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1、*1MEASUREMENTINFORMATION SIGNAL ANALYSIS IN MECHANICAL ENGINEERING 机械工程测试机械工程测试信息信息信号分析信号分析 机械科学与工程学院机械科学与工程学院 机械电子信息工程系机械电子信息工程系第一页，编辑于星期六：十九点十九分。*2课件资料下载：邮箱地址：密码：注意下载时不要删除原始文件 第二页，编辑于星期六：十九点十九分。*3第五章 模拟信号分析本章内容本章内容5-1 调制调制 幅度调制、频率调制、幅度调制、频率调制、相位调制相位调制5-2 滤波器滤波器 理想滤波器、因果滤波器理想滤波器、因果滤波器5-3 估值估值 (自学自学
2、)第三页，编辑于星期六：十九点十九分。*4一、幅度调制一、幅度调制一、幅度调制 1 1 调幅与解调原理调幅与解调原理 调幅过程调幅过程 正余弦信号乘测试信号正余弦信号乘测试信号FT变换性质变换性质第四页，编辑于星期六：十九点十九分。*5调幅过程单位冲激函数单位冲激函数的的搬移特性搬移特性时域时域频域频域第五页，编辑于星期六：十九点十九分。*6同步解调单位冲激函数单位冲激函数的的搬移特性搬移特性低通滤波、放大低通滤波、放大同步解调：同步解调：解调解调时所乘信号与载时所乘信号与载波信号具有相同波信号具有相同的频率和相位的频率和相位第六页，编辑于星期六：十九点十九分。*7抑制调幅q抑制调幅：调制信号
3、直接与载波信号相乘，具有极性变化抑制调幅：调制信号直接与载波信号相乘，具有极性变化信号过零线时，幅值由正到负突变信号过零线时，幅值由正到负突变，调幅波相位发生，调幅波相位发生180相位变化相位变化解调需用同步解调，可反映出原信号的幅值和极性解调需用同步解调，可反映出原信号的幅值和极性q非抑制调幅：调制信号偏置，非抑制调幅：调制信号偏置，叠加一个直流分量叠加一个直流分量可采用整流、滤波或包络法检波，可恢复原始信号可采用整流、滤波或包络法检波，可恢复原始信号m 1正常调制正常调制过调失真过调失真第七页，编辑于星期六：十九点十九分。*81、过调失真、过调失真直流偏置足够大，调幅指数直流偏置足够大，调
4、幅指数m 1，当，当m1时，时，x(t)取最大负取最大负值时，可能使值时，可能使A1+mx0，相位发生相位发生180 的相位变化的相位变化调幅波的波形失真m 1正常调制正常调制过调失真过调失真非抑制调幅非抑制调幅第八页，编辑于星期六：十九点十九分。*92、重叠失真、重叠失真载波频率较低时，正频端的下边带将与负频端的下边带重载波频率较低时，正频端的下边带将与负频端的下边带重叠，类似与频率混叠效应。叠，类似与频率混叠效应。f0必须大于信号频率的最高频必须大于信号频率的最高频率。工程上至少数倍、数十倍率。工程上至少数倍、数十倍调幅波的波形失真重叠失真重叠失真载波频率载波频率f0较低较低m 1第九页，
5、编辑于星期六：十九点十九分。*10通过系统时的波形失真调幅波通过系统时的波形失真调幅波通过系统时的波形失真边带波被衰减边带波被衰减调幅深度变浅调幅深度变浅边带波被放大边带波被放大调幅深度变深调幅深度变深.理想情况理想情况3、通过系统时的波形失真、通过系统时的波形失真调幅波通过系统时，将受到系统频率特性的影响。调幅波通过系统时，将受到系统频率特性的影响。第十页，编辑于星期六：十九点十九分。*11典型调幅波及其频谱余弦调制余弦调制余弦偏置调制余弦偏置调制直流调制直流调制第十一页，编辑于星期六：十九点十九分。*12典型调幅波及其频谱周期矩形脉冲调制周期矩形脉冲调制任意频限信号调制任意频限信号调制矩形
6、脉冲调制矩形脉冲调制第十二页，编辑于星期六：十九点十九分。*13幅度调制应用-动态电阻应变仪单臂电桥单臂电桥差动半桥差动半桥差动全桥差动全桥第十三页，编辑于星期六：十九点十九分。*14二、调频波及其频谱q调频：调频：x(t)幅值调制载波的频率。调频波是一种随信号幅值调制载波的频率。调频波是一种随信号x(t)的电的电压幅值而变化的疏密不同的压幅值而变化的疏密不同的等幅波。等幅波。q特点：特点：改善了信噪比。改善了信噪比。分析表明，调幅时，若干扰噪声与载波同频，则有效地调幅波对干扰波的功分析表明，调幅时，若干扰噪声与载波同频，则有效地调幅波对干扰波的功率比率比(S/N)必须在必须在35dB以上；但
7、在调频时，性能指标相同，以上；但在调频时，性能指标相同，S/N只要只要6dB。原因：调频波改善了信号传输过程中的信噪比，调频信号携带的信息包含原因：调频波改善了信号传输过程中的信噪比，调频信号携带的信息包含在频率变化之中，而干扰主要表现在振幅上。在频率变化之中，而干扰主要表现在振幅上。第十四页，编辑于星期六：十九点十九分。*15二、调频波及其频谱q调频缺点：调频缺点：要求很高的带宽，为调幅的要求很高的带宽，为调幅的20倍。系统复杂。倍。系统复杂。是非线是非线性调制，不能运用叠加，分析困难；常近似分析。性调制，不能运用叠加，分析困难；常近似分析。q下图为锯齿波和正弦波的调频。下图为锯齿波和正弦波
8、的调频。q调频波的频率应是一个随信号调频波的频率应是一个随信号x(t)幅值变化幅值变化(对应时间对应时间)的频率。的频率。第十五页，编辑于星期六：十九点十九分。*16调频波频谱q调频波的频谱调频波的频谱频率调制就是利用瞬时频率频率调制就是利用瞬时频率d/dt来表示信号的调制；来表示信号的调制；0是载波中心频率，是载波中心频率，0 x(t)是载波被信号所调制部分，上式表是载波被信号所调制部分，上式表明瞬时频率是载波中心频率明瞬时频率是载波中心频率 0与随信号与随信号x(t)幅值而变化的频率幅值而变化的频率 0 x(t)之和。之和。对上式进行积分，对上式进行积分，x(t)是单一余弦波，是调制信号是
9、单一余弦波，是调制信号q调频波的表达式为：调频波的表达式为：第十六页，编辑于星期六：十九点十九分。*17调频波频谱q上式中上式中mf=A 0/，称为调频指数，称为调频指数，A 0是实际变化的频率是实际变化的频率幅度，称为最大频率偏移。幅度，称为最大频率偏移。q求得的调频波频谱为：求得的调频波频谱为：q调频波的频谱调频波的频谱单一频率单一频率 调制时，调频波可用载波调制时，调频波可用载波 0与载波的边频与载波的边频(0+n)之和的形式之和的形式表示，间隔为表示，间隔为；每一个频率分量的幅值为每一个频率分量的幅值为GJn(mf)；理论上，边频数目无穷多。有效边频数目为理论上，边频数目无穷多。有效边
10、频数目为2(mf+1)第十七页，编辑于星期六：十九点十九分。*18一、作用与分类一、作用与分类 1.1.作用作用 频率分析：选频选频装置 抑制噪声 5-2滤波器图图 滤波过程滤波过程第十八页，编辑于星期六：十九点十九分。*192.2.分类分类 5-2滤波器按处理按处理方法分方法分硬件滤波硬件滤波软件滤波软件滤波按构成按构成器件分器件分无源滤波器无源滤波器有源滤波器有源滤波器按所处理按所处理信号分信号分模拟滤波器模拟滤波器数字滤波器数字滤波器按频率按频率特性分特性分低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器全通滤波器全通滤波器按传递按传递函数分函数分一阶滤波
11、器一阶滤波器二阶滤波器二阶滤波器N N 阶滤波器阶滤波器:第十九页，编辑于星期六：十九点十九分。*202.2.分类分类 1)根据滤波器的选频特性分5-2滤波器低通滤波器幅频特性低通滤波器幅频特性高通滤波器幅频特性高通滤波器幅频特性 C是截止频率是截止频率低通滤波器低通滤波器(LPFLow Pass Filter)、高通滤波器高通滤波器(HPFHigh Pass Filter)带通滤波器带通滤波器(BPFBand Pass Filter)、带阻滤波器带阻滤波器(BEFBand Elimination Filter)全通滤波器全通滤波器(APFAll Pass Filter)过渡带过渡带过渡带过渡
12、带第二十页，编辑于星期六：十九点十九分。*212.2.分类分类 1)根据滤波器的选频特性分5-2滤波器带通滤波器幅频特性带通滤波器幅频特性带阻滤波器幅频特性带阻滤波器幅频特性 CL、CH是上下截止频率，是上下截止频率，0是中心频率是中心频率全通滤波器呢？全通滤波器呢？过渡带过渡带过渡带过渡带第二十一页，编辑于星期六：十九点十九分。*222)按构成元件和供给能量电路性质分有源无源滤波器分类第二十二页，编辑于星期六：十九点十九分。*232)按构成元件和供给能量电路性质分有源无源滤波器分类第二十三页，编辑于星期六：十九点十九分。*242)有源、无源滤波器的区别无源滤波器：无源滤波器：由无源元件电阻器
13、R、电抗器L和电容器C组成。以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用；滤波器与动态控制的电抗器一起并联，既满足无功补偿、改善功率因数，又能消除高次谐波的影响。种类有：各各阶阶次次单单调调谐谐滤滤波波器器、双双调调谐谐滤滤波波器器、二二阶阶宽宽频频带带与与三三阶阶宽宽频频带带高高通滤波器通滤波器等。优优点点：投资少、效率高、结构简单及维护方便，广泛用于配电网中。缺缺点点：滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至谐振现象等因素。滤波器分类第二十四页，编辑于星期六：十九点十九分。*252)有源、无源滤波器的区别有源滤波器有源滤波
14、器(ActivePowerFilter,APF)：集成运放和R、C组成，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限，故有源滤波电路的工作频率难以做得很高。a.能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功;b.滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；c.具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化的谐波，即具有高度可控性和快速响应性。滤波器分类第二十五页，编辑于星期六：十九点十九分。*26滤波器分类q3)RC调谐式滤波器调谐式滤波器1阶阶RC低通滤波器低通滤波器电路微分方程为：
15、电路微分方程为：令令=RC，称为时间常数，称为时间常数 傅立叶变换，频响函数：傅立叶变换，频响函数：当当1/2RC时，时，()-相频特性近似于一条通过原点的直线相频特性近似于一条通过原点的直线 当当=1/2RC时，时，c2=1/2RC上截止频率上截止频率:|H(j)|=A()1，A()=1/第二十六页，编辑于星期六：十九点十九分。*27滤波器分类q3)RC调谐式滤波器调谐式滤波器1阶阶RC高通滤波器高通滤波器 电路的微分方程为：电路的微分方程为：令令RC=代入，作傅立叶变换，得频响函数代入，作傅立叶变换，得频响函数 当当=1/2，即，即=1/2RC时，时，当当1/2RC时，时，下截止频率：下截
16、止频率：c1=1/2RC A()=1/A()1，()=0第二十七页，编辑于星期六：十九点十九分。*28滤波器分类q3)RC调谐式滤波器调谐式滤波器RC带通滤波器带通滤波器可以看成是低通和高通两个滤波器串联而成。可以看成是低通和高通两个滤波器串联而成。第二十八页，编辑于星期六：十九点十九分。*29高通高通低通低通频响函数频响函数幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性 c2=1/22=1/2R2C2上截止频率上截止频率:下截止频率：下截止频率：c1=1/21=1/2R1C1 一阶一阶RCRC带通滤波器带通滤波器一阶RC带通滤波器第二十九页，编辑于星期六：十九点十九分。*30实实际际滤滤波波器器频频率
17、率通通带带通通常常是是可可调调的的，根根据据实实际际滤滤波波器器中中心心频频率率f f0 0与与带宽带宽B B之间的数值关系，可以分为两种。之间的数值关系，可以分为两种。2)2)恒宽比带通滤波器恒宽比带通滤波器 1)1)恒带宽带通滤波器恒带宽带通滤波器 恒带宽、恒带宽比滤波器第三十页，编辑于星期六：十九点十九分。*31品质因素品质因素Q Q 相同相同Q Q值（值（恒宽比恒宽比），中心频率），中心频率n n越大越大 ，带宽，带宽B B越大越大 恒宽比带通滤波器恒宽比带通滤波器 恒宽比带通滤波器第三十一页，编辑于星期六：十九点十九分。*32n为倍频程数为倍频程数 若若n=1为倍频程滤波器；为倍频程
18、滤波器；推导推导c2=2nc1n2=2nn1第三十二页，编辑于星期六：十九点十九分。*33带宽越窄，分带宽越窄，分辨力越高。辨力越高。低频分辨力较高，低频分辨力较高，高频分辨力较低高频分辨力较低.信号通带越宽，需要的恒带宽滤波器越多信号通带越宽，需要的恒带宽滤波器越多。恒带宽滤波器：带宽为恒带宽滤波器：带宽为20Hz20Hz第三十三页，编辑于星期六：十九点十九分。*34例：例：设有一信号是由幅值相同而频率分别为设有一信号是由幅值相同而频率分别为=940Hz和和=1060Hz的两正弦信号合成，其频谱如图所示的两正弦信号合成，其频谱如图所示(a)实际信号实际信号(b)用用倍频程滤波器分析结果倍频程
19、滤波器分析结果(c)用1/10倍频程滤波器分析结果(d)用恒带宽滤波器分析结果举例第三十四页，编辑于星期六：十九点十九分。*35案例：机床轴心轨迹的滤波处理案例：机床轴心轨迹的滤波处理 滤波器应用-机床轴心轨迹的滤波处理第三十五页，编辑于星期六：十九点十九分。*36案例：机床轴心轨迹的滤波处理案例：机床轴心轨迹的滤波处理 滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律滤波器应用-机床轴心轨迹的滤波处理第三十六页，编辑于星期六：十九点十九分。*37钢管无损探伤钢管无损探伤实验实验滤除信号中的零漂和低频晃动，便于门限报警滤除信号中的零漂和低频晃动，便于门限
20、报警滤波器应用-钢管无损探伤实验第三十七页，编辑于星期六：十九点十九分。*38滤波器分类q4)有源低通滤波器有源低通滤波器主要技术指标主要技术指标（1 1）通带增益）通带增益Avp通通带带增增益益是是指指滤滤波波器器在在通通频频带带内内的的电电压压放放大大倍倍数数，如如图图所所示示。性性能能良良好好的的LPF通通带带内内的的幅幅频频特特性性曲曲线线是是平平坦坦的的，阻阻带带内内的的电电压压放大倍数基本为零。放大倍数基本为零。（2 2）通带截止频率）通带截止频率fp其其定定义义与与放放大大电电路路的的上上限限截截止止频频率率相相同同。通通带带与与阻阻带带之之间间称称为为过过渡渡带带，过过渡渡带越
21、窄，说明滤波器的选择性越好。带越窄，说明滤波器的选择性越好。图图 LPF的幅频特性曲线的幅频特性曲线 第三十八页，编辑于星期六：十九点十九分。*39滤波器分类q4)有源低通滤波器有源低通滤波器一阶低通滤波器一阶低通滤波器(LPF)同同相相比比例例放放大大器器的的增增益益，即即通通带带增增益为：益为：电路的电路的传递函数传递函数为：为：电电路路特特点点:具具有有较较高高输输入入电电阻阻和和较较低低的的输输出出电电阻阻，还还具具有有电电压压放放大大作作用用。由由于于式式中中s为为一一次次幂幂，所所以以称称一阶一阶LPF。uou+ui电电路路由由RC低低通通网网络络和和同同相相比比例例放大器放大器组
22、成，组成，第三十九页，编辑于星期六：十九点十九分。*40在一阶在一阶LPF传递函数中，令传递函数中，令s=j 有有式中式中为低通截止频率。为低通截止频率。其对数幅频特性为：其对数幅频特性为：对数幅频特性曲线如图所示对数幅频特性曲线如图所示-3-20dB/十倍频十倍频一阶低通有源滤波器图图 一阶一阶LPF的幅频特性曲线的幅频特性曲线优点：结构简单；优点：结构简单；缺缺点点：过过渡渡区区衰衰减减太太慢慢，衰衰减减斜斜率率仅仅为为-20dB/十十倍倍频频，故故只只能能用用于于滤滤波波要要求求不不高高的场合的场合第四十页，编辑于星期六：十九点十九分。*41q4)有源低通滤波器有源低通滤波器简单二阶低通
23、有源滤波器简单二阶低通有源滤波器简单二阶低通有源滤波器二级二级RCu+uo图图 简单二阶简单二阶LPF一级一级RC 为为使使输输出出电电压压在在高高频频段段以以更更快快的的速速率率下下降降，以以改改善善滤滤波波效效果果，再再加加一一阶阶RC低低通通滤滤波波环环节节，称称为为二二阶阶有有源源滤滤波波器器。它它比比一一阶阶低低通通滤滤波波器器的的滤滤波波效效果果更更好好，它它能能提提供供-40dB/十十倍倍频频的的衰衰减减。二二阶阶LPF的的电电路路图图如图所示。如图所示。同相比例运同相比例运算电路算电路第四十一页，编辑于星期六：十九点十九分。*42（1 1）通带增益）通带增益 当当 f=0,或或
24、频频率率很很低低时时，各各电电容容器器可可视视为为开开路路，通通带带内内的增益为的增益为 （2 2）二阶低通有源滤波器传递函数）二阶低通有源滤波器传递函数 取取C1=C2=C，根据上图可以得出：根据上图可以得出：（3）通带截止频率）通带截止频率简单二阶低通有源滤波器第四十二页，编辑于星期六：十九点十九分。*43问问题题：在在 f=f0 附附近近，如如何何使使输输出出幅幅度衰减增大？度衰减增大？改进思路：改进思路：提升提升f0附近的输出幅度。附近的输出幅度。与与理理想想的的二二阶阶波波特特图图相相比比，在在超超过过f0以以后后，幅幅频频特特性性以以-40 dB/dec的的速速率率下下降降，比比一
25、一阶阶的的下下降降快快。但但在在通通带带截截止止频频率率 fpf0 之之间间幅幅频频特特性性下下降的还不够快。降的还不够快。简单二阶低通有源滤波器第四十三页，编辑于星期六：十九点十九分。*44二、理想滤波器二、理想滤波器1.模型模型：矩形幅度特性和线性相移特性矩形幅度特性和线性相移特性理想滤波器第四十四页，编辑于星期六：十九点十九分。*452.脉冲响应：脉冲响应：线性系统传输特性，理想滤波器的脉冲响应线性系统传输特性，理想滤波器的脉冲响应h(t)是频率响应是频率响应H()的的IFT，故，故脉冲响应(1)当当t=0时，时，h(t)=c/，响应时间滞后于激励时间响应时间滞后于激励时间；(2)当当t
26、=0 n/c时，时，h(t)=0,表明函数的周期性；表明函数的周期性；(3)当当t 0时，时，h(t)0，当激励信号在当激励信号在t=0时加入，响应在时加入，响应在t为负值时已为负值时已经出现。经出现。不可能实现不可能实现第四十五页，编辑于星期六：十九点十九分。*46阶跃响应-传输特性3.阶跃响应：阶跃响应：滤波器响应的上升时间与滤波器通频带宽之间的关滤波器响应的上升时间与滤波器通频带宽之间的关系系第四十六页，编辑于星期六：十九点十九分。*47阶跃响应-传输特性(1)t=0时，时，yu(t)=0.5，0是阶跃信号通过理想滤波器是阶跃信号通过理想滤波器时间滞后；时间滞后；(2)t=0+c时，时，
27、yu(t)1.09；当；当t=0-c时，时，yu(t)-0.09，d=2 c是是滤波器对阶跃响应的时间历程，滤波器对阶跃响应的时间历程，d=1 B(3)dB=常数；常数；通带与分辨力关系。高分辨力与快速响应的要求是通带与分辨力关系。高分辨力与快速响应的要求是矛盾的。矛盾的。图图 理想低通滤波器对单位阶跃输入响应理想低通滤波器对单位阶跃输入响应阶跃输入响应时间历程阶跃输入响应时间历程 d第四十七页，编辑于星期六：十九点十九分。*48阶跃响应-传输特性图图 理想低通滤波器对单位阶跃输入响应理想低通滤波器对单位阶跃输入响应阶跃输入响应时间历程阶跃输入响应时间历程 d理论响应值的0到1或0.1到0.9
28、作为阶跃响应的上升时间 d、d 物理含义：物理含义：输入信号突变处(间断点)必然含有丰富的高频分量，低通滤波器阻衰了高频分量，其结果是把信号波形圆滑了，通带越宽，阻衰的高频分量越少，使信号能量更多、更快地通过，所以上升时间就短。dB=常数常数第四十八页，编辑于星期六：十九点十九分。*49矩形脉冲通过滤波器的波形与频谱矩形脉冲通过滤波器的波形与频谱矩形脉冲通过滤波器的波形与频谱-Gibbs现象现象矩形脉冲通过滤波器的波形矩形脉冲通过滤波器的波形在在不不连连续续点点邻邻域域出出现现跳跳变变现现象象，跳跳变变峰峰极极限限 值值 近近 似似 为为0.089D，上上摆摆1.09与与下下摆摆-0.09窗口
29、宽度窗口宽度 c=4 窗口宽度窗口宽度 c=8 窗窗口口宽宽度度越越大大，上上升升时时间间越越小小和和跳跳变变峰峰越越趋趋近近于间断点，且其极限值为于间断点，且其极限值为0.09第四十九页，编辑于星期六：十九点十九分。*50理想滤波器在截止频率理想滤波器在截止频率点上的点上的幅频特性幅频特性转折非转折非常常尖锐、陡峭尖锐、陡峭，描绘它的，描绘它的指标仅需指标仅需截止频率截止频率fc和和带带宽宽B。带通滤波器中心频率：带通滤波器中心频率：带通滤波器品质因素：带通滤波器品质因素：理想滤波器图图 几种滤波器的幅频特性几种滤波器的幅频特性(a)(b)(c)(d)第五十页，编辑于星期六：十九点十九分。*
30、511.实际滤波器的基本参数实际滤波器的基本参数 1)纹波幅度纹波幅度 d：滤波器顶部幅值波动量；幅频特性顶部平均值为滤波器顶部幅值波动量；幅频特性顶部平均值为A0。波动幅度波动幅度d与幅频特性平均值与幅频特性平均值A0相比应小于相比应小于-3dB。2)截止频率截止频率 fc：取幅频特性值为取幅频特性值为 时的相应频率值。时的相应频率值。3)带宽带宽 B：上下两截频间的频率上下两截频间的频率 范围称为带宽范围称为带宽 三、实际滤波器基本参数(1)带宽不随中心频率而变化带宽不随中心频率而变化带宽与中心频率的比值不变带宽与中心频率的比值不变恒带宽滤波器恒带宽滤波器 B=fc2-fc1恒带宽比滤波器
31、恒带宽比滤波器 B=fc1(2n-1)第五十一页，编辑于星期六：十九点十九分。*521.实际滤波器的基本参数实际滤波器的基本参数 4)中心频率中心频率f0:三、实际滤波器基本参数(1)5)品质因数品质因数Q:中心频率和带宽中心频率和带宽之比称为品质因数之比称为品质因数 第五十二页，编辑于星期六：十九点十九分。*53倍频程选择性倍频程选择性W，fc2与与 2fc2之间、下截止频率之间、下截止频率fc1与与fc1/2之间幅之间幅频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量。频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量。其含义是频率在其含义是频率在fc1/2和和2fc2处的幅频特性值处的幅频特性
32、值 和和 分别分别与与 与与 比值的分贝数。比值的分贝数。dB/Oct1.实际滤波器的基本参数实际滤波器的基本参数 6)选择性：选择性：标志实际滤波器与理想滤波器标志实际滤波器与理想滤波器的近似程度的近似程度三、实际滤波器基本参数(2)在两截止频率外侧，实际滤波器有一个过渡带，在两截止频率外侧，实际滤波器有一个过渡带，这个过渡带的幅频曲线倾斜程度表明了幅频特这个过渡带的幅频曲线倾斜程度表明了幅频特性衰减的快慢，它决定着滤波器对带宽外频率性衰减的快慢，它决定着滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力。通常用倍频程选择性来表征。成分衰阻的能力。通常用倍频程选择性来表征。第五十三页，编辑于星期六：十九点十九
33、分。*541.实际滤波器的基本参数实际滤波器的基本参数 6)选择性：选择性：标志实际滤波器与理想滤波标志实际滤波器与理想滤波器的近似程度器的近似程度三、实际滤波器基本参数(2)幅频特性横坐标：滤波器因数幅频特性横坐标：滤波器因数 滤波器因数是滤波器选择性的另一种表示方式滤波器因数是滤波器选择性的另一种表示方式，定义为：滤波器幅频特性值为定义为：滤波器幅频特性值为-60dB处的带宽处的带宽B-60dB与与-3dB处的带宽处的带宽B-3dB的比值。的比值。理想滤波器理想滤波器 =1，常用滤波器，常用滤波器=15，显然，显然，越接近于越接近于1，滤波器选择性越好。，滤波器选择性越好。第五十四页，编辑
34、于星期六：十九点十九分。*55可实现的典型滤波网络函数q由由集总参数集总参数元件构成的滤波系统的传递函数为：元件构成的滤波系统的传递函数为：取取s=j m个零点，个零点，n个极点，选择滤波网络函数，就是决定全部系数个极点，选择滤波网络函数，就是决定全部系数a,b的值。系数的值。系数a,b的值决定与网络元件参数。的值决定与网络元件参数。n值影响传输函数的值影响传输函数的特性，特性，n越大，逼近特性越好越大，逼近特性越好第五十五页，编辑于星期六：十九点十九分。*56集总参数系统与分布参数系统q集总参数系统集总参数系统与与分布参数系统分布参数系统集总参数系统集总参数系统，集总参数元件组成，集总参数元
35、件组成，常微分方程式常微分方程式描述描述集总参数元件：理想元件是抽象的模型，没有体积和大小，集总参数元件：理想元件是抽象的模型，没有体积和大小，其特性集中表现在空间的一个点上。其特性集中表现在空间的一个点上。分布参数系统分布参数系统，分布参数元件组成，分布参数元件组成，偏微分方程式描述偏微分方程式描述，描述系统的独立变量为时间，与空间有关。描述系统的独立变量为时间，与空间有关。分分布布参参数数：参参数数的的分分布布性性指指电电路路中中同同一一瞬瞬间间相相邻邻两两点点的的电电位位和和电电流流都都不不相相同同。这这说说明明分分布布参参数数电电路路中中的的电电压压和和电电流流除除了了是是时时间间的的
36、函函数数外，还是空间坐标的函数。外，还是空间坐标的函数。研研究究分分布布参参数数电电路路时时，常常以以具具有有两两条条平平行行导导线线、而而且且参参数数沿沿线线均均匀匀分分布布的的传传输输线线为为对对象象。这这种种传传输输线线称称为为均均匀匀传传输输线线（或或均均匀匀长长线线）。因因此此实实际际应应用用的的传传输输线线可可以以等等效效转转换换成成具具有有两两条条平平行行导导线线形形式式的的均均匀的传输线。匀的传输线。第五十六页，编辑于星期六：十九点十九分。*57补充知识集总参数：集总参数：组成电路模型的元件，都是能反映实际电路中主要物理特组成电路模型的元件，都是能反映实际电路中主要物理特征的理
37、想元件，电路中实际元件在工作过程中和电磁现象有关，因此征的理想元件，电路中实际元件在工作过程中和电磁现象有关，因此有三种最基本的理想电路元件：表示消耗电能的理想电阻元件有三种最基本的理想电路元件：表示消耗电能的理想电阻元件R；表示；表示贮存电场能的理想电容元件贮存电场能的理想电容元件C；表示贮存磁场能的理想电感元件；表示贮存磁场能的理想电感元件L，当，当实实际电路的尺寸远小于电路工作时电磁波的波长时（际电路的尺寸远小于电路工作时电磁波的波长时（电磁波传播速度接近于光速，电磁波传播速度接近于光速，电路中的激励或响应频率越高电磁波波长越短，假设最高频率成分为电路中的激励或响应频率越高电磁波波长越短
38、，假设最高频率成分为50MHZ时时其波长约其波长约6米长，一般的电路长宽都不会超过这个数，所以一般电路分析米长，一般的电路长宽都不会超过这个数，所以一般电路分析都满足集总假设。都满足集总假设。(除了电力传输工程里那个超长距离及无线电接收超过除了电力传输工程里那个超长距离及无线电接收超过100MHZ以上的信号外以上的信号外)），可以把元件的作用集总在一起，用一个或有限个，可以把元件的作用集总在一起，用一个或有限个R、L、C元件来加以描述，这样的电路参数叫做集总参数。而集总参数元件元件来加以描述，这样的电路参数叫做集总参数。而集总参数元件则是每一个具有两个端钮的元件，从一个端钮流入的电流等于从另一
39、个端钮则是每一个具有两个端钮的元件，从一个端钮流入的电流等于从另一个端钮流出的电流；端钮间的电压为单值量。流出的电流；端钮间的电压为单值量。第五十七页，编辑于星期六：十九点十九分。*58滤波器逼近q实际滤波器实际滤波器与与理想滤波器理想滤波器在频响特性上在频响特性上(主要在幅频主要在幅频特性上特性上)的的差别差别：通带和阻带范围内的特性曲线的平：通带和阻带范围内的特性曲线的平直程度；过渡带的陡直程度。直程度；过渡带的陡直程度。q主要有两种逼近方式：主要有两种逼近方式：最平幅度逼近法：最平幅度逼近法：在滤波器的通带和阻带内具有最平直的幅频特性，在滤波器的通带和阻带内具有最平直的幅频特性，巴特巴特
40、沃兹滤波器沃兹滤波器等波纹逼近法：等波纹逼近法：由通带到阻带内给定的衰减值所需的过渡带最小，由通带到阻带内给定的衰减值所需的过渡带最小，切贝雪夫滤波器切贝雪夫滤波器q滤波器的幅频响应越好，则其相频响应越差滤波器的幅频响应越好，则其相频响应越差第五十八页，编辑于星期六：十九点十九分。*59巴特沃兹滤波器：低通滤波器巴特沃兹滤波器：低通滤波器G-滤波器增益滤波器增益n-滤波器阶数滤波器阶数巴特沃兹滤波器第五十九页，编辑于星期六：十九点十九分。*60切贝雪夫滤波器切贝雪夫滤波器 是常数；是常数；Cn称为称为n阶切比雪夫多项式阶切比雪夫多项式3)贝塞尔滤波器切贝雪夫滤波器第六十页，编辑于星期六：十九点
41、十九分。*613)贝塞尔滤波器滤波器的组合使用q串接使用滤波器：串接使用滤波器：两个中心频率相同的滤波器串接使用，如两滤波器有较好的两个中心频率相同的滤波器串接使用，如两滤波器有较好的隔离使二者相互无干扰，结果是两者的隔离使二者相互无干扰，结果是两者的幅频特性相乘幅频特性相乘，相频相频特性相加特性相加。前者前者使通带外的频率成分有更大的使通带外的频率成分有更大的衰减斜率衰减斜率，改，改善了选择性；但善了选择性；但后者后者却使却使相位变化相位变化更为更为剧烈剧烈，恶化使用效果，恶化使用效果q并接使用滤波器：并接使用滤波器：选选取取信信号号中中多多个个特特定定的的频频率率，两两种种方方案案：一一是
42、是带带通通滤滤波波器器的的中中心心频频率率可可调调，改改变变RC调调谐谐参参数数，可可调调整整的的范范围围有有限限。二二是是选选择择一一组组中中心心频频率率固固定定，但但各各中中心心频率按一定规律布置的滤波器组。频率按一定规律布置的滤波器组。第六十一页，编辑于星期六：十九点十九分。*62滤波器实物变频器专用滤波器变频器专用滤波器 直流电源滤波器直流电源滤波器 第六十二页，编辑于星期六：十九点十九分。*63滤波器实物脉冲群抑制滤波器脉冲群抑制滤波器 浪涌抑制滤波器浪涌抑制滤波器 第六十三页，编辑于星期六：十九点十九分。*64滤波器实物第六十四页，编辑于星期六：十九点十九分。*65atlab与滤波器qMatlab说明说明qMatlab环境滤波器环境滤波器第六十五页，编辑于星期六：十九点十九分。