濾波器創(chuàng)新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)很全資料

1、濾波器創(chuàng)新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)很全資料rc)a)b)OA()OA()OA()rpKpKpKpKpKpKpcpc1rc12p1pd)OA()pKpK1pc11r2pc22rc22r3、濾波器特性的逼近函數(shù)分類(lèi)、濾波器特性的逼近函數(shù)分類(lèi)巴特沃斯巴特沃斯(Bueeerwoth)(Bueeerwoth)濾波器濾波器: : 幅頻特性有最大平坦響應(yīng)幅頻特性有最大平坦響應(yīng)切比雪夫切比雪夫(Chebyshev)(Chebyshev)濾波器濾波器: : 通帶呈等起伏變化通帶呈等起伏變化橢圓橢圓(Elliptic)(Elliptic)濾波器濾波器: : 通帶和阻帶呈等起伏變化通帶和阻帶呈等起伏變化還有：還有：BesselBe

2、ssel、Linear PhaseLinear Phase、.4、模擬濾波器的傳遞函數(shù)與頻率特性、模擬濾波器的傳遞函數(shù)與頻率特性（1）模擬濾波器的傳遞函數(shù)）模擬濾波器的傳遞函數(shù) 模擬濾波電路的特性可由傳遞函數(shù)來(lái)描述。傳遞函數(shù)模擬濾波電路的特性可由傳遞函數(shù)來(lái)描述。傳遞函數(shù)是輸出與輸入信號(hào)電壓或電流拉氏變換之比。是輸出與輸入信號(hào)電壓或電流拉氏變換之比。 經(jīng)分析，任意個(gè)互相隔離的線性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)后，總的經(jīng)分析，任意個(gè)互相隔離的線性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)后，總的傳遞函數(shù)等于各網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的乘積。傳遞函數(shù)等于各網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的乘積。 這樣，這樣，任何復(fù)雜的濾波網(wǎng)絡(luò)，可由若干簡(jiǎn)單的一階任何復(fù)雜的濾波網(wǎng)絡(luò)，可由若干簡(jiǎn)單的一階與

3、二階濾波電路級(jí)聯(lián)構(gòu)成。與二階濾波電路級(jí)聯(lián)構(gòu)成。（2）模擬濾波器的頻率特性）模擬濾波器的頻率特性 模擬濾波器的傳遞函數(shù)模擬濾波器的傳遞函數(shù)H(s)表達(dá)了濾波器的輸入與輸表達(dá)了濾波器的輸入與輸出間的傳遞關(guān)系。若濾波器的輸入信號(hào)出間的傳遞關(guān)系。若濾波器的輸入信號(hào)Ui是角頻率為是角頻率為w的單的單位信號(hào)，濾波器的輸出位信號(hào)，濾波器的輸出Uo(jw)=H(jw)表達(dá)了在單位信號(hào)輸表達(dá)了在單位信號(hào)輸入情況下的輸出信號(hào)隨頻率變化的關(guān)系，稱(chēng)為濾波器的頻入情況下的輸出信號(hào)隨頻率變化的關(guān)系，稱(chēng)為濾波器的頻率特性函數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)頻率特性。率特性函數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)頻率特性。 頻率特性頻率特性H(jw)是一個(gè)復(fù)函數(shù)，是一個(gè)復(fù)函數(shù)，

4、幅值幅值A(chǔ)(w)稱(chēng)為幅頻特性，稱(chēng)為幅頻特性， 幅角幅角(w)表示輸出信號(hào)的相位相對(duì)于輸入信號(hào)相位表示輸出信號(hào)的相位相對(duì)于輸入信號(hào)相位的變化，稱(chēng)為相頻特性。的變化，稱(chēng)為相頻特性。特征頻率：特征頻率：通帶截頻通帶截頻f fp p= =w wp p/(2/(2 ) )為通帶與過(guò)渡帶邊界點(diǎn)的頻率，為通帶與過(guò)渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號(hào)增益下降到一個(gè)人為規(guī)定的下限。在該點(diǎn)信號(hào)增益下降到一個(gè)人為規(guī)定的下限。阻帶截頻阻帶截頻f fr r= =w wr r/(2/(2 ) )為阻帶與過(guò)渡帶邊界點(diǎn)的頻率，為阻帶與過(guò)渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號(hào)衰耗在該點(diǎn)信號(hào)衰耗( (增益的倒數(shù)增益的倒數(shù)) )下降到一人為規(guī)定的下

5、下降到一人為規(guī)定的下限。限。轉(zhuǎn)折頻率轉(zhuǎn)折頻率f fc c= =w wc c/(2/(2 ) )為信號(hào)功率衰減到為信號(hào)功率衰減到1/2(1/2(約約3dB)3dB)時(shí)時(shí)的頻率，在很多情況下，常以的頻率，在很多情況下，常以f fc c作為通帶或阻帶截頻。作為通帶或阻帶截頻。固有頻率固有頻率f f0 0= =w w0 0/(2/(2 ) )為為電路沒(méi)有損耗時(shí)，濾波器的諧電路沒(méi)有損耗時(shí)，濾波器的諧振頻率，復(fù)雜電路往往有多個(gè)固有頻率振頻率，復(fù)雜電路往往有多個(gè)固有頻率。 （3）濾波器的主要特性指標(biāo)）濾波器的主要特性指標(biāo)增益與衰耗增益與衰耗:濾波器在通帶內(nèi)的增益并非常數(shù)。濾波器在通帶內(nèi)的增益并非常數(shù)。低通濾

6、波器通帶增益低通濾波器通帶增益K Kp p一般指一般指w w=0=0時(shí)的增益；時(shí)的增益； 高通指高通指w w時(shí)的增益；時(shí)的增益； 帶通指中心頻率處的增益。帶通指中心頻率處的增益。帶阻濾波器，應(yīng)給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數(shù)。帶阻濾波器，應(yīng)給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數(shù)。通帶增益變化量通帶增益變化量K Kp p指通帶內(nèi)各點(diǎn)增益的最大變化量，如指通帶內(nèi)各點(diǎn)增益的最大變化量，如果果K Kp p以以dBdB為單位，則指增益為單位，則指增益dBdB值的變化量。值的變化量。 阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù)阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù): 阻尼系數(shù)是表征濾波器對(duì)角頻率為阻尼系數(shù)是表征濾波器對(duì)角頻率為w w0 0信號(hào)的阻尼作

7、用，信號(hào)的阻尼作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項(xiàng)指標(biāo)。是濾波器中表示能量衰耗的一項(xiàng)指標(biāo)。 阻尼系數(shù)的倒數(shù)稱(chēng)為品質(zhì)因數(shù)，是評(píng)價(jià)帶通與帶阻濾阻尼系數(shù)的倒數(shù)稱(chēng)為品質(zhì)因數(shù)，是評(píng)價(jià)帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個(gè)重要指標(biāo)，波器頻率選擇特性的一個(gè)重要指標(biāo)，Q= wQ= w0/0/w w。式中的式中的w w為帶通或帶阻濾波器的為帶通或帶阻濾波器的3dB3dB帶寬，帶寬， w w0 0為中心頻率，在很為中心頻率，在很多情況下中心頻率與固有頻率相等。多情況下中心頻率與固有頻率相等。 靈敏度靈敏度: 濾波電路由許多元件構(gòu)成，每個(gè)元件參數(shù)值的變化都濾波電路由許多元件構(gòu)成，每個(gè)元件參數(shù)值的變化都會(huì)影響濾波器的性能。

8、濾波器某一性能指標(biāo)會(huì)影響濾波器的性能。濾波器某一性能指標(biāo)y y對(duì)某一元件對(duì)某一元件參數(shù)參數(shù)x x變化的靈敏度記作變化的靈敏度記作SxySxy，定義為：，定義為： Sxy=Sxy=(d(dy y/ /y y)/(d)/(dx x/ /x x) ) 該靈敏度越小，標(biāo)志著電路容錯(cuò)能力越強(qiáng)，穩(wěn)定性也該靈敏度越小，標(biāo)志著電路容錯(cuò)能力越強(qiáng)，穩(wěn)定性也越高。越高。二、二、 RC有源濾波電路有源濾波電路1 1、一階低通濾波器、一階低通濾波器11oviUAUsRC 傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：增增 益：益：1(1)vFARR上限截止頻率：上限截止頻率：1CRC 圖圖1一階一階LPF的幅頻特性曲線的幅頻特性曲線 2 2、二

9、階低通濾波器、二階低通濾波器(1)(1)壓控電壓源電路壓控電壓源電路(VCVS)(VCVS) 由于它是同相輸入，由于它是同相輸入，RiRi大、大、RoRo小，相當(dāng)于電壓源，小，相當(dāng)于電壓源，故稱(chēng)：故稱(chēng)：VCVSVCVS特點(diǎn)：性能穩(wěn)定，增益易調(diào)。特點(diǎn)：性能穩(wěn)定，增益易調(diào)。Avp=1+R4/R3 2ppio)3(1sCRsCRAAsVsVsAvvv上式表明，該濾波器的通帶增益應(yīng)小于上式表明，該濾波器的通帶增益應(yīng)小于3 3，才能保障電路，才能保障電路穩(wěn)定工作。穩(wěn)定工作。傳遞函數(shù)傳遞函數(shù):通帶增益通帶增益:21211CR R CC 巴特沃斯響應(yīng)：巴特沃斯響應(yīng)： Q = 0.707由傳遞函數(shù)可以寫(xiě)出頻率

10、響應(yīng)的表達(dá)式：由傳遞函數(shù)可以寫(xiě)出頻率響應(yīng)的表達(dá)式：0p20p)-j(3)(1ffAffAAvvv 定義有源濾波器的品質(zhì)因數(shù)定義有源濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q Q 值為值為 時(shí)的電壓放大時(shí)的電壓放大倍數(shù)的模與通帶增益之比倍數(shù)的模與通帶增益之比 0ff p-31vAQ p)0(vffvQAA設(shè)計(jì)表：巴特沃斯響應(yīng)，電阻單位：設(shè)計(jì)表：巴特沃斯響應(yīng)，電阻單位：k說(shuō)明：運(yùn)放說(shuō)明：運(yùn)放ri 10(R1+R2) 運(yùn)放運(yùn)放Aod 50Av at C 穩(wěn)定：穩(wěn)定：Av 2(2) (2) 無(wú)限增益多路反饋電路無(wú)限增益多路反饋電路(MFB)(MFB) 由于它是反相輸入，開(kāi)環(huán)增益無(wú)限大，由于它是反相輸入，開(kāi)環(huán)增益無(wú)限大，R2R

11、2、C1C1二條反二條反饋通路，故稱(chēng)：饋通路，故稱(chēng)：MFBMFB特點(diǎn)：有倒相作用。特點(diǎn)：有倒相作用。 增益難調(diào)、對(duì)其它參數(shù)有影響。增益難調(diào)、對(duì)其它參數(shù)有影響。2( )1vCCAA sss() Q 22311CR R CC Av=-R2/R1巴特沃斯響應(yīng)：巴特沃斯響應(yīng)： Q = 0.707傳遞函數(shù)傳遞函數(shù):通帶增益通帶增益:截止頻率截止頻率:設(shè)計(jì)表：設(shè)計(jì)表：說(shuō)明：運(yùn)放說(shuō)明：運(yùn)放r ri i 10( 10(R R3 3+ +R R1 1/ / R R2 2) )3 3、二階高通濾波器、二階高通濾波器(1) (1) 二階高通壓控電壓源電路二階高通壓控電壓源電路(VCVS)(VCVS)通帶增益通帶增益

12、:截止頻率截止頻率:說(shuō)明：運(yùn)放說(shuō)明：運(yùn)放r ri i 10 10R R2 2 運(yùn)放運(yùn)放A Aod od 50 50A Av v 設(shè)計(jì)表：設(shè)計(jì)表：（2 2）二階高通無(wú)限增益多路反饋電路）二階高通無(wú)限增益多路反饋電路(MFB)(MFB)4 4、巴特沃斯帶通濾波器、巴特沃斯帶通濾波器三、三、RC有源濾波器的快速設(shè)計(jì)有源濾波器的快速設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟：1 1、確定電路類(lèi)型，及截止頻率、確定電路類(lèi)型，及截止頻率f fc c 。2 2、根據(jù)截止頻率、根據(jù)截止頻率f fc c ，查圖確定電容的標(biāo)稱(chēng)值，使其滿足，查圖確定電容的標(biāo)稱(chēng)值，使其滿足 K=100/(K=100/(f fc c* *C), KC),

13、 K的取值范圍：的取值范圍：1K10.1K10.3 3、查表確定電容、查表確定電容C1C1的值，及的值，及K K1 1時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻值。時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻值。4 4、將上列阻值乘以已計(jì)算出來(lái)的、將上列阻值乘以已計(jì)算出來(lái)的K K值。值。5 5、實(shí)驗(yàn)調(diào)整，測(cè)量濾波器的性能參數(shù)及幅頻特性。、實(shí)驗(yàn)調(diào)整，測(cè)量濾波器的性能參數(shù)及幅頻特性。例：例：設(shè)計(jì)一個(gè)二階壓控電壓源低通濾波器。要求截止頻率設(shè)計(jì)一個(gè)二階壓控電壓源低通濾波器。要求截止頻率位位2KHz2KHz，通帶增益為，通帶增益為2 2。（1）確定電路類(lèi)型，及截止頻率）確定電路類(lèi)型，及截止頻率fc 。 （2）根據(jù)截止頻率）根據(jù)截止頻率fc ，查圖確定電容的標(biāo)稱(chēng)值，

14、使其滿足，查圖確定電容的標(biāo)稱(chēng)值，使其滿足 K=100/(fc*C), K的的 取值范圍：取值范圍：1K10.（3）查表確定電容）查表確定電容C1的值，及的值，及K1時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻值。時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻值。取取c1=0.01uf ， K1時(shí)的電阻，時(shí)的電阻，R1=1.126K, R2=2.25K, R3=6.752KR4=6.752K取取c=0.01uf ，算得，算得 K5。四、濾波器設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)四、濾波器設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)1 1、利用濾波器串聯(lián)的方式，可以實(shí)現(xiàn)高階濾波器。、利用濾波器串聯(lián)的方式，可以實(shí)現(xiàn)高階濾波器。 例：一階二階低通三階低通例：一階二階低通三階低通2 2、利用濾波器串聯(lián)的方式，可以實(shí)現(xiàn)帶通濾波器。、利用濾波器串聯(lián)的方式，可以實(shí)現(xiàn)帶通濾波器。 例：低通高通帶通（例：低通高通帶通（f fH H f fL L）3 3、運(yùn)放的選用：應(yīng)根據(jù)工作頻率范圍選擇合適的運(yùn)放。、運(yùn)放的選用：應(yīng)根據(jù)工作頻率范圍選擇合適的運(yùn)放。在構(gòu)成較高頻率的有源濾波器時(shí)，不但應(yīng)選用增益帶寬在構(gòu)成較高頻率的有源濾波器時(shí)，不但應(yīng)選用增益帶寬積高的，且要注意選擇轉(zhuǎn)換速率積高的，且要注意選擇轉(zhuǎn)換速率SRSR高的運(yùn)放。高的運(yùn)放。4 4、電阻：應(yīng)選用溫度系數(shù)小的電阻，且精度高一些。電、電阻：應(yīng)選用溫度系數(shù)小的電阻，且精度高一些。電阻的取值一般是：阻的取值一般是：1K-100K1K-1