滤波器设计基础很全的资料.ppt

一、滤波器基本概念1、滤波器概念 滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，具 有滤除噪声和分离各种不同信号的功能2、滤波器的分类 按处理信号形式分：模拟滤波器数字滤波器 按功能分：低通、高通、带通、带阻 按电路组成分：LC无源、RC无源、由特殊元件构成的无源滤波器、RC有源滤波器 按传递函数的微分方程阶数分：一阶、二阶、高阶c)a)b)OA()OA()OA()d)OA()3、滤波器特性的逼近函数分类巴特沃斯(Bueeerwoth)滤波器: 幅频特性有最大平坦响应切比雪夫(Chebyshev)滤波器: 通带呈等起伏变化椭圆(Elliptic)滤波器: 通带和阻带呈等起伏变化还有：Bessel、Linear Phase、….4、模拟滤波器的传递函数与频率特性（1）模拟滤波器的传递函数模拟滤波电路的特性可由传递函数来描述传递函数是输出与输入信号电压或电流拉氏变换之比经分析，任意个互相隔离的线性网络级联后，总的传递函数等于各网络传递函数的乘积这样，任何复杂的滤波网络，可由若干简单的一阶与二阶滤波电路级联构成2）模拟滤波器的频率特性模拟滤波器的传递函数H(s)表达了滤波器的输入与输 出间的传递关系。

若滤波器的输入信号Ui是角频率为w的单 位信号，滤波器的输出Uo(jw)=H(jw)表达了在单位信号输入情况下的输出信号随频率变化的关系，称为滤波器的频 率特性函数，简称频率特性频率特性H(jw)是一个复函数，幅值A(w)称为幅频特性，幅角∮(w)表示输出信号的相位相对于输入信号相位的变化，称为相频特性特征频率： 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 （3）滤波器的主要特性指标增益与衰耗:滤波器在通带内的增益并非常数①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；带通指中心频率处的增益②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。

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 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)该灵敏度越小，标志着电路容错能力越强，稳定性也 越高二、 RC有源滤波电路1、一阶低通滤波器传递函数：增 益：上限截止频率：图1一阶LPF的幅频特性曲线 2、二阶低通滤波器(1)压控电压源电路(VCVS)由于它是同相输入，Ri 大、Ro小，相当于电压源， 故称：VCVS 特点：性能稳定，增益易调Avp=1+R4/R3上式表明，该滤波器的通带增益应小于3，才能保障电路 稳定工作传递函数:通带增益:巴特沃斯响应：Q = 0.707由传递函数可以写出频率响应的表达式：定义有源滤波器的品质因数Q 值为 时的电压放大 倍数的模与通带增益之比 设计表：巴特沃斯响应，电阻单位：k说明：运放ri > 10(R1+R2)运放Aod > 50Av at C 稳定：Av ≤2(2) 无限增益多路反馈电路(MFB)由于它是反相输入，开环增益无限大，R2、C1二条反 馈通路，故称：MFB特点：有倒相作用。

增益难调、对其它参数有影响Av=-R2/R1巴特沃斯响应：Q = 0.707传递函数:通带增益:截止频率:设计表：说明：运放ri > 10(R3+R1// R2)3、二阶高通滤波器(1) 二阶高通压控电压源电路(VCVS)通带增益:截止频率:说明：运放ri > 10R2运放Aod > 50Av 设计表：（2）二阶高通无限增益多路反馈电路(MFB)4、巴特沃斯带通滤波器三、RC有源滤波器的快速设计设计步骤：1、确定电路类型，及截止频率fc 2、根据截止频率fc ，查图确定电容的标称值，使其满足 K=100/(fc*C), K的取值范围：1

4) 将上列阻值乘以已计算出来的K值5) 实验调整，测量滤波器的性能参数及幅频特性四、滤波器设计注意事项1、利用滤波器串联的方式，可以实现高阶滤波器例：一阶＋二阶低通＝三阶低通2、利用滤波器串联的方式，可以实现带通滤波器例：低通＋高通＝带通（fH < fL）3、运放的选用：应根据工作频率范围选择合适的运放 在构成较高频率的有源滤波器时，不但应选用增益带宽 积高的，且要注意选择转换速率SR高的运放4、电阻：应选用温度系数小的电阻，且精度高一些电 阻的取值一般是：1K-100K5、电容：必须选用损耗小的优质电容，电容的取值一般 是大于：10pF6、在实际制作有源滤波器之前，应先根据所设计的电路 及元器件值，利用电路仿真软件进行模拟，并利用软件的 分析功能对滤波器的各项性能指标进行分析，以减少实际 调试工作量。