测控电路 第4课时 信号分离电路.pptx

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1、信号分离电路4.1滤波器基本知识4.2RC滤波电路4.3集成有源滤波器信号分离电路4.1滤波器基本知识4.2RC滤波电路4.3集成有源滤波器4.1滤波器的基础知识利用滤波器从频域中实现对噪声的抑制，提取所需的测量信号什么是信号分离电路？例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。4.1滤波器的基础知识例如：利用轮廓仪表测量表面粗糙度测量信号表面轮廓形状误差（准直流）波度（低频）表面粗糙度（中频）噪声（高频）滤波器：具有频率选择作用的电路或运算处理系统滤除噪声:分离噪声信号和有用信号分离不同频率的信号：分离表面粗糙度信号（中频

2、）和波度信号（低频）抗混叠滤波器：模拟信号在A/D采样数字化前，应保证信号带宽不超多采样频率的1/2，必须通过模拟滤波器进行抗混叠滤波滤波器的工作原理：当信号与噪声分布在不同频带中时，利用滤波器对不同频率信号具有不同的衰减作用特点，从频率域实现信号分离。4.1滤波器的基础知识滤波器对不同频率的信号有三种不同的选择作用通带内：信号受到较小的（无）衰减而通过阻带内：信号受到较大的衰减而抑制过渡带：信号受到不同程度的衰减4.1.1滤波器的类型按照选频特性滤波器可分为：低通滤波器LPF：低频成分通过，阻止高频成分高通滤波器HPF：高频成分通过，阻止

3、直流与低频成分带通滤波器BPF：特定频率成分通过带阻滤波器BEF阻止特定频率成分阻止单一频率通过时称为陷波滤波器全通滤波器APF：增益一定时，仅相位随频率变化，也称移相电路4.1.1滤波器的类型按处理信号形式分：模拟滤波器和数字滤波器按电路组成分：LC无源、RC无源、由特殊元件构成的滤波器、RC有源滤波器按传递函数的微分方程阶数分：一阶、二阶、高阶传递函数分母中，s的最高次数即为滤波电路的阶数其他分类：4.1.1滤波器的类型阶数模拟滤波器的传递函数：输出与输入信号电压或电流拉氏变换之比传递函数零极点形式4.1.2滤波器的传递函数与频率特性阶

4、数零点极点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。高阶滤波网络：高阶滤波器可由若干简单的一阶与二阶滤波电路级联构成4.1.2滤波器的传递函数与频率特性幅频特性：频率特性的幅值，决定滤波器的频率选择特性相频特性：输出信号的相位相对于输入信号相位的变化频率特性函数：单位信号输入情况下输出信号随频率变化的关系4.1.2滤波器的传递函数与频率特性滤波器的主要特性指标通带截频：fp=ωp/(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：fr=ωr/(2)，阻带与过渡带边界点的频率

5、，在该点信号衰耗(增益的倒数)下降到一人为规定的下限。转折频率：fc=ωc/(2)，信号功率衰减到原来的1/2(约3dB)时的频率。固有频率：f0=ω0/(2)，谐振频率，电路没有损耗时，零极点形式中aj1=0时极点所对应的频率。复杂电路往往有多个固有频率。滤波器的主要特性指标滤波器的主要特性指标带宽B=fcB=fc2-fc1滤波器的主要特性指标增益与衰耗低通滤波器通带增益Kp：ω=0时的增益；高通滤波器通带增益Kp：ω→∞时的增益；带通滤波器通带增益Kp：指中心频率处的增益。带阻滤波器阻带衰耗：定义为增益的倒数。通带增益变化量△Kp：

6、指通带内各点增益的最大变化量，又称为通带纹波阻尼系数α：表征滤波器对角频率为ω0信号的阻尼作用，是滤波器中表示能量衰耗的一项指标，它是与传递函数的极点实部大小相关的一项系数。品质因数Q：阻尼系数的倒数，是评价带通与带阻滤波器频率选择特性的一个重要指标，对于常用的带通或带阻滤波器有-△ω为带通或带阻滤波器的3dB带宽；-ω0为带通或带阻滤波器的中心频率，与固有频率相等。滤波器的主要特性指标灵敏度：滤波器某一性能指标y对某一元件参数x变化的灵敏度。灵敏度越小，电路容错能力越强，稳定性也越高群时延函数：评价信号经滤波后相位保真性能。群时延函数越接

7、近常数，信号相位失真越小相频曲线的斜率滤波器的主要特性指标一阶低通与高通滤波器低通滤波器高通滤波器不能构成带通和带阻滤波器4.1.3基本滤波器二阶低通滤波器20lgA/dB-101-40-20020α=2.5α=1.67α=1.25α=0.8α=0.5α=0.33α=0.2α=0.1lg(ω/ω0)-60a)幅频特性α=0.2α=0.1-101-180o-90oα=2.5α=1.67α=1.25α=0.8α=0.5α=0.33lg(ω/ω0)/(°)0°b)相频特性4.1.3基本滤波器二阶高通滤波器a)幅频特性b)20lgA/dB)lg(

8、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=