發布日期：2022-10-09 點擊率：86
有關濾波器的功能類型與特性指標，濾波電路的分類，濾波器的優點與缺點，濾波器輸出波形，濾波器的主要特性指標，有特征頻率、增益與衰耗、阻尼系數與品質因數、靈敏度等。
一、濾波器的功能和類型
功能：濾波器是具有頻率選擇作用的電路或運算處理系統，具有濾除噪聲和分離各種不同信號的功能。
二、濾波電路的分類
1、按信號性質分類模擬濾波器和數字濾波器。
2、按所用元件分類無源濾波器和有源濾波器。
3、按電路功能分類: 低通濾波器；高通濾波器；帶通濾波器；帶阻濾波器。
4、按階數分類: 一階，二階 … 高階。
5、按輸出波形的逼近分類: 巴特沃斯逼近，切比雪夫逼近，貝賽爾逼近。
無源濾波器由無源元件R、L、C組成。
三、缺點
1、帶負載能力差。當RL變化時，輸出信號的幅值將隨之改變，濾波特性也隨之變化。
2、無放大作用。由于R及C上有信號壓降，使輸出信號幅值下降。
3、過渡帶較寬，幅頻特性不理想，邊沿不陡。
有源濾波器由有源器件集成運放和無源元件R、C組成。
四、優點
1.運放本身對RC網絡影響小。
2、有源濾波電路中可加電壓串聯負反饋，使輸入電阻高、輸出電阻低，輸入輸出之間具有良好的隔離。只需把幾個低階濾波電路串起來就可構成高階濾波電路，無需考慮級間影響。
3、除濾波外，還可放大信號，放大倍數容易調節。
五、缺點
1、不宜用于高頻。因為通用型集成運放的帶寬一般較窄。一般使用頻率在幾千赫以下。
2、不宜在高電壓、大電流情況下使用。
3、可靠性較差。
4、使用時需外接直流電源。
5、種波器的幅頻特性。
六、濾波器輸出波形逼近
(一)巴特沃斯逼近
幅頻特性在通帶內最為平坦，并且單調變化。但斜率較差其幅頻特性為，階躍響應有過沖。
(二)切比雪夫逼近
允許通帶內有一定的波動量△Kp，衰減斜率較陡。
(三)貝賽爾逼近
主要側重于相頻特性，其基本原則是使通帶內相頻特性線性度最高，群時延函數最接近于常量，從而使相頻特性引起的相位失真最小。階躍響應過沖小，但幅頻曲線的下降陡度較差。
七、濾波器的主要特性指標
1、特征頻率：
①通帶截頻fp=wp/(2)為通帶與過渡帶邊界點的頻率，在該點信號增益下降到一個人為規定的下限。
②阻帶截頻fr=wr/(2)為阻帶與過渡帶邊界點的頻率，在該點信號衰耗(增益的倒數)下降到一人為規定的下限。
③轉折頻率fc=wc/(2)為信號功率衰減到1/2(約3dB)時的頻率，在很多情況下，常以fc作為通帶或阻帶截頻。
④固有頻率f0=w0/(2) 為電路沒有損耗時，濾波器的諧振頻率，復雜電路往往有多個固有頻率。
2、增益與衰耗
濾波器在通帶內的增益并非常數。
①對低通濾波器通帶增益Kp一般指w=0時的增益；高通指w→∞時的增益；帶通則指中心頻率處的增益。
②對帶阻濾波器，應給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數。
③通帶增益變化量△Kp指通帶內各點增益的最大變化量，如果△Kp以dB為單位，則指增益dB值的變化量。
3、阻尼系數與品質因數
阻尼系數是表征濾波器對角頻率為w0信號的阻尼作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項指標。
阻尼系數的倒數稱為品質因數，是評價帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個重要指標，Q= w0/△w。式中的△w為帶通或帶阻濾波器的3dB帶寬，w0為中心頻率，在很多情況下中心頻率與固有頻率相等。
4、靈敏度
濾波電路由許多元件構成，每個元件參數值的變化都會影響濾波器的性能。濾波器某一性能指標y對某一元件參數x變化的靈敏度記作Sxy，定義為：Sxy=(dy/y)/(dx/x)。
該靈敏度與測量儀器或電路系統靈敏度不是一個概念，該靈敏度越小，標志著電路容錯能力越強，穩定性也越高。
5、群時延函數
為保證輸出信號失真度不超過允許范圍，對其相頻特性∮(w)也應提出一定要求。在濾波器設計中，常用群時延函數d∮(w)/dw評價信號經濾波后相位失真程度。群時延函數d∮(w)/dw越接近常數，信號相位失真越小。
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