ch02_1滤波器ok(精品)

单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,笫2章,滤波器,2.1 滤波器的,特性,和,分类,2.2,LC,滤波器,2.2.1,LC,串、并联,谐振回路,2.2.2,一般,LC,滤波器,2.3,声表面波,滤波器,2.4 有源,RC,滤波器,2.5 抽样数据滤波器,1,2.1.1,滤波器的特性,时域特性：,复频域传输函数：,式中所有系数均为实数，且分子多项式的阶数,m,小于或,等于分母多项式的阶数,n,。,滤波器,h,(,t,),H(s),),(,),(,t,v,s,V,i,i,),(,),(,0,t,v,s,V,o,输入,阻抗,输出,阻抗,2,频率特性用,幅度-频率特性,和,相位-频率 特性,表示（用 代入 ）：,相位延时,表示为：,它表示的是,一个,角频率为 的正弦信号通过滤波器后所产生的延时。,群延时,表示为：,群延时描述的是,一群,不同频率的信号通过滤波器后所产生的,时间延迟，它是在指定频率范围内，相位-频率特性曲线在,不同频率处的,斜率,。,3,0,0,(,a),(,c),理想滤波器的频率特性,频率特性,图(,a),所示为理想滤波器的幅频特性曲线，,之间的频带称为,通频带,，,和 之间的频带称为,阻带,。,图(,c),所示是理想滤波器的相频特性曲线，在通频带内它是一条斜率为 的直线，即其群延时数值不随频率变化。,4,实际滤波器频率特性的示意图,通常，定义 的数值下降到相对于其最大值的 或 时的两个边界频率 和 之间的频带为通频带，以外的频带为阻带。,0,0,(,d),(,b),图(,b),所示为实际滤波器的幅频特性曲线，有,幅度失真。,图(,d),所示为实际滤波器的相频特性曲线，有,相位失真。,5,2.1.2,滤波器的分类,按其频率特性可分为,低通（,LPF）,、高通（,HPF）,、带通（,BPF）,和带阻（,BEF）,滤波器。,无源滤波器,是由无源器件构成。,电阻、电感和电容组成的,RLC,滤波器。,晶体滤波器是利用石英晶体薄片构成。,声表面波滤波器(,SAW)：,利用压电效应构成的。,有源滤波器,是指在所构成的滤波器中，除无源器件外还含有放大器等有源电路。,RC,有源滤波器（含有运算放大器）。,开关电容滤波器(,SCF)。,按处理的信号形式可分为,模拟滤波器、数字滤波器和抽样,数据滤波器,等。,按其所用器件的特点可分为无源和有源滤波器。,6,滤波器的理想幅度-频率特性曲线,按其幅度频率特性可分为低通、高通、带通和带阻滤波器。,7,按其,衰耗频率特性,可分为低通、高通、带通和带阻滤波器。,滤波器的理想衰耗-频率特性曲线,8,2.2,LC,滤波器,2.2.1,LC,串、并联谐振回路,阻抗特性(导纳特性)。,谐振特性和回路谐振频率。,频率特性（幅频特性与相频特性）。,信号源和负载特性。,（包括阻抗变换电路）,9,2.2.1.1,LC,串联谐振回路,一、概述,图2.3.1 串联谐振回路,谐振电流的频率函数：,（2.3.1）,复阻抗：,（2.3.2）,其中,10,二、谐振条件,回路无阻尼固有频率,回路品质因数,式(2.3.2)中的复阻抗可用其模与相角表示,当,时，回路阻抗最小，等于纯阻 ，,回路谐振,11,三、谐振特性,1),阻抗特性,2),回路电流幅频特性、相频特性,图2.3.2 串联谐振回路的阻抗特性,(2.3.4),(,a),(,b),12,a),当 时，回路谐振电流为最大，其值为,b),对 进行归一化，得到回路电流的相对值为,c),幅频特性,d),相频特性,13,图2.3.3(,a),相对幅频特性,当 时，；,当 时，随着,偏离 而减小，减小的速度（斜率）则随 值增加而加大,当 时，回路呈阻性；当 时，回路呈感性；当 时，回路呈容性。,Q,值越高，相频曲线的斜率越大，单位频率变化引起的相位变化也越大，,Q=100,Q=20,Q=5,Q,减小,1,图2.3.3(,b),相对相频特性,Q=100,Q,增大,Q=5,Q=20,14,回路空载品质因数,它与有载品质因数的关系,式中，、为仅考虑负载电阻 和阻尼电阻,的回路品质因数,回路电感元件的固有损耗电阻,r 。,包括电感线圈导线的欧姆电阻、由趋肤效应引起的高频损耗电阻。,15,2.2.1.2,LC,并,联谐振回路,1.,电路特点,=可以得出：,(,当,Q1,时),固有损耗 也可等效表示为并联谐振电阻 。,回路空载（固有）品质,因数,Q,。,负载电阻,由：,16,2.,回路阻抗特性（导纳特性）,并联回路端阻抗的模和相角随频率变化的关系为：,17,并联回路的,阻抗特性,并联回路的,电抗特性,电感,电容,18,3.,谐振特性和回路谐振频率,谐振特性：,并联回路,谐振时，流过其电抗支路的电流 、,比激励电流 大,Q,倍，故并联谐振又称,电流谐振,。,式中，,为回路无阻尼振荡频率。,当,Q,1,时：,串联回路谐振时，电容器上电压是激励电压的,Q,倍，故串联谐振又称,电压谐振,。所以品质因数,Q,易测量。（,Q,表原理,）,回路谐振频率：,19,4.,频率特性、通频带和谐波,抑制度,频率特性：,并以 =时的输出电压 对,归一化,，,可得并联谐振回路的,相对幅频特性与相频特性,，,其值分别如下：,通频带：,20,频率特性、通频带和谐波,抑制度,（续）,谐波,抑制度,例：若,Q,=100，,二次谐波,抑制度,并联回路相对幅频特性,21,5.,信号源,內,阻和负载电阻对并联谐振回路的影响,减小，通频带加宽，选择性变坏。,可见，在有信号源,內,阻和负载电阻情况下，为了对并联谐振回路的影响小，,需要应用,阻抗变换电路,。,影响谐振回路谐振频率。,所以并联谐振回路,希望用,恒流源激励,。,22,6.,阻抗变换电路(*),(1)全耦合变压器等效,从,功率,等效角度证明：,理想变压器无损耗：,23,(2),双电容耦合电路,负载电阻 是通过双电容分压接入并联谐振回路的,称为部分接入法,令,接入系数,可得,(,p,1),1,1,24,(3),双电感抽头耦合电路,负载电阻 是通过双电感抽头接入并联谐振回路的,称为部分接入法,令,接入系数,(,P,1),可得,25,(4),应用部分接入法的选频电路（,例,）,接入系数,对回路,有,载品质因数,影响明显减小。,26,7.,LC,串、并联谐振回路比较,电路名称,串联谐振回路,并联谐振回路,电路形式,激励源,恒压源,恒流源,谐振条件,谐振频率,通频带,例1,例2,27,（续1）,电路名称,串联谐振回路,并联谐振回路,端阻抗,（导纳）,品质因数,Q,谐振参数,28,（续2）,电路名称,串联谐振回路,并联谐振回路,谐振性质,电压谐振,电流谐振,谐振特性,相对幅频特性,相频特性,29,例1,：,串联回路,如下,图所示。,信号源频率,F,=1MHz。,电压振幅,V,=0.1,V。,将1-1端短接，电容,C,调到,100,PF,时谐振。此时，电容,C,两端的电压为10,V。,如,1-1端开路再,串,接一阻抗,Z,（,电阻和电容,串,联），则回路,失谐，电容,C,调到200,PF,时重新谐振。此时，电容,C,两端,的电压为2.5,V。,试求：线圈的电感,L，,回路品质因数,Q,以及未知阻抗,Z,。,返回,1,返回,2,30,例2：并联回路,如下,图所示。,已知：=5,UH，Q=100。,=8,PF，=40K。,=10K。,试求：无阻尼谐振频率；,等效谐振电阻,R；,不接 ，,BW,如何变？,返回,31,