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硬件设计中的滤波电路原理分析发布: 2010-4-26 14:01|作者: pcb_dz| 来源: 网络| 查看: 159次5HM,v5S)tqE0波的基本概念Dro5!kem06x4H+dOZ3V%M(b/E0滤 波是信 号处理中的一个重要概念。滤波分经典滤波和现代滤波。0%?N v0yE J/lVja0经典滤波的概念，是根据富立叶分析和变换提出的一个工程概念。根据高等数学理论，任何一个满足一定条件的信号，都 可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。换句话说，就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的，组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐 波成分。只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电 路，叫做经典滤波器或滤波电路。电子爱好者社区!m:?Z:%EmF电子爱好者社区Kg(TCR8n t-r5n实际上，任何一个电子系统都 具有自己的频带宽度（对信号最高频率的限制），频率特 性反映出了电子系统的这个基本特点。而滤波器，则是根据电路参 数对电路频带宽度的影响而设 计出来的工程应 用电路。*c!dX/jn;QrZ09O0c+f3nb6S%N$?b0用模拟电子电路对模拟信号进行滤波，其基本原理就是利用电路的频率 特性实现对信号中频率成分的选择。根据频率滤波时，是把信号看成是由不同频率正弦波叠加而成的模拟信号，通过选择不同的频率成分来实现信号滤波。电子爱好者社区2U3k(I42U,&c,l5Sq/NqT.6GW0当允许信号中较高频率的成分通过滤波器时，这种滤 波器叫做高通滤波器。i eQ1_%r?Gs0电子爱好者社区 ZG4d)-LX当允许信号中较低频率的成分通过滤波器时，这种滤波器叫做低通滤波器。电子爱好者社区PG X7y7_XG:I o5P,m#M_k0当 只允许信号中某个频率范围内的成分通过滤波器时，这种滤波器叫做带通滤波器。电子爱好者社区 ZD,kSMr0dxix0理 想滤波器的行为特性通常用幅度-频率特性图描述，也叫做滤波器电路的幅频特性。理想滤波器的幅频特性如图所示。图中，w1和w2叫做滤波器的截止频率。电子爱好者社区c1p3Z0wo电子爱好者社区)N8Q? YV bYe2g_M V0滤波器频率响应特性的幅频特性图+H&M FegD04CU p(w4iC-P8G9dj0 对于滤波器，增益幅度不为零的频率范围叫做通频带，简称通带，增益幅度为零的频率范围叫做阻带。例如对于LP，从-w1当w1之间，叫做LP的通带，其他 频率部分叫做阻带。通带所表示的是能够通过滤波器而不会产生衰减的信号频率成分，阻带所表示的是被滤波器衰减掉的信号频率成分。通带内信号所获得的增益， 叫做通带增益，阻带中信号所得到的衰减，叫做阻带衰减。在工程实际中，一般使用dB作为滤波器的幅度增益单位。电子爱好者社区 E/B-HN IK电子爱好者社区 E$q lxX低通滤波器电子爱好者社 区R,j7fL*q*i bJI8dR0xn q&R0低通滤波器的基本电路特点是，只允许低于截止频率的信号通过。Q*akqd0电子爱好者社区?;IX$M k6c（1）一阶低通Butterworth滤波电路电子爱好者社 区oCdOXTF电子爱好者社区iK- B6h&-m:O下图a和b是用运算放大器设计的两种一阶Butterworth滤波电路的电路。 图a是反相输入一阶低通滤波器，实际上就是一个积分电路，其分析方法与一阶积分电路相同。电 子爱好者社区/mk f-J j.S电子爱好者社区&Omt6wU2?电子爱好者社区/x6R &g电子爱好者社区3WD Q!k)t4tI(基 本滤波电路 演示%zb :a$n T0sZv0V)e7s9UJ2l H/OX0图b是同相输入的一阶低通滤波器。根据给定的电路图可以得到电子 爱好者社区k$tznJFQA电子爱好者社区 G+De5a;B w-PsGDX0U!iU ld J1rjX,YQ(l0 对滤波器来说，更关心的是正弦稳态是的行为特性，利用拉氏变换与富氏变换的关系，有kg+O8dL1S0VIDJe&Ot0YB5h0yy2uf0电子爱好者社区4ScRt5Z 下图是上式RC=2时的幅频特性和相频特性波特图。4O;M_9wA(nC R0电子爱好者社区1G4fmo0Z)J电子爱好者社区E0CsM T2v,Fg电子爱好者社区3LIJRRC=2 时一阶Butterworth低通滤波器的频率响应特性电子爱好者社区 xgM X3P,D _电子爱好者社区!kaMD2U/E*fp6E（2） 二阶低通Butterworth滤波电路W&r T4Hg&KF0P Z8c Pjsc0下 图是用运算放大器设计的二阶低通Butterworth滤波电路。电子爱好者社区*YR V;W$X+B!jbF(kqify8u)L0Q+E)FT?+z elI03G&H3Q*p0二阶 Butterworth低通滤波电路电子爱好者社区;K)gHE+c电子爱好者社区MP&E6p;I直接采用频域分析方法得到Jq!dd0电 子爱好者社区 Vy PT,x4V)E+fD$Rz8G;b0电 子爱好者社区La?!i v)jY 其中k = 1+R1/R2 。令Q=1/（3-k），w0=1/RC，则可以写成4eI%Z0电 子爱好者社区!Y/sliyN电子爱好者社区!_qb b0zCo电子爱好者社区z3T4 +FQs_+,ti 其中k相当于同相放大器的电 压放大倍数，叫做滤波器的通带增益，Q叫做品质因数，w0叫做特征角频率。电子爱好者社区9b9O4b._ Xd 9C6Cx.k3j;wg0oW$itx8M0下 图是二阶低通滤波器在RC=2时的波特图，其中图a是Q0.707时的效果，图b是Q=0.707时的效果，图c是Q0.707电子爱 好者社区.sF qe#T0o6V电子爱好者社区3)sN,M5Q4M#N zEH(b) Q=0.707电子爱好者社 区VXWXi?r+P(q1i/ pvG*F0(c)Q0.707 或Q0.707或 Q0.707时，通带边沿处会出现不