电气与信息工程学院本科生课程

测控电路电气与信息工程学院本科生课程授课单位：湖南大学电气与信息工程学院授课人：朱志杰电气与信息工程学院本科生课程a、有效地抑制噪声功率fn噪声频带fs信号频带fsfn残留的噪声功率为：ffnsb、分离各种不同的信号用途：第四章信号分离电路第一节滤波器的基本知识电气与信息工程学院本科生课程数字信号模拟信号按处理信号形式RC无源LC无源RC有源按组成方式分类低通高通带通带阻全通（相移）按频率方式分类分类电气与信息工程学院本科生课程一、滤波器的类型模拟滤波器数字滤波器按模拟信号或数字信号分类低通高通带通带阻按对不同频率的选择分类（另外，还有一种特殊类型：移相器。）电气与信息工程学院本科生课程按电路组成分类：a）LC无源滤波器b）RC无源滤波器c）特殊元件（材料）构成的无源滤波器d）RC有源滤波器还可以按其它特征分类，如按输出、输入关系即传递函数关系分类，根据其微分方程阶数可分成一阶、二阶、高阶滤波器等。电气与信息工程学院本科生课程二、模拟滤波器的传递函数与频率特性（一）模拟滤波器的传递函数模拟滤波器的的基本形式为线性四端网络，传递函数为：1110011100()()()mkmmkommknnnlinnllbsUsbsbsbsbHsUsasasasaassj式中为拉氏变量，分子、分母中各系数为实常数。电气与信息工程学院本科生课程,nmn121121()()()()()()()()()mkmknnlnszszszszHsKKspspspsp根据线性网络稳定性条件，分母中各系数均应为正，且称为网络阶数，反映电路复杂程度。对传递函数因式分解，可将其改写成：式中K为实常数,为网络零点，是分子中多项式的复根，可位于平面的任意位置；为网络极点，是分母中多项式的复根，由线性网络稳定性条件所限，它只能位于平面的左半部分。传递函数中分子、分母中各系数均是由网络结构参数决定的。kzlpss电气与信息工程学院本科生课程2210122101()()()MiiiiNjjjjbsbsbHsasasa对于实系数分式，任何复数的零点或极点必须共轭出现，上式可写成当或为偶数时，分别有或，当或为奇数时，分别有或，但其中必有一个二次分式退化为一次分式。即有一个或为零，分母中各系数不能为负值。nm/2Nn/2Mmmn(1)/2Mm(1)/2Nn2ja2ib根据线性网络理论，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。即任何复杂的滤波网络可由若干一阶与二阶滤波电路级联构成。电气与信息工程学院本科生课程（二）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。若输入信号是角频率为的单位信号，滤波器的输出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。iU()()oUjHj电气与信息工程学院本科生课程在传递函数中，令可得频率特性函数sj()Hj2021001202101()()()()()()()MmkiiikkinNliljjjljbbjbbjUjHjKUjajaaja频率特性函数是一个复函数，它的幅值称为幅频特性，滤波器的频率选择特性主要由辐频特性决定。()Hj()()AHj频率特性函数复函数的幅角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。()Hj()arctan()Hj电气与信息工程学院本科生课程（三）滤波器的主要性能指标（2）增益与衰减（1）特征频率()（3）阻尼系数与品质因数(,,)（4）灵敏度（5）群时延函数,,,prcoffff120jjaa0QyxdyySdxx1Q()()dd电气与信息工程学院本科生课程（四）二阶滤波器1）二阶低通滤波器2）二阶高通滤波器3）二阶带通滤波器4）二阶带阻滤波器5）二阶全通滤波器电气与信息工程学院本科生课程1、巴特沃斯滤波器：三、滤波器特性的逼近通带和阻带内的幅频特性都没有起伏变化，但过渡期宽度随阶数的增加而减少，即阶数越高，过渡期越陡。21()pnck21()pnck前者为低通，后者为高通电气与信息工程学院本科生课程2、切比雪夫滤波器：通带内的幅频特性呈波纹起伏，而在阻带内呈单调下降，无起伏变化。221()pncpk/10101PK式中为电路阶数，为通带增益纹波系数n3、反切比雪夫滤波器：通带内的幅频特性不呈波纹起伏，而在阻带内呈波纹起伏变化。电气与信息工程学院本科生课程4、贝赛尔（考尔）滤波器通带内与阻带内的幅频特性都呈波纹起伏变化。通带或阻带内波纹起伏的峰点数和谷点数的总和等于滤波器的阶数。这种逼近主要侧重于相敏特性，其基本原则是使通带内相频特性线性度最高，群时延函数最接近常量，从而使相频特性引起的相位失真最小。电气与信息工程学院本科生课程第三节集成有源滤波器将有源滤波器制作成集成电路有十分重要的现实意义，但难度在于RC电路中连续改变参数值R（或C）较困难。有源滤波器集成的关键是实现精确而且易调节的RC时间参数。若能连续很方便地实现电阻R值的调节（事实证明，调节C值较困难），就能方便地实现调节RC，电路的自身固有谐振频率大，难度上取决于值。对于一阶电路w即有：1w电气与信息工程学院本科生课程Tc1阶段，1“1”V1开通2“0”V2截止Vi向C充电电气与信息工程学院本科生课程的电荷向负载放电Tc2阶段，1“0”V1截止2“1”V2开通C在Tc1阶段结束时，已充集成化是电子技术的趋势，将有源滤波器的集成化有着十分重要的意义，若有源滤波器中的运放器为理想器件时，有源滤波器的频率特性完全取决于外部RC网络参数。有源滤波器集成化的关键：实现精确而且易于调节的RC时间常数。目前，集成技术制造工艺实现这一要求很困难，有待于另寻途径。开关电容网络等效电阻电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程开关电容滤波原理电气与信息工程学院本科生课程a)有源RC积分器b)运放与开关电容网络1c)充电过程(为高电平)d)转移过程(1为低电平)鉴相器输出一个误差电压)(V最终达到mfnfi，即nmffi，实现倍数目的。特点：1、要求if稳定，因为有输入跟踪系统的存在，电气与信息工程学院本科生课程鉴相器输出一个误差电压)(V最终达到mfnfi，即nmffi，实现倍数目的。特点：1、要求if稳定，因为有输入跟踪系统的存在，电气与信息工程学院本科生课程一旦if变化，则亦变化，导致压控振荡器的)(V输出频率f变化，在实际应用中，用晶振来做if可很稳定，可达到。9102、结构简单，易于实现精确的nmffi。实际应用一般采用集成锁相环电路4046，具体应用可查手册。