滤波电路原理分析

时间: 2024-02-26 13:15:20 |   作者: 信号滤波器

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  经典滤波的概念,是根据富立叶分析和变换提出的一个工程概念。根据高等数学理论,任何一个满足一定条件的信号,都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。换句话说,就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的,组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。只允许一定频率范围内的信号成分正常通过,而阻止另一部分频率成分通过的电路,叫做经典滤波器或

  实际上,任何一个电子系统都具有自己的频带宽度(对信号最高频率的限制),频率特性反映出了电子系统的这个基本特点。而滤波器,则是依据电路参数对电路频带宽度的影响而设计出来的工程应用电路。

  用模拟电子电路对模拟信号进行滤波,其基础原理就是利用电路的频率特性实现对信号中频率成分的选择。根据频率滤波时,是把信号看成是由不同频率正弦波叠加而成的模拟信号,通过选不一样的频率成分来实现信号滤波。

  当只允许信号中某个频率范围内的成分通过滤波器时,这种滤波器叫做带通滤波器。

  理想滤波器的行为特性通常用幅度-频率特性图描述,也叫做滤波器电路的幅频特性。理想滤波器的幅频特性如图所示。图中,w1和w2叫做滤波器的截止频率。

  对于滤波器,增益幅度不为零的频率范围叫做通频带,简称通带,增益幅度为零的频率范围叫做阻带。例如对于LP,从-w1当w1之间,叫做LP的通带,其他频率部分叫做阻带。通带所表示的是可以通过滤波器而不可能会产生衰减的信号频率成分,阻带所表示的是被滤波器衰减掉的信号频率成分。通带内信号所获得的增益,叫做通带增益,阻带中信号所得到的衰减,叫做阻带衰减。在工程实际中,通常用dB作为滤波器的幅度增益单位。

  下图a和b是用运算放大器设计的两种一阶Butterworth滤波电路的电路。图a是反相输入一阶低通滤波器,实际上就是一个积分电路,其分析方法与一阶积分电路相同。

  对滤波器来说,更关心的是正弦稳态是的行为特性,利用拉氏变换与富氏变换的关系,有

  其中k相当于同相放大器的电压放大倍数,叫做滤波器的通带增益,Q叫做品质因数,w0叫做特征角频率。

  下图是二阶低通滤波器在RC=2时的波特图,其中图a是Q0.707时的效果,图b是Q=0.707时的效果,图c是Q0.707时的效果。

  从图中能够准确的看出,当Q0.707 或Q0.707时,通带边沿处会出现比较大的不平坦现象。因此,品质因数表明了滤波器通带的状态。一般要求Q=0.707。

  通常把最大增益倍所对应的信号频率叫做截止频率,这时滤波器具有3dB的衰减。利用滤波器幅频特性的概念,能够获得截止频率w0 =w =1/RC,即

  高通滤波器的特点是,只允许高于截止频率的信号通过。下图是二阶Butterworth高通滤波器电路的理想物理模型。

  二阶BButterworth高通滤波器在频率响应特性与低通滤波器相似,当Q0.707或Q0.707时,通带边沿处会出现不平坦现象。有关根据品质因数Q计算电路电阻参数R1 和R2的方法与二阶低通滤波器的计算相同。

  同样,利用滤波器幅频特性的概念,能够获得截止频率w0 =w =1/RC,即 f =1/2pRC

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