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1、3.5 有源滤波器有源滤波器3.3.有源滤波器的种类和基本性能有源滤波器的种类和基本性能 2022/10/251有源滤波器有源滤波器 v滤波器滤波器是一种能使一定频率的信号通过，而是一种能使一定频率的信号通过，而阻止或衰减其它频率信号的电路阻止或衰减其它频率信号的电路v滤波器可由滤波器可由LC或或RC无源元件组成，亦可由无源元件组成，亦可由有源器件和有源器件和RC网络构成。前者称为网络构成。前者称为无源滤波无源滤波器器，后者称为，后者称为有源滤波器有源滤波器。v集成运算放大器是一种性能良好的有源器件，集成运算放大器是一种性能良好的有源器件，由它组成的有源滤波器低频性能好，具有体由它组成的有源滤
2、波器低频性能好，具有体积小、重量轻、精度高、稳定性好等一系列积小、重量轻、精度高、稳定性好等一系列优点。但由于运放工作频率的限制，优点。但由于运放工作频率的限制，这种滤这种滤波器的工作频率不能太高波器的工作频率不能太高(100 kHz)。2022/10/252有源滤波器分类有源滤波器分类v低通滤波器（低通滤波器（Low Pass Filter 简称简称LPF）v高通滤波器（高通滤波器（High Pass Filter 简称简称HPF）v带通滤波器（带通滤波器（Band Pass Filter 简称简称BPF）v带阻滤波器（带阻滤波器（Band Elimination Filter 简称简称BE
3、F）2022/10/253高通滤波器（高通滤波器（HPF）截止频率截止频率通带增益通带增益2022/10/254低通滤波器（低通滤波器（LPF）截止频率截止频率通带增益通带增益2022/10/255带通滤波器（带通滤波器（BPF）高端截止频率高端截止频率固有频率固有频率中心频率中心频率带宽带宽低端截止频率低端截止频率2022/10/256带阻滤波器（带阻滤波器（BEF）2022/10/257滤波器的传递函数滤波器的传递函数v滤波器的理想特性不可能在物理上实现，可滤波器的理想特性不可能在物理上实现，可用下面的传递函数对理想特性加以逼近：用下面的传递函数对理想特性加以逼近：v逼近的程度取决于阶数逼
4、近的程度取决于阶数n 2022/10/258不同阶数的低通滤波器的幅频特性不同阶数的低通滤波器的幅频特性2022/10/259滤波器的传递函数滤波器的传递函数v可把高阶函数分解成多个二阶函数（当可把高阶函数分解成多个二阶函数（当n n为偶数）或分解成一个一阶函数和多个为偶数）或分解成一个一阶函数和多个二阶函数（当二阶函数（当n n为奇数），所以一个为奇数），所以一个n n阶阶的滤波器可用多个二阶滤波器或一个一的滤波器可用多个二阶滤波器或一个一阶滤波器和多个二阶滤波器级联而得到，阶滤波器和多个二阶滤波器级联而得到，因此因此一阶和二阶滤波器是最基本的滤波一阶和二阶滤波器是最基本的滤波器器 。202
5、2/10/2510二阶滤波器传递函数的一般形式为二阶滤波器传递函数的一般形式为 式中，式中，为阻尼系数；为阻尼系数；o为固有频率。为固有频率。当系数当系数b取不同值时。可得到不同特性的滤波器。取不同值时。可得到不同特性的滤波器。2022/10/2511bo=b1=0，b2=KoO21.低通滤波器传递函数低通滤波器传递函数2022/10/25122.高通滤波器传递函数高通滤波器传递函数bo=Ko，b1=b2=0 2022/10/25133.带通滤波器传递函数带通滤波器传递函数bo=b2=0，b1=Koo 2022/10/25144.带阻滤波器传递函数带阻滤波器传递函数bo=Ko，b1=0，b2=
6、KoO2 2022/10/2515v传递函数的分母上的常数传递函数的分母上的常数-阻尼阻尼系数系数值决定了同一形式的滤波值决定了同一形式的滤波器的不同性能器的不同性能 ；v按滤波特性又可将有源滤波器分按滤波特性又可将有源滤波器分为为最大平坦型最大平坦型(最平最平)、纹波型纹波型和和恒延时型恒延时型滤波器。滤波器。2022/10/2516低通滤波器的三种滤波特性低通滤波器的三种滤波特性 恒延时型恒延时型 最大平坦型最大平坦型 纹波型纹波型 2022/10/2517低通滤波器的三种滤波特性低通滤波器的三种滤波特性最大平坦型最大平坦型 纹波型纹波型 恒延时型恒延时型 2022/10/2518最大平坦
7、型最大平坦型 v当当=时，时，滤波器的幅频特性在通带内有滤波器的幅频特性在通带内有最大的平坦区最大的平坦区，但，但在阻带内衰减较为缓慢，在阻带内衰减较为缓慢，选择性较差选择性较差。滤波器的。滤波器的截止频率截止频率定义为幅值定义为幅值下降下降3dB时所对应的频率，其值时所对应的频率，其值等于固有频率等于固有频率，即，即c=o。v滤波器的相频特性是滤波器的相频特性是非线性非线性的，故不同频率的，故不同频率的信号通过滤波器后会有不同的相移。这种的信号通过滤波器后会有不同的相移。这种特性的滤波器又称特性的滤波器又称巴特沃思（巴特沃思（Butterworth）型）型滤波器滤波器。2022/10/251
8、9纹波型滤波器纹波型滤波器 v当当 时，滤波器的幅值在时，滤波器的幅值在通道带内具有一定通道带内具有一定的波动的波动K（常用（常用dB表示），表示），但在阻带内具有较但在阻带内具有较陡的衰减特性陡的衰减特性，且选择性好，且波动越大，选择且选择性好，且波动越大，选择性越好性越好。截止频率。截止频率c定义为定义为增益增益幅值从峰值回幅值从峰值回到起始值时的频率，与固有频率的关系为到起始值时的频率，与固有频率的关系为 。v相频特性也是非线性的，这种特性的滤波器又称相频特性也是非线性的，这种特性的滤波器又称契比雪夫契比雪夫（Chebyshev）型滤波器。）型滤波器。2022/10/2520恒时延滤波器
9、恒时延滤波器 v当当=时，滤波器的幅频特性在时，滤波器的幅频特性在通带内的平通带内的平坦区较小，从通带到阻带过渡缓慢坦区较小，从通带到阻带过渡缓慢，v相频特性是线性的相频特性是线性的，即在规定频率范围内，即在规定频率范围内，各种频率正弦信号通过滤波器后，信号的幅各种频率正弦信号通过滤波器后，信号的幅值不变，而相移与频率正比，即延迟时间值不变，而相移与频率正比，即延迟时间Td是常数。这种特性的滤波器称为恒时延滤波是常数。这种特性的滤波器称为恒时延滤波器，又称器，又称贝塞尔（贝塞尔（Bessel）型滤波器）型滤波器。v滤波器的延迟时间与固有频率的关系为滤波器的延迟时间与固有频率的关系为 foTd。
10、2022/10/2521三种滤波器选择三种滤波器选择v当要求在通带内具有当要求在通带内具有最大平坦的幅频特最大平坦的幅频特性性时，应选用时，应选用巴特沃思型巴特沃思型滤波器。滤波器。v若在通带内允许幅值有一定波动，但需若在通带内允许幅值有一定波动，但需要有要有较快的衰减特性较快的衰减特性时，应选取时，应选取契比雪契比雪夫型夫型滤波器。滤波器。v如果要求经过滤波器后的如果要求经过滤波器后的正弦信号不产正弦信号不产生波形失真生波形失真，可采用，可采用贝塞尔型贝塞尔型滤波器。滤波器。2022/10/2522滤波器的其它参数滤波器的其它参数v带通和带阻滤波器，常用品质因素带通和带阻滤波器，常用品质因素
11、Q表示滤表示滤波器的性能，波器的性能，Q的定义为的定义为：vQ与与的关系为的关系为Q是衡量滤波器选择性的指标，是衡量滤波器选择性的指标，Q越大，选择性越好。越大，选择性越好。2022/10/2523滤波器的参数滤波器的参数v通通带带增益增益Ko v中心中心频频率率o(或截止或截止频频率率 C)v阻尼系数阻尼系数（或品质因数或品质因数Q）v通带增益纹波通带增益纹波K(dB)2022/10/2524滤波器的灵敏度滤波器的灵敏度S v灵敏度是标志滤波器性能质量的重要参数，其定灵敏度是标志滤波器性能质量的重要参数，其定义为义为:v式中，式中，y表示滤波器的表示滤波器的某个滤波参数某个滤波参数；x表示组
12、成表示组成滤波器的滤波器的某个元件的参数某个元件的参数。上式表示，灵敏度是。上式表示，灵敏度是指滤波器电路中元件数值的变化所引起的滤波器指滤波器电路中元件数值的变化所引起的滤波器特性参数的变化。特性参数的变化。v灵敏度是衡量滤波器性能稳定性的重要指标，灵敏度是衡量滤波器性能稳定性的重要指标，滤滤波器电路的灵敏度越低，性能稳定性越好波器电路的灵敏度越低，性能稳定性越好。2022/10/2525小结小结v精密检波电路精密检波电路（电路是如何工作的）（电路是如何工作的）精密半波检波电路的电路组成，工作精密半波检波电路的电路组成，工作原理；几种全波电路，各自的优缺点；原理；几种全波电路，各自的优缺点；
13、v鉴相电路：鉴相电路：几种鉴相电路，各自的特点，测量范几种鉴相电路，各自的特点，测量范围；围；2022/10/2526小结小结v积分器：积分器：积分器的工作原理（推导、计算），积分器的工作原理（推导、计算），积分器的误差分析（积分漂移）；积分器的误差分析（积分漂移）；v电压比较器电压比较器:电压比较器的特性分析，画传递函数电压比较器的特性分析，画传递函数特性曲线，求比较点，根据输入画输出特性曲线，求比较点，根据输入画输出波形等；波形等；2022/10/2527小结小结v有源滤波器：有源滤波器：有源滤波器的特点，类型，基本函数，有源滤波器的特点，类型，基本函数，幅频特性。幅频特性。2022/10/2528