第四章-信号分离电路

1、中国计量学院中国计量学院第四章第四章 信号分离电路信号分离电路滤波器基本知识滤波器基本知识1RCRC滤波电路滤波电路2集成有源滤波器集成有源滤波器3跟踪滤波器跟踪滤波器4中国计量学院中国计量学院 测量中难免包含噪声以及被测量无关的信号。所以我们需测量中难免包含噪声以及被测量无关的信号。所以我们需要利用滤波器从频域中实现对噪声的抑制、提取有用信号。要利用滤波器从频域中实现对噪声的抑制、提取有用信号。a)b)c)例如：粗糙度测量例如：粗糙度测量工件表面轮廓工件表面轮廓测量信号波形测量信号波形粗糙度波形粗糙度波形中国计量学院中国计量学院4.1 滤波器基础知识滤波器基础知识一、滤波器的功能和类型一、滤

2、波器的功能和类型1、功能：、功能： 滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，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。具有滤除噪声和分离各种不同信号的功能。2、类型：、类型：按处理信号形式分：模拟滤波器和数字滤波器按处理信号形式分：模拟滤波器和数字滤波器按功能分：低通、高通、带通、带阻按功能分：低通、高通、带通、带阻中国计量学院中国计量学院rc)a)b)OA( )OA( )OA( )rpKpKpKpKpKpKpcpc1rc12p1pd)OA( )pKpK1pc11r2pc22rc22r中国计量学院中国计量学院按电路组成分按电路组成分无源滤波器无源

3、滤波器有源滤波器：有源滤波器：（无源器件）（无源器件）LC无源：高频段有良好的频域特性；无源：高频段有良好的频域特性； 电感大，不便集成。电感大，不便集成。RC无源：选频性能差，一般用在低性能滤波。无源：选频性能差，一般用在低性能滤波。由特殊元件构成的无源：机械滤波器，压由特殊元件构成的无源：机械滤波器，压电陶瓷滤波器。工作原理：能量转换中的电陶瓷滤波器。工作原理：能量转换中的频率选择作用。频率选择作用。指用有源器件和电阻、电容组成的滤波器。指用有源器件和电阻、电容组成的滤波器。（晶体管、运放）（晶体管、运放）1MHz 场合中广泛应用场合中广泛应用 由于受有源器件有限带宽的限制，有源滤波器一般

4、由于受有源器件有限带宽的限制，有源滤波器一般不能用于高频场合，高频场合一般用不能用于高频场合，高频场合一般用LC滤波器。滤波器。中国计量学院中国计量学院二、模拟滤波器的传递函数与频率特性二、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（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。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。传递函数是输出与输入信号电压或电流拉氏变换之比。nlllmkkknnnnmmmmiosasbasasasabsbsbsbsUsUsH00011110111)()()(s 拉普拉斯变量拉普拉斯变量中国计量学

5、院中国计量学院对传递函数分子分母因式分解：对传递函数分子分母因式分解：nllmkknmpszsKpspspszszszsKsH112121)()()()()()()(任何复数的零点或极点必须共轭出现，因此上式改写为：任何复数的零点或极点必须共轭出现，因此上式改写为：NjjjjMiiiiasasabsbsbsH1012210122)()()(中国计量学院中国计量学院 经分析，任意个互相隔离的线性网络级联后，总的经分析，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。传递函数等于各网络传递函数的乘积。这样，任何复杂这样，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

6、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。构成。中国计量学院中国计量学院（二）模拟滤波器的频率特性（二）模拟滤波器的频率特性 模拟滤波器的传递函数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的传递关系。若滤波器的输入信号Ui是角频率为是角频率为w的的单位信号单位信号，滤波器的滤波器的输出输出Uo(jw)=H(jw)表达了在单位信号输入情况下的输表达了在单位信号输入情况下的输出信号随频率变化的关系，称为出信号随频率变化的关系，称为滤波器的频率特性函数滤波器的频率特性函数，简称，简称频率特性。频率特性。 频率特性频率特性

7、H(jw)是一个复函数，其幅值是一个复函数，其幅值A(w)称为幅频特性，称为幅频特性，其幅角其幅角(w)表示输出信号的相位相对于输入信号相位的变化，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。称为相频特性。 =|H(jw)|阻带内阻带内A(w)=？中国计量学院中国计量学院 传递函数的极点位置则对过渡带特性有很大影响，传递函数的极点位置则对过渡带特性有很大影响，高性能滤波器一般没有或只有一个负实轴极点（高性能滤波器一般没有或只有一个负实轴极点（n为奇为奇数时）。数时）。相频特性？相频特性？要不失真，要不失真， (w)应为应为w的线性函数，的线性函数，即即(w)=T0w，一个固定的延

8、迟。，一个固定的延迟。中国计量学院中国计量学院（三）滤波器的主要特性指标（三）滤波器的主要特性指标1、特征频率：、特征频率：通带截频通带截频 fp=wp/(2 )为通带与过渡带边界点的频率，在该点信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。号增益下降到一个人为规定的下限。阻带截频阻带截频 fr=wr/(2 )为阻带与过渡带边界点的频率，在该点信为阻带与过渡带边界点的频率，在该点信号衰耗号衰耗(增益的倒数增益的倒数)下降到一人为规定的下限。下降到一人为规定的下限。转折频率转折频率fc=wc/(2 )为信号功率衰减到为信号功率衰减到1/2(约约3dB)时的频率，在时的频率

9、，在很多情况下，常以很多情况下，常以fc作为通带或阻带截频。作为通带或阻带截频。固有频率固有频率f0=w0/(2 )为为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率，复电路没有损耗时，滤波器的谐振频率，复杂电路往往有多个固有频率。式杂电路往往有多个固有频率。式4-1中分母中分母aj1=0时极点所对应的时极点所对应的频率。频率。中国计量学院中国计量学院rc)a)b)OA( )OA( )OA( )rpKpKpKpKpKpKpcpc1rc12p1pd)OA( )pKpK1pc11r2pc22rc22r中国计量学院中国计量学院2、增益与衰耗、增益与衰耗滤波器在通带内的增益并非常数。滤波器在通带内的增益并非常数。对

10、低通滤波器通带增益对低通滤波器通带增益Kp一般指一般指w=0时的增益；高通指时的增益；高通指w时的增益；带通则指中心频率处的增益。时的增益；带通则指中心频率处的增益。对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，衰耗定义为增益的倒数。对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，衰耗定义为增益的倒数。通带增益变化量通带增益变化量Kp指通带内各点增益的最大变化量，如指通带内各点增益的最大变化量，如果果Kp以以dB为单位，则指增益为单位，则指增益dB值的变化量。值的变化量。 中国计量学院中国计量学院3、阻尼系数与品质因数、阻尼系数与品质因数 阻尼系数阻尼系数是表征滤波器对角频率为是表征滤波器对角频率为w0信号的阻尼信号的阻尼作用

11、，是滤波器中表示能量衰耗的一项指标。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阻尼系数的倒数称为品质因数品质因数，是评价，是评价带通带通与与带阻带阻滤波器频率选择特性的一个重要指标，滤波器频率选择特性的一个重要指标，Q= w0/w。式式中的中的w为带通或带阻滤波器的为带通或带阻滤波器的3dB带宽，带宽， w0为中心频为中心频率，在很多情况下中心频率与固有频率相等。率，在很多情况下中心频率与固有频率相等。 中国计量学院中国计量学院4、灵敏度灵敏度 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。的性能。

12、滤波器某一性能指标滤波器某一性能指标y对某一元件参数对某一元件参数x变化的灵敏度记作变化的灵敏度记作Sxy，定义为：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。小，标志着电路容错能力越强，稳定性也越高。 而对传感器来说：输出变化量与输入变化量之比值，希望越高越好。而对传感器来说：输出变化量与输入变化量之比值，希望越高越好。滤波器越小越好。滤波器越小越好。 5、群时延函数群时延函数 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

13、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。在滤波器设也应提出一定要求。在滤波器设计中，计中，常用群时延函数常用群时延函数d(w)/dw评价信号经滤波后相位失真程度评价信号经滤波后相位失真程度。群时延函数群时延函数d(w)/dw越接近常数，信号相位失真越小。越接近常数，信号相位失真越小。中国计量学院中国计量学院三、基本滤波器三、基本滤波器（一）一阶滤波器（一）一阶滤波器 一阶滤波电路只能构成低通和高通滤波器，而不能构成带通一阶滤波电路只能构成低通和高通滤波器，而不能构成带通和带阻滤波器。和带阻滤波器。一阶低通

14、传递函数：一阶低通传递函数：0)(sKsHP一阶高通传递函数：一阶高通传递函数：0)(ssKsHP（二）二阶滤波器（二）二阶滤波器1、二阶低通滤波器二阶低通滤波器传递函数的一般形式为：传递函数的一般形式为：令固有频率令固有频率00a，通带增益，通带增益Kp=b0/a0，阻尼系数，阻尼系数0=a1/0中国计量学院中国计量学院其幅频特性与相频特性为：其幅频特性与相频特性为：20lgA/dB-101-40-20020=2.5=1.67=1.25 =0.8=0.5=0.33=0.2=0.1lg(/0)-60a) 幅频特性幅频特性=0.2=0.1-101-180o-90o=2.5=1.67=1.25=0

15、.8=0.5=0.33lg(/0) /()0b) 相频特性相频特性不同的不同的值值中国计量学院中国计量学院2、二阶高通滤波器、二阶高通滤波器二阶低通滤波器的传递函数的一般形式为：二阶低通滤波器的传递函数的一般形式为：其幅频特性与相频特性为：其幅频特性与相频特性为：中国计量学院中国计量学院b)图图4-4不同的不同的值值lg(/0)=2.5-101090180=1.67=1.25 =0.8=0.5=0.33=0.2=0.1 /()20lgA/dB)lg(/0)-20020=0.1=0.2=0.33=0.5=0.8=1.25=1.67=2.5-101-40a) 幅频特性幅频特性b) 相频特性相频特性

16、中国计量学院中国计量学院3、二阶带通滤波器、二阶带通滤波器二阶带通滤波器的传递函数的一般形式为：二阶带通滤波器的传递函数的一般形式为：其幅频特性与相频特性分别为：其幅频特性与相频特性分别为：中国计量学院中国计量学院b) 相频特性相频特性-10190oQ=100Q=40Q=20Q=10Q=5Q=2.5Q=1Q=0.5lg(/0)0o-90o /()20lgA/dBa) 幅频特性幅频特性lg(/0)-101-60-40-20Q=0.5 Q=1Q=2.5Q=5Q=10Q=20Q=40Q=1000图图4-5 不同的不同的Q值值中国计量学院中国计量学院4、二阶带阻滤波器二阶带阻滤波器二阶带阻滤波器的传递

17、函数的一般形式为：二阶带阻滤波器的传递函数的一般形式为：其幅频特性和相频特性为：其幅频特性和相频特性为：中国计量学院中国计量学院01-20Q=5Q=2.5Q=1Q=0.1Q=0.2Q=0.5lg(/0)-40-6020lgA/dB0-1 -101-90o0o90oQ=5Q=2.5Q=1 Q=0.5Q=0.2Q=0.1lg(/0) /()a) 幅频特性幅频特性b) 相频特性相频特性图图4-6 不同的不同的Q值值中国计量学院中国计量学院5、二阶全通滤波电路（移相电路）、二阶全通滤波电路（移相电路）二阶全通滤波电路的传递函数的一般形式为二阶全通滤波电路的传递函数的一般形式为:其幅频特性为常数，相频特

18、性为其幅频特性为常数，相频特性为:我们发现，分母都是一样的，只是分子不同。我们发现，分母都是一样的，只是分子不同。注意带阻中用的是品质因数来代替阻尼系数注意带阻中用的是品质因数来代替阻尼系数。中国计量学院中国计量学院四、滤波器特性的逼近四、滤波器特性的逼近 理想滤波器要求幅频特性理想滤波器要求幅频特性A(w)在通带内为一常数，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方法，实现对理想滤波器的最佳逼近。择适当逼近方法，实

19、现对理想滤波器的最佳逼近。理论上，阶数越高，逼近越好，但不可能。理论上，阶数越高，逼近越好，但不可能。 同一形式的滤波器又具有不同的滤波性能，其区同一形式的滤波器又具有不同的滤波性能，其区别主要是阻尼系数的不同。别主要是阻尼系数的不同。最大平坦型最大平坦型2纹波型纹波型2恒延时型恒延时型2中国计量学院中国计量学院测控系统中常用的三种逼近方法为：测控系统中常用的三种逼近方法为： 巴特沃斯逼近巴特沃斯逼近切比雪夫逼近切比雪夫逼近贝赛尔逼近贝赛尔逼近 假设一个二阶环节具有较小的阻尼，在假设一个二阶环节具有较小的阻尼，在0附附近将产生一定的过冲，如果级联一个阻尼较大的二近将产生一定的过冲，如果级联一个

20、阻尼较大的二阶环节或一阶环节，可以有效的改善阶环节或一阶环节，可以有效的改善0附近的频率附近的频率特性，构成比较理想的滤波器。特性，构成比较理想的滤波器。实际系统中，低通最为常见。实际系统中，低通最为常见。中国计量学院中国计量学院（一）巴特沃斯逼近（一）巴特沃斯逼近这种逼近的基本原则是使幅频特性在通带内最为平坦，这种逼近的基本原则是使幅频特性在通带内最为平坦，并且单调变化。其幅频特性为并且单调变化。其幅频特性为:n阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数为阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数为:其中其中中国计量学院中国计量学院0 .51.0/0n=2n=4n=5120A1-1800/0n=5n=4n=2-36

21、02 /()对于二阶低通滤波器对于二阶低通滤波器 41与式与式4-5比较：比较：,2或或21Q图图4-7见图见图4-7，n阶数越高，越向阶数越高，越向理想矩形逼近，但相频特性理想矩形逼近，但相频特性随电路阶数增加，线性度差。随电路阶数增加，线性度差。幅频特性通带最平坦。幅频特性通带最平坦。中国计量学院中国计量学院（二）切比雪夫逼近（二）切比雪夫逼近这种逼近方法的基本原则是允许通带内有一定的波动量这种逼近方法的基本原则是允许通带内有一定的波动量Kp。其幅频特性为：其幅频特性为：/000.51221341.0A-180-3600121234/0 其特点是幅频特性在通带内呈等波其特点是幅频特性在通带

22、内呈等波纹起伏，阻带内单调下降。纹起伏，阻带内单调下降。允许的波动度越大，过渡带越陡。允许的波动度越大，过渡带越陡。1贝塞尔滤波器贝塞尔滤波器2巴特沃斯滤波器巴特沃斯滤波器3通带波动为通带波动为0.5dB的切比雪夫滤波器的切比雪夫滤波器4通带波动为通带波动为2dB的切比雪夫滤波器的切比雪夫滤波器中国计量学院中国计量学院（三）贝赛尔逼近（三）贝赛尔逼近 这种逼近与前两种不同，它主要这种逼近与前两种不同，它主要侧重于相频特性侧重于相频特性，其基本原则是使通带内相频特性线性度最高，群时延函其基本原则是使通带内相频特性线性度最高，群时延函数最接近于常量，从而使相频特性引起的相位失真最小。数最接近于常量

23、，从而使相频特性引起的相位失真最小。 246800.20.40.60.81.0t/t0213uo(t)/ui图图4-9 三种二阶低通滤波器的单位阶跃响应三种二阶低通滤波器的单位阶跃响应1贝塞尔滤波器贝塞尔滤波器2巴特沃斯滤波器巴特沃斯滤波器3通带波动为通带波动为2dB的切比雪夫滤波器的切比雪夫滤波器见图见图4-8 相频特性接近于直线相频特性接近于直线贝塞尔逼近失真最小，贝塞尔逼近失真最小，而且无过冲现象而且无过冲现象中国计量学院中国计量学院4.2 RC滤波电路滤波电路一、一阶滤波电路一、一阶滤波电路一阶电路比较简单，也可由一阶电路比较简单，也可由RC无源网络构成。无源网络构成。CRuo(t)u

24、i(t)CRuo(t)ui(t)低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器uo(t)Rui(t)- -+ + +NCuo(t)ui(t)- -+ + +NCR低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器如果在如果在RC低通电路的输出端再加上一个电压跟随器，使之与低通电路的输出端再加上一个电压跟随器，使之与负载很好的隔离开来，就构成了一个简单的一阶有源滤波器。负载很好的隔离开来，就构成了一个简单的一阶有源滤波器。中国计量学院中国计量学院uo(t)Rui(t)- -+ + +NC低通滤波器低通滤波器R0uo(t)Rui(t)- -+ + +NCR0高通滤波器高通滤波器实现一定的增益：实现一定的增益：01

25、RRKpRRKph0RCc1中国计量学院中国计量学院二、压控电压源型滤波电路二、压控电压源型滤波电路uo(t)Y2Y1Y4Y3Y5R0Rui(t)+ +- -+ +N运放运放+R0与与R构成的同相放大器构成的同相放大器Kf=1+R0/R压控增益压控增益Y1 Y5为所在位置的导纳为所在位置的导纳 电容电容Yi=SCi传递函数为：传递函数为：推导，设一个中间电压推导，设一个中间电压UxY1 Y5中任意两个是电容，其余是电阻，就可组成二阶有源滤波器。中任意两个是电容，其余是电阻，就可组成二阶有源滤波器。中国计量学院中国计量学院1、低通滤波电路、低通滤波电路+ +- -+ +NR0Ruo(t)ui(t

26、)C1C2R2R1Y1 与与Y2为电阻，为电阻，Y3与与Y5为电容，为电容，Y4=0开路（电阻无穷大）。开路（电阻无穷大）。中国计量学院中国计量学院2、高通滤波器、高通滤波器uo(t)R0Rui(t)C2C1R1R2+ +- -+ +NY3 与与Y5为电阻，为电阻，Y1与与Y2为电容，为电容，Y4=0开路（电阻无穷大）。开路（电阻无穷大）。中国计量学院中国计量学院3、带通滤波器、带通滤波器ui(t)R0Ruo(t)C1C2R1R2R3+ +- -+ +NY2 与与Y4为电容，其余为电阻。为电容，其余为电阻。中国计量学院中国计量学院4、带阻滤波器、带阻滤波器R1C3R0Ruo(t)ui(t)C2

27、C1R3R2+ +- -+ +N基于基于RC双双T网络的二阶带阻滤波电路，也叫陷波电路，其网络的二阶带阻滤波电路，也叫陷波电路，其中有一个双中有一个双T选频网络。选频网络。双双T网络必须具有平衡式结构网络必须具有平衡式结构中国计量学院中国计量学院二、无限增益多路反馈型滤波电路二、无限增益多路反馈型滤波电路- -+ + +NY4Y1Y3Y2Y5Rui(t)uo(t)理论上无限增益运放赋以多路反馈构成的滤波电路理论上无限增益运放赋以多路反馈构成的滤波电路Y1 Y5选用选用RC元件，构成低通、高通、带通元件，构成低通、高通、带通1、低通滤波电路、低通滤波电路- -+ + +NC2R1R3R2C1Ru

28、i(t)Y4、Y5为电容，其余为电阻为电容，其余为电阻中国计量学院中国计量学院2、高通滤波器、高通滤波器- -+ + +NR2C1C3C2R1Ruo(t)3、带通滤波器、带通滤波器- -+ + +NR3R1C2C1R2Rui(t)uo(t)Y4、Y5为电阻，其余为电容为电阻，其余为电容Y2、Y3为电容，其余为电阻为电容，其余为电阻中国计量学院中国计量学院四、有源滤波器设计四、有源滤波器设计3个过程个过程确定传递函数确定传递函数选择电路结构选择电路结构选择有源器件，计算无源元件参数选择有源器件，计算无源元件参数1.传递函数的确定传递函数的确定3种逼近方法：最常用的是巴特沃斯与切比雪夫种逼近方法：

29、最常用的是巴特沃斯与切比雪夫阶数的确定，要求不高时，二阶就够用了。阶数的确定，要求不高时，二阶就够用了。式式4-12式式4-14高通时可变为：高通时可变为：ncpKA2)/(1)()/(1)(22pnpcKA上下比较一下？上下比较一下？中国计量学院中国计量学院2.电路结构选择电路结构选择压控电压源型：压控电压源型：Kf不能太大，最大不能太大，最大3，否则不稳定（正反馈）自激振荡。，否则不稳定（正反馈）自激振荡。稳定性差，灵敏度高（极点在虚轴右边）稳定性差，灵敏度高（极点在虚轴右边）Q值不可能高值不可能高无限增益多路反馈型：无正反馈，稳定性高，但对有源器件要求苛刻。无限增益多路反馈型：无正反馈，

30、稳定性高，但对有源器件要求苛刻。Q值也不可能太高，不超过值也不可能太高，不超过10。3.有源器件的选择有源器件的选择4.无源器件的计算无源器件的计算传统：利用图表法传统：利用图表法现在：利用计算机进行优化设计现在：利用计算机进行优化设计 给定截止频率的情况下，先选择电容给定截止频率的情况下，先选择电容电容的选择靠经验电容的选择靠经验f/Hz100kC1/uF100.1 0.10.010.010.001(1000100)10-6(10010) 10-6表表4-2 二阶有源滤波器设计电容选择表二阶有源滤波器设计电容选择表 中国计量学院中国计量学院根据根据C1的实际值，计算电阻换标系数的实际值，计算

31、电阻换标系数K1100cfKc然后查表确定电容然后查表确定电容C2与归一化电阻与归一化电阻r1r3最后将归一化电阻值乘以换标系数最后将归一化电阻值乘以换标系数K，Ri=KripKk/1rk/2rk/3rCC21/12610 3.1112.5651.6971.6254.0723.2924.9774.7233.1115.13010.180 16.252 0.20.150.050.033- -+ + +NC2R1R3R2C1Rui(t)表表4-3 二阶无限增益多路反馈巴特沃斯低通滤波器设计用表二阶无限增益多路反馈巴特沃斯低通滤波器设计用表 中国计量学院中国计量学院设计一个无限增益多路反馈二阶巴特沃斯

32、低通滤波器，设计一个无限增益多路反馈二阶巴特沃斯低通滤波器，Kp=2，fc=650Hz，通过表通过表4-2，选择电容，选择电容C1=0.01 uF由式由式4-20 K=100/(6500.01）=15.38查表查表4-3 Kp=2时时 R1=2.565K=39.46 KR2=3.392K=50.65 KR3=5.130K=78.92 KC2=0.15C1=0.0015 uF=1500 pF5.设计举例设计举例中国计量学院中国计量学院4.3 集成有源滤波器集成有源滤波器单片集成：开关电容单片集成：开关电容+运放运放一、开关电容滤波原理一、开关电容滤波原理有源滤波器频率特性由外部有源滤波器频率特性

33、由外部RC网络决定，但是网络决定，但是RC集成化比较难，集成化比较难，可以由可以由开关电容网络开关电容网络解决问题。解决问题。代替充放电电阻代替充放电电阻R- -+ + +Nui(t)uo(t)C2R12a)有源有源RC积分器积分器ui(t)C2uo(t)- -+ + +N12C1V2V1 2 1b)运放与开关电容网络运放与开关电容网络Tc 2 1c)驱动时钟驱动时钟中国计量学院中国计量学院（1）当）当1=1，2=0，V1导通，导通，V2截止，如图截止，如图d所示所示ui(t)向电容向电容C1充电，充电电荷量充电，充电电荷量q1=C1V1- -+ + +N21C1uo(t)I1ui(t)C2d)（2）当）当1=0，2=1，V1截止，截止，V2导通，如图导通，如图e所示所示C1中存储的电中存储的电荷转移到荷转移到C2上，上，q2=C1V2C2- -+ + +Nuo(t)2I2e)所以一个周期所以一个周期T内，内，C1中电荷量的变化为中电荷量的变化为Q=Q1-Q2=C1(V1-V2)，通过开关动作和电容的充放电，使电荷量通过开关动作和电容的充放电，使电荷量Q由由1端传送到端传送到2端，等端，等效于一个电流由效于一个电流由1流到流到2：)(