3.4 电视信号的形成.ppt

濾波器頻率響應的特性 主動低通濾波器 主動高通濾波器 基本濾波器頻率響應 15 1 15 2 15 3 15 4 主動帶止濾波器 濾波器頻率響應的量測 15 6 15 7 主動帶通濾波器 15 5 15 1基本濾波器頻率響應1 低通濾波器頻率響應 low passfilterresponse 通帶 passband 指的是容許以最小衰減量 通常定義為小於 3db的衰減量 通過濾波器的頻率範圍 臨界頻率 criticalfrequency fc 也稱為截止頻率 cutofffrequency 用來定義通帶的末端 通常指的是從通帶頻率響應算起 頻率響應下降 3db 70 7 的地方 低通濾波器 low passfilter 會允許從直流到fc之間的信號頻率通過 並明顯地衰減所有其它頻率 圖15 1低通濾波器的頻率響應 高通濾波器的頻率響應 high passfilterresponse 高通濾波器 high passfilter 可以明顯衰減所有低於的頻率或拒絕讓它通過 只讓頻率高於的信號通過 圖15 2高通濾波器頻率響應 帶通濾波器的頻率響應 band passfilterresponse 帶通濾波器 band passfilter 能讓下限頻率和上限頻率之間的所有信號頻率通過 並阻止其它在指定頻帶之外的頻率通過 圖15 3一般的帶通頻率響應曲線 品質因數 qualityfactor 帶通濾波器的品質因數 q 是中心頻率對頻寬的比值 品質因數 q 也可以用濾波器的阻尼係數 dampingfactor df 例題15 1 某一個特定帶通濾波器的中心頻率是15khz 頻寬為1khz 試求q值 並判斷濾波器應該是窄頻帶或寬頻帶 例題15 1 解因為q 10 所以這是窄頻帶濾波器 帶止濾波器的頻率響應 band stopfilterresponse 帶止濾波器 band stopfilter 另稱notch band reject或band elimination濾波器 因為在某一個頻寬內的頻率被阻止通過 而此頻寬外的頻率則允許通過 所以可以將它想成是帶通濾波器的相反操作 圖15 4一般帶止濾波器的頻率響應 15 2濾波器頻率響應的特性 圖15 5三種類型的濾波器頻率響應特性的比較圖 巴特沃特性 thebutterworthcharacteristic 巴特沃 butterworth 特性在通帶上具有非常平坦的頻率響應 且下降率為每個極點 20db decade 不過相位移的頻率響應並不是線性的 也就是說 通過濾波器的信號 其相位移 即時間上的延遲 會隨著頻率呈現非線性變化 巴特沃頻率響應也常常稱為最平坦頻率響應 maximallyflatresponse 契比雪夫特性 thechebyshevcharacteristic 具有契比雪夫 chebyshev 頻率響應特性的濾波器 主要應用於需要快速下降率的場合 這是因為它每個極點的下降率可以大於 20db decade 貝索特性 thebesselcharacteristic 貝索 bessel 頻率響應則顯現相位的線性響應特性 意指相位移會隨著頻率線性增加 阻尼係數 thedampingfactor 主動濾波器電路的阻尼係數 dampingfactor df 可以決定濾波器能顯示出哪一種頻率響應特性 圖15 6主動濾波器的一般方塊圖 例題15 2 如果圖15 6中的主動式單極點濾波器內 回授電路的電阻r2為10k 則r1值必須是多少 才可以得到最平坦的巴特沃頻率響應 例題15 2 解使用最接近的電阻值5 6k 其誤差為5 86k 的5 標準內 即可得到非常接近理想巴特沃的頻率響應 臨界頻率和下降率 criticalfrequencyandroll offrate 臨界頻率是由頻率選擇rc電路內的電阻和電容值來決定 臨界頻率為 圖15 7一階 單極點 低通濾波器 圖15 8濾波器的極點數目可以藉由串接的方式增加 15 3主動低通濾波器 單極點濾波器 asingle polefilter 圖15 9單極主動低通濾波器以及頻率響應曲線 沙倫基低通濾波器 thesallen keylow passfilter 圖15 10基本沙倫基二階低通濾波器 例題15 3 試求圖15 11中低通濾波器的臨界頻率 並設定r1值 使濾波器的頻率響應近似巴特沃特性 圖15 11 例題15 3 解因為ra rb 1 0k 以及ca cb 0 02 f 對於巴特沃頻率響應而言 r1 r2 0 586 選擇一個盡可能地接近上述計算值的標準電阻值 串接的低通濾波器 圖15 12 圖15 12 續 例題15 4 圖15 12 b 的四極點濾波器中 假設rc低通電路內的所有電阻值都是1 8k 如果要使臨界頻率為2680hz 則試求此時的電容值 同時也求出使濾波器符合巴特沃頻率響應的回授電阻值 例題15 4 解這兩級都必須具有相同的fc 假設電容值相等 為簡化起見 r2 r4 1 8k 參照表15 1 如果第一級濾波器具有巴特沃頻率響應 則df 1 848 r3 r4 0 152 所以 例題15 4 解選擇r1 270 在第二級 df 0 765 r3 r4 1 235 所以 所以選擇r3 2 2k 15 4主動高通濾波器 單極點濾波器 asingle polefilter 圖15 13單極點主動高通濾波器和頻率響應曲線 圖15 14高通濾波器的頻率響應 沙倫基高通濾波器 thesallen keyhigh passfilter 圖15 15基本沙倫基二階高通濾波器 例題15 5 為使圖15 15中的沙倫基高通濾波器符合二階巴特沃頻率響應 試選擇適當電阻與電容值 假設濾波器中所有的電阻值與電容值分別具有相等的數值 且臨界頻率約為10khz 例題15 5 解首先選擇電阻值ra以及rb 為了簡化起見 r1或r2也可以和ra和rb一樣 其次 利用fc 1 2 rc 計算電容值 對於巴特沃頻率響應而言 阻尼係數必須是1 414 而r1 r2 0 586 任意選定的值 例題15 5 解如果我們剛開始的選擇是r1 3 3k 則不管使用哪一個方式 選擇最接近這些計算值的標準電阻與電容值 就能獲得近似巴特沃頻率響應的濾波器 串接高通濾波器 cascadinghigh passfilters 圖15 16六階高通濾波器 15 5主動帶通濾波器 串接低通和高通濾波器 圖15 17串接二極點高通濾波器和二極點低通濾波器 所形成的帶通濾波器 濾波器串接的順序不是很重要 圖15 17 續 串接二極點高通濾波器和二極點低通濾波器 所形成的帶通濾波器 濾波器串接的順序不是很重要 多重回授帶通濾波器 multiple feedbackband passfilter 圖15 18多重回授帶通濾波器 中心頻率的表示式可以如下推導 同時也要注意從c1回授路徑看和r1是r3呈並聯狀態 此時將vin訊號源以短路取代 使c1 c2 c 則可以得到 要導出增益的表示式 必須先由r1和r2的公式如下算出q值 然後 代入消去後可得到 例題15 6 求出圖15 19中濾波器的中心頻率 最大增益和頻寬 圖15 19 例題15 6 解 狀態變數濾波器 state variablefilter 圖15 20狀態變數濾波器 基本工作原理 basicoperation 圖15 21一般狀態變數頻率響應曲線 例題15 7 試求圖15 22狀態變數濾波器中帶通的中心頻率和q bw 圖15 22 例題15 7 解對於每一個積分器而言 中心頻率約等於積分器的臨界頻率 雙二次濾波器 biquadfilter 雙二次濾波器與狀態變數濾波器結構相似 它是由一個積分器 跟著一個反相放大器 及另一個積分器所構成 圖15 23雙二次濾波器 15 6主動帶止濾波器 帶止濾波器能阻止頻率位於指定頻帶內的信號通過 並讓其它的頻率通過 其頻率響應和帶通濾波器相反 帶止濾波器有時稱為凹口波濾波器 notchfilter 多重回授帶止濾波器 multiple feedbackband stopfilter 圖15 24多重回授帶止濾波器 狀態變數帶止濾波器 state variableband stopfilter 圖15 25狀態變數帶止濾波器 例題15 8 驗證圖15 26帶止濾波器的中心頻率為60hz 此濾波器最佳化成值為10 圖15 26 例題15 8 解f0等於積分器各級的fc 實際上 元件特性值是相當重要的 藉由選擇r6 以及計算r5 我們可以得到q 10 例題15 8 解我們選擇r6 3 3k 然後使用最接近100k 的電阻標準值 15 7濾波器頻率響應的量測 離散點測量法 discretepointmeasurement 1 將正弦波產生器的振幅設定在期望的電壓位準 2 將正弦波產生器的頻率 設定為明顯低於所要測試濾波器的臨界頻率值 就低通濾波器而言 盡可能將頻率設定在0hz附近 就帶通濾波器而言 將頻率設定為明顯低於所期望的下臨界頻率 3 以預先決定的頻率差距增加頻率 以便獲得足夠的數據點來畫出頻率響應曲線 4 改變頻率時 仍須維持固定的輸入電壓振幅 5 記錄每一個頻率的輸出電壓值 6 在記錄足夠數量點之後 畫出輸出電壓相對於頻率的曲線圖 如果量測的頻率超過數字電錶的頻率響應 可以改用示波器 圖15 27用來進行濾波器頻率響應離散點測量儀器的設置 這裡的讀數是隨意表示 僅供顯示而已 掃瞄頻率量測法 sweptfrequencymeasurement 圖15 28利用掃瞄頻率量測法量測濾波器頻率響應的儀器設置 圖15 28 續 利用掃瞄頻率量測法量測濾波器頻率響應的儀器設置 無線射頻識別系統 rfidsystem 無線射頻識別 rfid radiofrequencyidentification 是一種目標追蹤或識別的技術 通常rfid系統包括一個無線射頻識別標籤 裡面是一個能傳送目標資料的ic晶片 一個讀取器 用來接收標籤傳送出來的資料 以及一個資料處理器 用來處理及儲存從讀取器傳來的資料 圖15 29一個無線射頻識別 rdif 系統的基本方塊圖 無線射頻識別標籤 therfidtag 被動式無線