测控电路-6第四章-有源滤波器2.ppt

集成电路原理及应用 中国计量学院光电学院 4.1 概 述 1 滤波器的分类 2 集成有源滤波器的特点 3 典型滤波器的传递函数 4 传递函数的幅度近似 5 有源滤波器的设计步骤 第一节 滤波器的基本知识 滤波器的主要特性指标 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=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。 第一节 滤波器的基本知识 2、增益与衰耗 滤波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。 第一节 滤波器的基本知识 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，在很多情况下中心频率与固有频率相等。 第一节 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。 第一节 滤波器的基本知识 5、群时延函数 群时延:一个各单个频率相差很小的波群，经过传输媒介传播时，总相移随角频率的变化关系。群时延即系统在某频率处的相位（相移）对于频率的变化率。群时延是线性失真，可以表征线性时不变系统对信号造成的时延失真。 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。 2 集成有源滤波器的特点 ①在制作截止频率或中心频率较低的滤波器时，可以做到 体积小、重量轻、成本低。 ②无需阻抗匹配。 ③方便制作截止频率或中心频率连续可调的滤波器。 ④受电磁干扰的影响小。 ⑤由于采用集成电路，可避免各滤波节之间的负载效应而使滤波器的设计和计算大大简化，且易于进行电路调试。 ⑥在实现滤波的同时，可以得到一定的增益。例如低通滤波器的增益可达到40dB。 2.缺点 ⑦如果使用电位器、可变电容器等，可使滤波器的精度达到0.5％。 ⑧由于采用集成电路，所以受环境条件（如：机械振动、温度、湿度、化学因素等）的影响小。 如：集成电路在工作时，需要配备电源电路； 由于受集成运放的限制，在高频段时，滤波特性不好，所以一般频率在100kHz以下时使用集成有源滤波器，频率再高时，使用其它滤波器。 5 有源滤波器的设计步骤 根据对滤波器特性要求，设计某种类型的n阶传递函数，再将n阶传递函数分解为几个低阶（如一阶、二阶或三阶）传递函数乘积的形式。 在设计低通、高通、带通、带阻滤波器时，通常采用频率归一化的方法，先设计低通原形传递函数。 若要求设计低通滤波器时，再将低通原形传递函数变换为低通目标传递函数； 若要求设计高通滤波器时，再将低通原形传递函数变换为高通目标传递函数；若要求设计带通滤波器时，再将低通原形传递函数变换为带通目标传递函数；若要求设计带阻滤波器时，再将低通原形传递函数变换为带阻目标传递函数。 带通滤波器 与带通滤波器相反，带阻滤波器是用来抑制某一频段内的信号，而让以外频段的信号通过。 带阻滤波器分两类： ①窄带抑制带阻滤波器(简称窄带阻滤波器)； ②宽带抑制带阻滤波器(简称宽带阻滤波器)。 窄带阻滤波器用带通滤波器和减法器电路组合实现。通常用作单一频率陷波，又称陷波器。 宽带阻滤波器用低通滤波器和高通滤波器求和实现。 第四章 信号分离电路 4.1 概 述 4.2 低通滤波器3种： 一阶（两种电路），二阶（压控电压源型） 4.3 高通滤波器3种： 一阶（两种电路），二阶（压控电压源型） 4.4 带通滤