第4章测控电路 信号滤波电路

1、第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路 滤波器的作用是使信号中某些特定的频率成分通过，滤波器的作用是使信号中某些特定的频率成分通过，极大地衰减其他频率成分。极大地衰减其他频率成分。 滤波器在抑制噪声干挠、平滑信号、分离信号中不滤波器在抑制噪声干挠、平滑信号、分离信号中不同频率成分中起着重要作用，它是信号转换和数据处理同频率成分中起着重要作用，它是信号转换和数据处理不可缺少的有力工具。不可缺少的有力工具。第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路4.4.1 滤波器的基本知识滤波器的基本知识1. 滤波器的分类滤波器的分类 低通滤波器低通滤波器 高通滤波器高通滤波器 带通滤波器带通滤波器 带阻滤波器带阻滤波

2、器 按选频范围分按选频范围分 电子滤波器电子滤波器 机械滤波器机械滤波器 光学滤波器光学滤波器 按工作原理分按工作原理分第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路四类滤波器的幅频特性四类滤波器的幅频特性下截止频率下截止频率1cf上截止频率上截止频率2cf第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路2. 理想滤波器理想滤波器 理想滤波器在其理想滤波器在其通频带内应满足不失通频带内应满足不失真测试条件，即幅频真测试条件，即幅频特性为常数，相频特特性为常数，相频特性与频率保持线性关性与频率保持线性关系，阻带内的幅频特系，阻带内的幅频特性应等于零。其频率性应等于零。其频率响应函数应为响应函数应为 0)(020ftj

3、eAfH（通带内，（通带内， 为常数）为常数）00tA、（阻带内）（阻带内）第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路 理想滤波器是非因果系统，在物理上是不可能实现的。理想滤波器是非因果系统，在物理上是不可能实现的。 .constBTe 理想滤波器的建立时间理想滤波器的建立时间 与滤波器的带宽与滤波器的带宽B成反比，成反比，它们的乘积为常数。即它们的乘积为常数。即 eT建立时间建立时间 建立时间反映了滤建立时间反映了滤波器对输入的响应速度波器对输入的响应速度（滤波时间）；带宽反（滤波时间）；带宽反映了滤波器的频率分辨映了滤波器的频率分辨力。力。 二者相矛盾二者相矛盾第第4章章 信号滤波电路信号滤波电

4、路3. 实际滤波器的特征参数实际滤波器的特征参数 实际带通滤波器的幅频特性曲线实际带通滤波器的幅频特性曲线 第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路 中心频率中心频率 210ccfff 带宽带宽 12ccffB 幅频特性平均值幅频特性平均值 0A 纹波幅度纹波幅度 d 截止频率截止频率 21ccff 、 品质因数品质因数 BfQ/0 第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路 频率选择性频率选择性 滤波器因数滤波器因数3dB60dB BB 倍频程选择性倍频程选择性 )()2(lg2022ccfAfAW )()2/(lg2011ccfAfAW 或或 第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路4.4.2 无源无源

5、RC滤波器滤波器11)( ssH 传递函数传递函数 )2/(12 cf上截止频率上截止频率 时间常数时间常数 RC 过渡带：过渡带： -20dB/十倍频程十倍频程 -20dB/dec 幅频特性幅频特性 2)2(11)( ffA 1. 一阶无源一阶无源RC低通滤波器低通滤波器 第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路2. 一阶无源一阶无源RC高通滤波器高通滤波器 传递函数传递函数 1)( sssH 过渡带：过渡带： -20dB/十倍频程十倍频程 -20dB/dec 幅频特性幅频特性 2)2(12)( fffA 下截止频率下截止频率 )2/(11 cf时间常数时间常数 RC 第第4章章 信号滤波电路信

6、号滤波电路3. 二阶无源二阶无源RC带通滤波器带通滤波器 传递函数传递函数 1)()()()(3212211 ssssEsEsHio 截止频率截止频率 )2/(111 cf)2/(122 cf过渡带：过渡带： -40dB/十倍频程十倍频程 -40dB/dec 时间常数时间常数 111CR 222CR 213CR （交叉时间常数）（交叉时间常数） 第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路1. 一阶有源一阶有源RC滤波器滤波器 传递函数传递函数 RCsKsH 1)(截止频率截止频率 RCfc 212 通带增益通带增益 11RRKf 优点：优点： 有增益（放大）有增益（放大） 有隔离作用（减小负载效应）

7、有隔离作用（减小负载效应） 4.4.3 有源有源RC滤波器滤波器一阶有源一阶有源RC低通滤波器（同相输入）低通滤波器（同相输入） 第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路传递函数传递函数 CsRKsHf 1)(截止频率截止频率 CRffc 212 通带增益通带增益 1RRKf 一阶有源一阶有源RC低通滤波器（反相输入）低通滤波器（反相输入） 第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路2. 二阶有源二阶有源RC滤波器滤波器 无限增益多路负反馈型无限增益多路负反馈型 324532121)()(YYYYYYYYYsH 无限增益多路负反馈型二阶有源无限增益多路负反馈型二阶有源RC滤波器的基本结构滤波器的基本结构

8、 51 YY元件的复数导纳元件的复数导纳 可构成可构成低通低通、高通高通、带通带通滤波器，但不能滤波器，但不能构成构成带阻带阻滤波器！滤波器！ 第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路无限增益多路负反馈型二阶有源无限增益多路负反馈型二阶有源RC低通滤波器低通滤波器 13RRK 通带增益通带增益 21321CCRRn 固有频率固有频率 3211111121RRRCn 阻尼比阻尼比 第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路31CCK 通带增益通带增益 32211CCRRn 固有频率固有频率 32232121CCRCCCn 阻尼比阻尼比 无限增益多路负反馈型二阶有源无限增益多路负反馈型二阶有源RC高通滤波器

9、高通滤波器 第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路)(21113CCRCRK 通带增益通带增益 2132121CCRRRRRn 固有频率固有频率 121311 CCRQn 品质因数品质因数无限增益多路负反馈型二阶有源无限增益多路负反馈型二阶有源RC带通滤波器带通滤波器 第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路 压控电压源型压控电压源型 24315432121)1()()(YYYKYYYYYYYYKsHff RRKf01 压控电压源型二阶有源压控电压源型二阶有源RC滤波器的基本结构滤波器的基本结构 第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路RRKKf01 21211CCRRn 22211111121CRKRRCfn 压控电压源型二阶有源压控电压源型二阶有源RC低通滤波器低通滤波器 第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路RRKKf01 21211CCRRn 11212111121CRKCCRfn 压控电压源型二阶有源压控电压源型二阶有源RC高通滤波器高通滤波器 第第4章章 信号滤波电路信号滤波电路 1213121111 RRKRRCCKKff2132121CC