[工学]第三章 信号分离电路.ppt

第3章 信号滤波 学习要点： 了解常用滤波器、尤其是有源滤波器的种类及其特点。 理想滤波器的幅频特性及实际滤波器的逼近。 几种滤波器的响应函数及其特点。 实际模拟滤波器的频率特性与滤波器参数的确定。 常用的有源滤波器的设计方法：公式法 3.1 滤波器的基本知识 一、类型 按处理信号形式分：模拟滤波器和数字滤波器 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 一阶有源高通滤波器 3.2 二阶RC有源滤波电路 一、压控电压源型滤波电路(运放作为低增益器件) 二、无限增益多路反馈型滤波电路(运放作为高增益器件) 三、RC有源滤波器的设计 一、压控电压源型RC有源滤波器 1.低通滤波电路 2.高通滤波电路 3.带通滤波器 4.双T带阻滤波器 抑制和衰减某一频段的信号，用于电子系统抗干扰 低通电路和高通电路并联 低通电路由两个电阻R和一个电容2C构成的T形网络。 高通电路是由两个电容C和一个电阻R/2构成T形网络。 平衡式结构 R3=R1//R2,C3=C1//C2 R1R2C3＝（R1＋R2)(C1＋C2）R3 一般取R3=R/2,C3=2C,C1=C2=C, R1=R2=R 5.压控电压源型滤波器的特点 元件数目少 对运放理想程度要求不高 结构简单 增益和截止频率独立，调整方便（★） 正反馈，稳定性差（★） 二、无限增益多路反馈型RC有源滤波器 理论上无限增益运放(远大于60dB,通常应大于80dB) 多路反馈 接入运放反相端 三、 RC有源滤波电路设计 公式法 根据公式计算其余元件的参数。在实际设计计算时往往非常复杂，计算工作量很大。 图表法 工程上常用，又称为归一化法。将所有的有源滤波器的设计归结为截止频率为1的低通滤波器的设计，然后通过一定的规则把归一化的低通滤波器变换成最终所需要的实用滤波器。 计算机辅助设计 采用软件进行设计，设计类型受到限制和一些特定的要求难以满足。 类比设计 依据一个成熟、实用的有源滤波器，通过一定的规则把滤波器的截止频率变换到实际所需的数值，但其他特性不变。 三、RC有源滤波电路设计 公式法设计主要包括以下四个过程： 确定传递函数（应用特点确定、阶数） 选择电路结构（选取原则P89：特性要求、低灵敏度） 选择有源器件（器件特性、噪声、Ri、Ro ） 计算无源元件参数（预设、先C后R） (1)传递函数的确定 例1 试设计一低通滤波器，要求通带截止频率ωp=1000Hz,通带内增益Kp＝1000且保持平坦，在阻带内截止频率ωr＝1500Hz处至少衰减20dB。 (2)电路结构的选择 (3)有源器件的选择 (4)无源器件的选择 例2 教材练习3－12 设计一个有源二阶多路反馈环型带通滤波器，要求中心频率f0＝300Hz，通带B＝75Hz （1）滤波器类型确定。电路结构图如图所示。 （2）有源器件的选择 运算放大器可以选用OP07。其开环增益较高，失调较小其频率特性也可满足要求。 （3）无源元件参数计算 根据表3-2和题意，可知fc1=300-75/2=262.5Hz，fc2=300＋75/2=337.5Hz，可选则C1＝C2＝0.01uF。R3可以根据公式（3-53）计算出来。 选取R1＝10KΩ，Q＝ω0/2πB=4，ω0＝2πf0。根据式3-51，可得Kp 根据式3-52，可得R2。（P49） 课堂小结 习题讲解 1-5 影响测控电路精度的主要因素有哪些，而其中哪几个因素又是最基本的，需要特别注意？ 影响测控电路精度的主要因素有： （1）??? 噪声与干扰； （2）??? 失调与漂移，主要是温漂； （3）??? 线性度与保真度； （4）??? 输入与输出阻抗的影响。 其中噪声与干扰，失调与漂移（含温漂）是最主要的，需要特别注意。 1-7 什么是“自上而下”的设计方法？ 1-9为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在哪些方面？ 为了适应在各种情况下测量与控制的需要，要求测控系统具有选取所需的信号、灵活地进行各种变换和对信号进行各种处理与运算的能力，这些工作通常由测控电路完成。它包括： （1）模数转换与数模转换； （2）直流与交流、电压与电流信号之间的转换。幅值、相位、频率与脉宽信号等之间的转换； （3）量程的变换； （4）选取所需的信号的能力，信号与噪声的分离，不同频率信号的分离等； （5）对信号进行处理与运算，如求平均值、差值、峰值、绝对值，求导数、积分等、非线性环节的线性化处理、逻辑判断等。 2-3 请选择合适的运放、电源并设计一个同相放大器，要求其增益为10倍，信号源内阻为100MΩ和信号幅值为10 mV。 3-10 VCVS型高通滤波器的电路如