=0；ω=ω0時(shí)，A(ω)=Kp，達(dá)到極大值；ω=ωc時(shí)，通帶增益下降3dB,A(ω)=0.707Kp5.1.3基本濾波器二階帶阻濾波器傳遞函數(shù)幅頻特性相頻特性a)幅頻特性b)相頻特性b)20lgA/dB01-20Q=5Q=2.5Q=1Q=0.1Q=0.2Q=0.5lg(ω/ω0)-40-600-1

-101-90o0o90oQ=5Q=2.5Q=1Q=0.5Q=0.2Q=0.1lg(ω/ω0)/(°)5.1.3基本濾波器二階全通濾波電路——移相器移相器可用來修正因非線性相位特性所產(chǎn)生的相位失真，也可用于相位補(bǔ)償，防止系統(tǒng)自激振蕩。傳遞函數(shù)幅頻特性相頻特性5.1.3基本濾波器二階低通濾波器二階高通濾波器二階帶通濾波器二階帶阻濾波器二階全通濾波器5.1.3基本濾波器對(duì)二階低通濾波器進(jìn)行頻率變換s/ω0→ω0

/s可得到高通5.1.4濾波器特性的逼近這在物理上是無法實(shí)現(xiàn)的。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。

H(j)H0

2

H(j)H0

0

H(j)H0

0

H(j)H0

2

1

1低通高通帶通帶阻理想濾波器：幅頻特性A(ω)在通帶內(nèi)為一常數(shù)，在阻帶內(nèi)為零，無過渡帶；群延時(shí)函數(shù)τ(ω)在通帶內(nèi)為一常量。5.1.4濾波器特性的逼近測(cè)控系統(tǒng)中常用的三種逼近方法為：巴特沃斯逼近切比雪夫逼近貝賽爾逼近1、巴特沃斯逼近巴特沃斯逼近特點(diǎn)幅頻特性在通帶內(nèi)最為平坦，且單調(diào)變化；阻帶幅衰減較為緩慢，選擇性較差。相頻特性也具有一定的線性度。幅頻特性隨頻率單調(diào)下降，隨電路階數(shù)n的增加逐漸向理想矩形逼近；濾波器的截止頻率等于固有頻率，即ωc＝ω0。濾波器的相頻特性是非線性的，不同頻率的信號(hào)通過濾波器后會(huì)有不同的相移，而且隨著電路階數(shù)n的增加，相頻特性的非線性逐漸增加，相頻特性變壞。0.51.0ω/ω0n=2n=4n=5120A1-180°0ω/ω0n=5n=4n=2-360°2

/(°)n=2,4,5階巴特沃斯低通濾波器的幅頻與相頻特性曲線1、巴特沃斯逼近巴特沃斯低通濾波器幅頻特性：n階巴特沃斯低通濾波器傳遞函數(shù)θk=(2k-1)π/2n2、切比雪夫逼近切比雪夫逼近的特點(diǎn)通帶內(nèi)有一定的波動(dòng)量

KP，阻帶具有較陡的衰減特性，選擇性好，且波動(dòng)越大選擇性越好。在電路階數(shù)一定的條件下，幅頻特性更接近理想矩形。由于切比雪夫?yàn)V波器的幅頻特性在通帶內(nèi)存在波紋，所以又稱之為波紋型濾波器。2、切比雪夫逼近切比雪夫逼近的幅頻特性n階切比雪夫低通濾波器的傳遞函數(shù)β=[arcsinh(1/ε)]/n2、切比雪夫逼近阻尼系數(shù)α一般應(yīng)控制在0.75到1.3之間ΔKp/dB0.10.250.511.522.5α1.30311.23581.15781.04550.95880.88600.8227ωp/ω00.54930.68780.81210.95241.03961.10231.1503ωp/ωc0.51460.62570.71960.82130.88440.93100.9682表4-2二階切比雪夫?yàn)V波器α、ωp/ω0、ωp/ωc與ΔKp的對(duì)應(yīng)關(guān)系紋波越大阻尼系數(shù)越小，品質(zhì)因數(shù)越大3、貝塞爾逼近貝塞爾逼近主要側(cè)重相頻特性，濾波器的相頻特性在通帶內(nèi)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。通常用于要求信號(hào)失真小、信號(hào)頻率較高的場(chǎng)合；-180°-360°0121234ω/ω0

相頻特性ω/ω000.51221341.0A幅頻特性4種具有相同3dB轉(zhuǎn)折頻率ωc的5階單位增益低通濾波器的頻率特性曲線1-五階貝賽爾濾波器；2-五階巴特沃斯濾波器；3-五階通帶紋波為0.5dB的切比雪夫?yàn)V波器；4-五階通帶紋波為2dB的切比雪夫?yàn)V波器幅頻特性巴特沃斯：通帶內(nèi)無紋波切比雪夫逼近：通帶有紋波，過渡帶最為陡峭，通帶紋波越大，過渡帶越陡峭，頻率選擇特性越好貝塞爾逼近：過渡帶性能最差相頻特性切比雪夫逼近：線性度最差貝塞爾逼近：線性度最好，階數(shù)越高，群時(shí)延特性越好幅頻特性巴特沃斯：通帶內(nèi)無紋波切比雪夫逼近：過渡帶最為陡峭，通帶紋波越大，過渡帶越陡峭，頻率選擇特性越好貝塞爾逼近：過渡帶性能最差相頻特性切比雪夫逼近：線性度最差貝塞爾逼近：線性度最好，階數(shù)越高，群時(shí)延特性越好5.1.4濾波器特性的逼近5.2RC濾波電路5.2.1一階濾波電路 5.2.2單一運(yùn)放構(gòu)成的二階RC有源濾波電路5.2.3兩個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的二階RC有源濾波電路5.2.4雙二階環(huán)電路

一階濾波電路只有低通和高通濾波器，性能較差。5.2.1一階濾波電路a)低通濾波電路RCui(t)uo(t)b)高通濾波電路CRui(t)uo(t)為了使截止頻率不受負(fù)載影響，在無源濾波電路和負(fù)載之間加入輸入電阻高、輸出電阻低的隔離電路，如電壓跟隨器。從而構(gòu)成有源濾波器。5.2.1一階濾波電路5.2.2單一運(yùn)放構(gòu)成的二階RC有源濾波電路壓控電壓源型濾波電路無限增益多路反饋型濾波電路1、壓控電壓源型濾波電路壓控電壓源型濾波電路同相輸入：輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，濾波器相當(dāng)于一個(gè)電壓源，故稱電壓控制電壓源電路。其優(yōu)點(diǎn)是電路性能穩(wěn)定、增益容易調(diào)節(jié)。壓控電壓源電路利用正反饋補(bǔ)償RC網(wǎng)絡(luò)中能量損耗，反饋過強(qiáng)將降低電路穩(wěn)定性。同相放大電路

1、壓控電壓源型濾波電路壓控電壓源型低通濾波電路a)低通濾波電路∞+-+NR0Ruo(t)ui(t)C1C2R2R1R2、C2構(gòu)成低通，R1、C1構(gòu)成積分環(huán)節(jié)，起低通作用u1uo/K1、壓控電壓源型濾波電路壓控電壓源型高通濾波電路b)高通濾波電路uo(t)R0Rui(t)C2C1R1R2∞+-+NC2、R2構(gòu)成高通，C1、R1構(gòu)成微分環(huán)節(jié)，起高通作用1、

壓控電壓源型濾波電路壓控電壓源型帶通濾波電路c)帶通濾波電路ui(t)RBRAuo(t)C1C2R1R2R3∞+-+NC2、R2構(gòu)成高通，C1、R1構(gòu)成低通1、壓控電壓源型濾波電路壓控電壓源型帶阻濾波電路R1C3R0Ruo(t)ui(t)C2C1R3R2∞+-+N1、壓控電壓源型濾波電路491、壓控電壓源型濾波電路壓控電壓源電路構(gòu)成的二階濾波器α或Q表達(dá)式中都包含Kf項(xiàng)，說明增益過大很容易導(dǎo)致自激振蕩，這是因?yàn)殡娐分写嬖谡答?。除此之外，這種電路靈敏度也比較高，不適宜作高性能濾波電路。其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，并且對(duì)放大器理想程度要求也比較低，成本低，經(jīng)濟(jì)性好。2、無限增益多路反饋型濾波電路由一個(gè)理論上具有無限增益的運(yùn)算放大器與多路反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的濾波電路。不存在正反饋，因而總是穩(wěn)定的。其不足之處在于這種電路對(duì)運(yùn)算放大器理想程度要求比較高，調(diào)整也不方便。運(yùn)放為反相輸入，是電路有倒相作用?？蓸?gòu)成低通、高通或帶通，不能構(gòu)成帶阻濾波電路∞-++NY4Y1Y3Y2Y5Rui(t)uo(t)2、無限增益多路反饋型濾波電路無限增益多路反饋型低通濾波電路∞-++NC2R1R3R2C1Rui(t)uo(t)2、無限增益多路反饋型濾波電路無限增益多路反饋型高通濾波電路∞-++NR2C1C3C2R1Ruo(t)2、無限增益多路反饋型濾波電路無限增益多路反饋型帶通濾波電路∞-++NR3R1C2C1R2Rui(t)uo(t)2、無限增益多路反饋型濾波電路2、無限增益多路反饋型濾波電路無限增益多路反饋型濾波電路不存在正反饋，因而總是穩(wěn)定的。各項(xiàng)特性指標(biāo)對(duì)RC參數(shù)靈敏度都不會(huì)超過±1。從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，這種電路成本也比較低。其不足之處在于調(diào)整不太方便，因?yàn)殡娐氛{(diào)整一般是通過改變電阻實(shí)現(xiàn)的。改變一個(gè)電阻值，很可能會(huì)改變兩個(gè)甚至三個(gè)特性指標(biāo)。與壓控電壓源型電路相比，這種電路對(duì)運(yùn)算放大器理想程度要求也比較高。5.2.3兩個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的二階RC有源濾波電路兩個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的廣義阻抗變換濾波電路選用適當(dāng)RC元件，可構(gòu)成低通、高通、帶通與帶阻四種二階濾波電路，稍加修改也可以實(shí)現(xiàn)全通移相器功能廣義阻抗變換濾波電路5.2.4雙二階環(huán)電路利用加法器與積分器直接構(gòu)成任意的濾波電路5.3有源濾波器設(shè)計(jì)5.3.1傳遞函數(shù)的確定5.3.2電路結(jié)構(gòu)選擇5.3.3有源器件的選擇5.3.4無源元件參數(shù)計(jì)算濾波器應(yīng)滿足的條件通帶頻率特性平坦而誤差小過渡帶衰減頻率的截止特性陡峭而衰減量大信號(hào)波形失真小5.3有源濾波器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)濾波器之前，先要確定濾波器的如下性能濾波器類型低通、高通、帶通、帶阻逼近函數(shù)：巴特沃斯、切比雪夫、貝賽爾逼近濾波器的特征頻率、通帶增益和阻帶衰減濾波器階數(shù)濾波器的其他要求：通帶紋波、線性相頻特性5.3有源濾波器設(shè)計(jì)5.3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)過程：確定傳遞函數(shù)選擇電路結(jié)構(gòu)選擇有源器件計(jì)算無源元件參數(shù)5.3.1傳遞函數(shù)的確定確定電路傳遞函數(shù)主要有兩個(gè)方面：電路階數(shù)和逼近方法。首先按照應(yīng)用特點(diǎn)，選擇一種逼近方法。在一般測(cè)試系統(tǒng)中，巴特沃思逼近與切比雪夫逼近的應(yīng)用比貝塞爾更逼近理想的特性。只有個(gè)別對(duì)相位失真非常敏感的電路才會(huì)采用貝塞爾逼近。當(dāng)階為n時(shí)，切比雪夫逼近過渡帶最為陡峭，阻帶衰耗比巴特沃斯逼近高大約6(n-1)dB，但相位失真更嚴(yán)重，對(duì)元件準(zhǔn)確度要求也更高。巴特沃思逼近：通帶最為平坦，頻率選擇特性不好；電路階數(shù)一般可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，或根據(jù)實(shí)踐（實(shí)驗(yàn)）后確定。對(duì)通帶增益與阻帶衰耗有一定要求時(shí)，應(yīng)按照給定的通帶截止頻率ωp，阻帶截止頻率ωr，通帶增益變化量ΔKp來確定電路階數(shù)。低通：巴特沃思、切比雪夫逼近高通：巴特沃思、切比雪夫逼近

5.3.1傳遞函數(shù)的確定在確定電路階數(shù)后，可根據(jù)下列兩式之一確定濾波器的傳遞函數(shù)。

n階切比雪夫低通濾波器的傳遞函數(shù)n巴特沃斯低通濾波器5.3.1傳遞函數(shù)的確定5.3.2電路結(jié)構(gòu)選擇壓控電壓源型濾波電路使用元件數(shù)目較少，對(duì)于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，性能比較優(yōu)良，應(yīng)用十分普遍。但壓控電壓源電路利用正反饋補(bǔ)償RC網(wǎng)絡(luò)總能量損耗，反饋量過強(qiáng)將降低電路穩(wěn)定性，因?yàn)樵谶@類電路中，Q值表達(dá)式均包含1-Kf項(xiàng)，表明Kf過大，可能會(huì)使Q值趨向無窮大或變負(fù)，導(dǎo)致電路的自激振蕩。此外這種電路靈敏度較高，且均與Q值成正比，如果電路Q值較高，外條件變化將會(huì)使電路性能發(fā)生較大變化。特別是電路在臨界穩(wěn)定條件下工作時(shí)，很容易導(dǎo)致自激振蕩。這種電路結(jié)構(gòu)不適宜實(shí)現(xiàn)高性能濾波電路。無限增益反饋型濾波電路與壓控電壓源濾波電路使用元件數(shù)目相近，由于沒有正反饋，故穩(wěn)定性高，其不足之處是對(duì)有源器件特性要求較高，而且調(diào)整不如壓控電壓源濾波電路方便。對(duì)于低通與高通濾波電路，二者靈敏度相近，但對(duì)于帶通濾波電路，其Q值相對(duì)R，C變化的靈敏度小于1，因而可實(shí)現(xiàn)更高的Q值。但考慮到實(shí)際運(yùn)放開環(huán)增益并非無限大，特別是當(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。因此這種濾波電路也不允許Q值過高，一般不應(yīng)超過10。5.3.2電路結(jié)構(gòu)選擇5.3.3有源器件選擇實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下兩個(gè)方面：器件特性不夠理想，如單位增益帶寬太窄，開環(huán)增益過低或不穩(wěn)定，這些將會(huì)改變其傳遞函數(shù)性質(zhì)，一般情況下會(huì)限制有用信號(hào)頻率上限。對(duì)于高通與帶通濾波電路，各種低頻的誤差，如輸入失調(diào)電壓或電流都可以被忽略不計(jì)，但是必須十分重視有源器件的頻率特性。有源器件不可避免會(huì)引入噪聲，降低信噪比，從而限制有用信號(hào)幅值下限。對(duì)于需要保留低頻信號(hào)的低通與帶阻濾波電路，首先要考慮各種失調(diào)導(dǎo)致的噪聲；其次也要根據(jù)具體情況顧及有源器件的頻率特性。5.3.4無源器件參數(shù)計(jì)算當(dāng)所選有源器件特性足夠理想時(shí)，濾波電路特性主要由R、C元件值決定。由于電容的系列值較少，即商品電容器的容量值的數(shù)量較少，可選擇范圍受到限制，因而設(shè)計(jì)濾波器時(shí)盡可能先選定電容值。選定電容時(shí)，可在給定的fc下，參考下選擇表4-5二階有源濾波器設(shè)計(jì)電容選擇用表fc/Hz<100100~10001k~10k10k~100k>100kC1/μF10~0.10.1~0.010.01~0.001（1000~100）×10-6（100~10）×10-6電容C0.01μF以上容量的電容器的體積和價(jià)格與容量成正比，而且0.1μF～幾μF的電容不易購(gòu)買，一般幾μF以上的電容器均為電解電容，漏電大、容值誤差大，盡量不要選用。選用小于100pF的電容時(shí)要考慮到電路的分布電容影響較大，設(shè)計(jì)時(shí)要避免選用小于100p