信号的运算和滤波ppt课件

1、第8章 信号的运算和滤波南京信息工程大学信息与控制学院模拟乘法器及其在运算电路中的运用模拟乘法器及其在运算电路中的运用8.3有源滤波器有源滤波器*8.1运算电路运算电路滤波器：是一种能使有用频率信号经过而同时抑制或衰滤波器：是一种能使有用频率信号经过而同时抑制或衰减无用频率信号的电子安装。减无用频率信号的电子安装。8.3.1 滤波电路根底知识滤波电路根底知识1. 滤波器的种类滤波器的种类按幅频特性即任务信号的频率范围，分为四大类按幅频特性即任务信号的频率范围，分为四大类:低通滤波器低通滤波器LPF：Low Pass Filter高通滤波器高通滤波器HPF：High Pass Filter带通滤

2、波器带通滤波器BPF：Band Pass Filter带阻滤波器带阻滤波器BEF：Band Elimination Filter 滤波电路的功能滤波电路的功能: 使指定频段的信号顺利经过，其它频率使指定频段的信号顺利经过，其它频率的信号被衰减。的信号被衰减。低通滤波器低通滤波器LPF：用于任务信号为低：用于任务信号为低频或直流，并且需求减弱高次谐波或频率频或直流，并且需求减弱高次谐波或频率较高的干扰和噪声等场所较高的干扰和噪声等场所整流后滤波。整流后滤波。 高通滤波器高通滤波器HPF ：用于信号处于高频，：用于信号处于高频，并且需求减弱低频的场所并且需求减弱低频的场所阻容放大器的耦阻容放大器的

3、耦合。合。 带通滤波器带通滤波器BPF ：用于突出有用频：用于突出有用频段的信号，减弱其它频段的信号或干扰和噪段的信号，减弱其它频段的信号或干扰和噪声声载波通讯。载波通讯。 带阻滤波器带阻滤波器BEF ：用于抑制干扰。：用于抑制干扰。 通通阻阻通通Au阻阻通通Au通通阻阻Au阻阻阻阻 通通Au理想滤波器的幅频特性理想滤波器的幅频特性:允许经过信号的频段时为通带；将信号衰减到零的频段称允许经过信号的频段时为通带；将信号衰减到零的频段称为阻带。为阻带。实践上任何滤波器在通带和阻带之间有着过渡带，如下图为实践上任何滤波器在通带和阻带之间有着过渡带，如下图为低通滤波器的实践幅频特性。低通滤波器的实践幅

4、频特性。其通带中输出电压与输入电压之比其通带中输出电压与输入电压之比 称为通带放大倍数。称为通带放大倍数。upA幅频特性中使放大倍数下降到幅频特性中使放大倍数下降到0.707倍通带放大倍数的频率倍通带放大倍数的频率称为通带截止频率称为通带截止频率fp。假设滤波电路仅由无源元件电阻、电容、电感组成，假设滤波电路仅由无源元件电阻、电容、电感组成，那么称为无源滤波电路；那么称为无源滤波电路；假设滤波电路不仅由无源元件还有有源元件三极管、集假设滤波电路不仅由无源元件还有有源元件三极管、集成运放组成，那么称为有源滤波。成运放组成，那么称为有源滤波。按滤波电路的元件组成分为无源滤波和有源滤波：按滤波电路的

5、元件组成分为无源滤波和有源滤波：2. 无源滤波器无源滤波器无源滤波电路即由无源元件无源滤波电路即由无源元件R、L、C组成的滤波电路，例如组成的滤波电路，例如 以下图所示的低通滤波器：以下图所示的低通滤波器：oi1()()1()()11VIVj CAVRIj CjRC11111112OuippUj CAfUj RCRjj CffRC，空载时空载时带负载时带负载时 负载变化，通带负载变化，通带放大倍数和截止频放大倍数和截止频率均变化，带负载率均变化，带负载才干差。才干差。LpLpLpp1 2 () 1juuuRARRfRR CAAff带负载时：带负载时：空载时空载时:无源滤波电路的滤波参数随负载变

6、化；有源滤波电路无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电路的滤波参数不随负载变化，可放大。的滤波参数不随负载变化，可放大。无源滤波电路可用于高电压大电流，如直流电源中的无源滤波电路可用于高电压大电流，如直流电源中的滤波电路；有源滤波电路是信号处置电路，其输出电压和滤波电路；有源滤波电路是信号处置电路，其输出电压和电流的大小受有源元件本身参数和供电电源的限制。电流的大小受有源元件本身参数和供电电源的限制。3.有源滤波电路有源滤波电路 用电压跟随器隔离滤波电路与负载电阻8.3.2 低通滤波器低通滤波器LPF12p1RRAuRCf21pppj1ffAAuu频率趋于频率趋于0时的放大时的放大倍数为

7、通带放大倍数倍数为通带放大倍数决议于决议于RC环节环节阐明进入高频段阐明进入高频段的下降速率为的下降速率为20dB/十倍频十倍频1.一阶低通滤波器一阶低通滤波器 求解传送函数时，只需将放大倍数中的求解传送函数时，只需将放大倍数中的 j用用 s 取代即可；取代即可； s 的方次称为阶数。的方次称为阶数。经拉氏变换得经拉氏变换得传送函数：传送函数：sRCRRsCRsCRRsUsUsAu11)1 ( 11)1 ()()()(121fio一阶电路一阶电路幅频特性：幅频特性：)21( j1 1ppp12pRCfffAARRAuuu 为了使过渡带变窄，需采用多阶滤波器，即添加RC环节。2、常用二阶低通滤波

8、器、常用二阶低通滤波器引入正反响引入正反响要求要求ff0时幅频特性按时幅频特性按40dB/十倍频下降。十倍频下降。 f0时，C1断路，正反响断开，放大倍数为通带放大倍数。 f ， C2短路，正反响不起作用，放大倍数0 。 对于不同频率的信号正反响的强弱不同，因此有能够在对于不同频率的信号正反响的强弱不同，因此有能够在f = f 0时放大倍数等于或大于通带放大倍数。时放大倍数等于或大于通带放大倍数。C1=C2二阶二阶LPFLPF的分析的分析ppp30uuuffuAQAAA 列列P、M点的节点电流方程，点的节点电流方程，整理可得：整理可得：pp0 32 uffuuAAA时，当0p20p3 j)(1

9、ffAffAAuuup0uffuAAQOOO 与LPF有对偶性，将LPF的电阻和电容互换，就可得一阶HPF、简单二阶HPF、压控电压源二阶HPF电路。8.3.4 带通滤波器带通滤波器BPF8.3.5 带阻滤波器带阻滤波器BEF8.3.3 高通滤波器高通滤波器HPF1. 反相输入低通滤波器反相输入低通滤波器。，即uuAfCRA 0 j1112pRRAuHf积分运算电路的电压放大倍数为积分运算电路的电压放大倍数为加加R2后后CRffffRRAu20p01221j11， 需有电阻构成的需有电阻构成的负反响网络来确定负反响网络来确定通带放大倍数。通带放大倍数。12lg20RR8.3.6 形状变量型滤波器形状变量型滤波器2、要点、要点将比例、积分、求和等根将比例、积分、求和等根本运算电路组合成自在设置传本运算电路组合成自在设置传送函数、实现各种滤波功能的送函数、实现各种滤波功能的电路，称为形状变量型滤波器。电路，称为形状变量型滤波器。通带放大倍数决议于电阻通带放大倍数决议于电阻组成的负反响网络。组成的负反响网络。