信号的滤波ppt课件.ppt

信号的滤波,1,信号滤波的原因信号滤波的概念滤波器的分类及工作原理滤波器的应用,2,一.信号滤波的原因,滤波是抑制或消除噪声的主要手段之一。,3,二.信号滤波的概念,通过滤波器选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。滤波过程如图所示。,4,滤波器概述,滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号利用这个特性可以将通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。,5,滤波器,6,三、滤波器的分类,按滤波器的频率特性分类按滤波器的电路组成分类,7,1、按滤波器的频率特性分类,低通,高通,带通,带阻,8,(1)低通滤波器(LPF),过渡带:越窄表明选频性能越好,理想滤波器没有过渡带。,H:通带截至频率,A0:通带电压放大倍数,9,(2)高通滤波器(HPF),10,(3)带通滤波器(BPF),11,(4)带阻滤波器(BEF),12,滤波器的串/并联,低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器。,13,理想滤波器,理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。,14,物理不可实现,理想滤波器在时域内的脉冲响应函数h（t）为sinc函数。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸。,15,实际滤波器,理想滤波器是不存在的，在实际滤波器的幅频特性图中通带和阻带间应没有严格的界限,，存在一个过渡带。,1)纹波幅度d：波动幅度d与幅频特性平均值A0相比应小于-3dB。,2)截止频率fc:幅频特性值等于0.707A0所对应的频率,3)带宽B和品质因数Q:上下两截频间的频率范围称为带宽中心频率和带宽之比称为品质因数,4)倍频程选择性W:指在上截止频率fc2与2fc2之间幅频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量。,16,恒带宽、恒带宽比滤波器,实际滤波器频率通带通常是可调的，根据实际滤波器中心频率与带宽之问的数值关系，可以分为两种。,2)恒带宽比带通滤波器,1)恒带宽带通滤波器,17,2、按滤波器的电路组成分类,RC无源滤波器RC有源滤波器LC无源滤波器由特殊元件构成的无源滤波,18,RC无源滤波器,在测试系统中，常用RC滤波器。因为这一领域中信号频率相对来说不高。而RC滤波器电路简单，抗干扰强，有较好的低频性能，并且选用标准阻容元件。,1)一阶RC低通滤波器,19,2)一阶RC高通滤波器,3)RC带通滤波器,20,RC有源滤波器,有源滤波电路:,用工作在线性区的集成运放和RC网络组成,实际上是一种具有特定频率响应的放大器。,21,组成：简单RC滤波器同相放大器特点：Avp0，带负载能力强缺点：阻带衰减太慢，选择性较差,22,(2).根据定义求出主要参数,(3).画出电路的幅频特性,(1).电路图电路的传递函数Av(s)频率特性Av(j),有源滤波电路的分析方法:,23,-幅频响应,显然，这里的n就是-3dB截止角频率H。,(2).幅频响应,2.性能分析,24,-传递函数,(1).传递函数,25,滤波器的特点,LC无源滤波器RC无源滤波器RC有源滤波器由特殊元件构成的无源滤波,26,LC无源滤波器,滤波器由电感L和电容C组成的无源电抗网络。优点：损耗小、噪声低、灵敏度低，有良好的频率选择特性。缺点:是电感元件体积大，品质因数低，不便于小型化和集成化，因而较少应用。,27,RC无源滤波器,组成：滤波器由电阻R和电容C组成。特点：优点电路简单，成本低，相对LC无源滤波器来说，少了电感，易于集成。缺点带负载能力差，通常只用于要求不高的场合。,28,RC有源滤波器,组成：由电阻R和电容C和有源器件组成。特点：优点和无源滤波器差不多，就是比无源滤波器多一个放大的功能，电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小。带负载能力强。缺点集成运放带宽有限；不适于高压大电流的负载，一般做信号处理。（注：高压大电流负载时应采用LC电路。）,29,由特殊元件构成的无源滤波器,这类滤波器主要有压电陶瓷滤波器、晶体滤波器和声表面波滤波器等。这些滤波利用特殊元件通过电能与机械能、分子振动能之间的相互转换，并利用器件的固有谐振频率实现频率的选择。,特点：优点：这类滤波器多用于对某单一频率的带通或带阻滤波，其品质因素高，稳定性也很高。缺点：但由于其品种系列有限，调整不便，仅能用于少数几个频点。,30,滤波器的主要特性指标,特征频率带宽增益与衰减阻尼系数与品质因素灵敏度,31,1、特征频率,通带截止频率：P=P/（2）阻带截止频率：r=r/（2）转折频率：c=c/（2）中心频率（谐振频率）：0=0/（2）,32,33,2、带宽,带通或带阻滤波器的带宽定义为：,用角频率表示：,34,3、增益与衰减,对于低通滤波器，通带增益一般是指频率0处的增益；对于高通滤波器，通带增益一般是指频率时的增益；对于带通滤波器，通带增益一般是指中心频率处的增益；对于带阻滤波器，则给出的是阻带衰减，通常定义为通带与阻带中心频率处增益之差。,35,通带波纹,通带增益的变化量KP是指通带中各点增益的最大变化量，常常称为通带波纹。,36,4、阻尼系数与品质因素,阻尼系数表征了滤波器对角频率为0信号的阻尼作用，是滤波器中表示能量衰减的一项指标。阻尼系数的倒数称为品质因素Q，是评价带通和带阻滤波器的频率选择性的一个重要指标。,37,5、灵敏度,滤波器由若干元件构成，每个元件的参数值的变化都会影响滤波器的性能。把滤波器某一性能指标y对某一元件参数x变化的灵敏度表示为：,38,6、群延时函数,有些场合则不仅滤波器的幅频特性有要求，而且滤波器的相频特性也要满足一定的要求。在滤波器的设计中常用滤波器的群延时函数来评价信号经滤波器后相位失真的程度。群延时函数定义为：,39,四、滤波器的应用,案例：旅游索道钢缆检测,40,5.3信号的滤