测控电路04_信号分离电路

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1、信号分离电路张国雄天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室电子邮件：gxzhang@tju.edu.cn2021/9/10信号分离电路滤波器的基本知识RC有源滤波电路跟踪滤波电路集成有源滤波电路精、快、灵2021/9/104.1滤波器的基本知识4.1.1滤波器的功能和类型(1)功能：滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，具有滤除噪声和分离各种不同信号的功能。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）2021/9/104.1滤波器的基本知识4.1.1滤波器的功能和类型(2)类型：按处理信号形式分：模拟滤

2、波器和数字滤波器按功能分：低通、高通、带通、带阻按电路组成分：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4.1滤波器的基本知识c)a)b)OOOA()d)O高通低通带通带阻rw通带通带通带通带通带阻带阻带阻带阻带阻带A()A()A()2021/9/104.1滤波器的基本知识4.1.2模拟滤波器的传递函数与频率特性（一）模拟滤波器的传递函数模拟滤波电路的特性可由传递函数来描述。传递函数是输出与输入信号电压或电流拉氏变换之比。2021/9/104.1滤波器的基本知识4.1.2模拟滤波器的传递函数与频率特

3、性（一）模拟滤波器的传递函数传递函数的形式和参数由电路结构确定。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。任何复杂的滤波网络，可由若干简单的一阶与二阶滤波电路级联构成。4.1滤波器的基本知识4.1.2模拟滤波器的传递函数与频率特性（一）模拟滤波器的传递函数H1(s)H2(s)Ui(s)Uo(s)U1(s)4.1滤波器的基本知识（二）模拟滤波器的频率特性模拟滤波器的传递函数H(s)表达了滤波器的输入与输出间的传递关系。若滤波器的输入信号Ui是角频率为ω的单位信号，滤波器的输出Uo(jω)=H(jω)表达了在单位信号输入情况下的输出信号随频率

4、变化的关系，称为滤波器的频率特性。4.1.2模拟滤波器的传递函数与频率特性2021/9/104.1滤波器的基本知识（二）模拟滤波器的频率特性频率特性是一个复函数，其幅值称为幅频特性，其幅角表示输出信号的相位相对于输入信号相位的变化，称为相频特性。4.1.2模拟滤波器的传递函数与频率特性4.1滤波器的基本知识（三）滤波器的主要特性指标(1)特征频率：①通带截止频率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。②阻带截频fr=ωr/(2)为阻带与过渡带边界点的频率，在该点信号衰耗(增益的倒数)下降到一人为规定的下限。4.1.2

5、模拟滤波器的传递函数与频率特性2021/9/104.1滤波器的基本知识b)OA()d)OA()高通带阻rw通带通带通带阻带阻带a)OA()低通通带阻带过渡带c)OA()带通通带阻带阻带过渡带过渡带过渡带过渡带4.1滤波器的基本知识（三）滤波器的主要特性指标(1)特征频率：③转折频率fc=ωc/(2)为信号功率衰减到1/2(约3dB)时的频率，在很多情况下，常以fc作为通带或阻带截频。④固有频率f0=ω0/(2)为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率，复杂电路往往有多个固有频率。4.1.2模拟滤波器的传递函数与频率特性4.1滤波器的基本知识(2)增益与衰耗滤波

6、器在通带内的增益并非常数。①对低通滤波器通带增益Kp一般指ω=0时的增益；高通指ω→∞时的增益；带通则指中心频率处的增益。②对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，其定义为增益的倒数。③通带增益变化量△Kp指通带内各点增益的最大变化量，如果△Kp以dB为单位，则指增益dB值的变化量。4.1.2模拟滤波器的传递函数与频率特性（三）滤波器的主要特性指标2021/9/10(3)阻尼系数与品质因数阻尼系数表征滤波器中能量衰耗的一项指标。阻尼系数的倒数称为品质因数Q，是评价带通与带阻滤波器频率选择特性的一个重要指标式中为带通或带阻滤波器的3dB带宽，为中心频率，在很多情况下中心频率与固

7、有频率相等。4.1滤波器的基本知识4.1.2模拟滤波器的传递函数与频率特性（三）滤波器的主要特性指标2021/9/104.1滤波器的基本知识(4)灵敏度滤波电路由许多元件构成，每个元件参数值的变化都会影响滤波器的性能。滤波器某一性能指标y对某一元件参数x变化的灵敏度记作，定义为：该灵敏度与测量仪器或电路系统灵敏度不是一个概念，该灵敏度越小，标志着电路容错能力越强，稳定性也越高。4.1.2模拟滤波器的传递函数与频率特性（三）滤波器的主要特性指标2021/9/104.1滤波器的基本知识(5)群时延函数当滤波器幅频特性满足设计要求时，为保证输出信号失真度不超过允许范围