你了解模擬濾波器的頻率特性嗎?模擬濾波器有哪些主要特性指標(biāo)?

模擬濾波器是能對(duì)模擬或連續(xù)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行濾波的電路和器件，與模擬濾波器相對(duì)應(yīng)的是數(shù)字濾波器。為增進(jìn)大家對(duì)模擬濾波器的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)模擬濾波器、模擬濾波器的頻率特性予以介紹。如果你對(duì)模擬濾波器具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、模擬濾波器

模擬濾波器(Analog filter)分為無源濾波器(Passive filter)和有源濾波器(Active filter)，其中無源濾波器由R、L、C組成，有源濾波器由集成運(yùn)放和R、C組成，不需要使用電感。

集成運(yùn)放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出電阻小，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。但集成運(yùn)放帶寬有限，所以目前的有源濾波電路的工作頻率難以做得很高。

濾波器是一種能使有用信號(hào)順利通過而同時(shí)對(duì)無用頻率信號(hào)進(jìn)行抑制(或衰減)的電子裝置。工程上常用它來做信號(hào)處理、數(shù)據(jù)傳送和抑制干擾等。

以往主要采用無源元件R、L和C組成模擬濾波器，六十年代以來，集成運(yùn)放獲得了迅速地發(fā)展，由它和R、C組成的源濾波器，具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。

此外，由于集成運(yùn)放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，而輸出阻抗又很低，而且，由其構(gòu)成的有源濾波器還具且一定的電壓放大和緩沖作用。因此，基于放大器和R、C構(gòu)成的有源濾波器應(yīng)用日益廣泛。

二、模擬濾波器的傳遞函數(shù)與頻率特性

(一)模擬濾波器的傳遞函數(shù)

模擬濾波電路的特性可由傳遞函數(shù)來描述。傳遞函數(shù)是輸出與輸入信號(hào)電壓或電流拉氏變換之比。

經(jīng)分析，任意個(gè)互相隔離的線性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)后，總的傳遞函數(shù)等于各網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的乘積。這樣，任何復(fù)雜的濾波網(wǎng)絡(luò)，可由若干簡(jiǎn)單的一階與二階濾波電路級(jí)聯(lián)構(gòu)成。

(二)模擬濾波器的頻率特性

模擬濾波器的傳遞函數(shù)H(s)表達(dá)了濾波器的輸入與輸出間的傳遞關(guān)系。若濾波器的輸入信號(hào)Ui是角頻率為w的單位信號(hào)，濾波器的輸出Uo(jw)=H(jw)表達(dá)了在單位信號(hào)輸入情況下的輸出信號(hào)隨頻率變化的關(guān)系，稱為濾波器的頻率特性函數(shù)，簡(jiǎn)稱頻率特性。

頻率特性H(jw)是一個(gè)復(fù)函數(shù)，其幅值A(chǔ)(w)稱為幅頻特性，其幅角∮(w)表示輸出信號(hào)的相位相對(duì)于輸入信號(hào)相位的變化，稱為相頻特性。

(三)濾波器的主要特性指標(biāo)

1、特征頻率：

①通帶截頻fp=wp/(2p)為通帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號(hào)增益下降到一個(gè)人為規(guī)定的下限。

②阻帶截頻fr=wr/(2p)為阻帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號(hào)衰耗(增益的倒數(shù))下降到一人為規(guī)定的下限。

③轉(zhuǎn)折頻率fc=wc/(2p)為信號(hào)功率衰減到1/2(約3dB)時(shí)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/(2p)為電路沒有損耗時(shí)，濾波器的諧振頻率，復(fù)雜電路往往有多個(gè)固有頻率。

2、增益與衰耗

濾波器在通帶內(nèi)的增益并非常數(shù)。

①對(duì)低通濾波器通帶增益Kp一般指w=0時(shí)的增益;高通指w→∞時(shí)的增益;帶通則指中心頻率處的增益。

②對(duì)帶阻濾波器，應(yīng)給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數(shù)。

③通帶增益變化量△Kp指通帶內(nèi)各點(diǎn)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(shù)與品質(zhì)因數(shù)

阻尼系數(shù)是表征濾波器對(duì)角頻率為w0信號(hào)的阻尼作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項(xiàng)指標(biāo)。

阻尼系數(shù)的倒數(shù)稱為品質(zhì)因數(shù)，是評(píng)價(jià)帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個(gè)重要指標(biāo)，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(gòu)成，每個(gè)元件參數(shù)值的變化都會(huì)影響濾波器的性能。濾波器某一性能指標(biāo)y對(duì)某一元件參數(shù)x變化的靈敏度記作Sxy，定義為： Sxy=(dy/y)/(dx/x)。

該靈敏度與測(cè)量儀器或電路系統(tǒng)靈敏度不是一個(gè)概念，該靈敏度越小，標(biāo)志著電路容錯(cuò)能力越強(qiáng)，穩(wěn)定性也越高。

5、群時(shí)延函數(shù)

當(dāng)濾波器幅頻特性滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，為保證輸出信號(hào)失真度不超過允許范圍，對(duì)其相頻特性∮(w)也應(yīng)提出一定要求。在濾波器設(shè)計(jì)中，常用群時(shí)延函數(shù)d∮(w)/dw評(píng)價(jià)信號(hào)經(jīng)濾波后相位失真程度。群時(shí)延函數(shù)d∮(w)/dw越接近常數(shù)，信號(hào)相位失真越小。

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