仪器电子技术-有源滤波器课件.ppt

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1、第三章、有源滤波器2011年11月内容第一节基础知识一、滤波器的用途二、分类三、参数四、二阶滤波器传递函数五、滤波器的逼近第二节RC有源滤波器电路第三节RC有源滤波器设计第四节开关电容滤波方法简介第五节集成有源滤波器简介第一节基础知识一、滤波器概念与用途二、分类频率与功能特性：低通（LPF）、高通（HPF）、带通（BPF）、带阻（BEF）滤波、全通滤波器器件特点：无源滤波器RLC滤波器、晶体滤波器、压电陶瓷、声表面波滤波器(SAW)、机械滤波器有源滤波RC有源滤波、开关电容滤波器(SCF)信号形式：模拟滤波器、数

2、字滤波器阶数：1、2、3…….N三、参数c)a)b)OA()OA()OA()d)OA()表示最大通带衰减通带角频率阻带最小衰减阻带边缘角频率截止频率固有频率1、特征频率：①通带截频fp=wp/(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=wr/(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。③转折频率fc=wc/(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=

3、w0/(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。2、增益与衰耗①对低通滤波器通带增益Kp一般指w=0时的增益；高通指w→∞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，衰耗定义为增益的倒数。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。三、参数3、阻尼系数与品质因数阻尼系数是表征滤波器对角频率为w0信号的阻尼作用，是滤波器中表示能量衰耗的一项指标。阻尼系数的倒数称为品质因数，是评价带通与带阻滤波器频率选择特性

4、的一个重要指标，Q=w0/△w。式中的△w为带通或带阻滤波器的3dB带宽，w0为中心频率。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Sxy，定义为：Sxy=(dy/y)/(dx/x)。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。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，对其相频特性∮(w)也应提出一定要求。在滤波器设计中，常用群时延函

5、数d∮(w)/dw评价信号经滤波后相位失真程度。群时延函数d∮(w)/dw越接近常数，信号相位失真越小。三、参数理想幅频特性四、二阶滤波器传递函数二阶传输函数低通带通高通带阻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)相频特性低通b)lg(ω/ω0)α=

6、2.5-1010°90°180°α=1.67α=1.25α=0.8α=0.5α=0.33α=0.2α=0.1/(°)20lgA/dB)lg(ω/ω0)-20020α=0.1α=0.2α=0.33α=0.5α=0.8α=1.25α=1.67α=2.5-101-40a)幅频特性b)相频特性高通b)相频特性-10190oQ=100Q=40Q=20Q=10Q=5Q=2.5Q=1Q=0.5lg(ω/ω0)0o-90o/(°)20lgA/dBa)幅频特性lg(ω/ω0)-101-60-40-20Q=0.5Q=1Q=2.5

7、Q=5Q=10Q=20Q=40Q=1000带通01-20Q=5Q=2.5Q=1Q=0.1Q=0.2Q=0.5lg(ω/ω0)-40-6020lgA/dB0-1-101-90o0o90oQ=5Q=2.5Q=1Q=0.5Q=0.2Q=0.1lg(ω/ω0)/(°)a)幅频特性b)相频特性带阻五、滤波器逼近方法近似方法:1、巴特沃思近似2、切比雪夫近似3、贝塞尔近似理想滤波器要求幅频特性A(w)在通带内为一常数，在阻带内为零，没有过渡带，还要求群延时函数在通带内为一常量，这在物理上是无法实现的。实践中往往选择适当逼近

8、方法，实现对理想滤波器的最佳逼近。1、巴特沃思近似幅频函数传递函数例n=1s1=-1n=1,2,...n=2归一化：2、切比雪夫近似0.5db波纹n=1S+2.863n=2S2+1.425S+1.5161db波纹n=1S+1.965n=2S2+1.098S+1.1033、贝塞尔近似n=1S+1n=2S2+3S+3En()贝塞尔滤波多项式.三种方法特点巴特沃思：通带内幅频