CH5模拟信号的调理与转换,5.2 滤波器5.2.1 滤波器分类5.2.2 理想滤波器5.2.3 实际滤波器 5.2.4 模拟滤波器的应用,滤波器是一种选频装置，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.(滤波器是一种选频装置.),5.2 Filters 滤波器,5.2.1 滤波器的分类,根据模拟滤波器的选频作用 低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器, 或陷波器,按照信号处理的性质 模拟滤波器 数字滤波器,按滤波器元件的性质 有源滤波器 无源滤波器,5.2.1 Classification of filters,a）低通滤波器: 允许低于截止频率的频率成分几乎不受衰减地通过，而使高于的频率成分受到极大的衰减.,b) 高通滤波器: 允许信号中高于的频率成分几乎不受衰减地通过，其余频率成分受到极大的衰减 .,5.2.1 Classification of filters,c) 带通滤波器: 它使高于下截止频率而低于上截止频率的频率成分几乎无衰减地通过，而其余成分受到极大的衰减.,d)带阻滤波器 : 其特性与带通滤波器刚好相反，它使低于下截止频率而高于上截止频率的频率成分不受衰减地通过，而其余成分受到极大衰减.,5.2.2 理想滤波器,理想低通滤波器的频率特性,频率特性函数、幅频特性和相频特性分别为:,5.2.2 理想滤波器,1. 脉冲响应,5.2.2 理想滤波器,给理想滤波器一个脉冲激励，在t=0时刻单位脉冲输入滤波器之前，滤波器就已经有响应了。故物理不可实现。,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。,5.2.3实际滤波器,实际滤波器的参数 RC 滤波器,实际滤波器,5.2.3 实际滤波器,低通滤波器,高通滤波器,5.2.3 实际滤波器,带通滤波器,带阻滤波器,5.2.3 实际滤波器,理想滤波器是不存在的，实际滤波器幅频特性中通带和阻带间没有严格界限，存在过渡带。,5.2.3 实际滤波器,实际滤波器的参数: 截止频率 纹波幅度d (带宽B) (品质因数Q ) (倍频程选择性W) 滤波器因素(矩形系数) ,1)(截止频率 )：幅频特性值等于（ ）所对应的频率称为滤波器的截止频率。 (-3dB),5.2.3实际滤波器,又称半功率点 : 因为在该频率下功率下降一半。P=1/2P0,5.2.3实际滤波器,1) 纹波幅度d在一定的频率范围内，幅频特性的波动范围的大小.,3)带宽B：上下截止频率间范围,5.2.3实际滤波器,Q= w0 / B,5.2.3实际滤波器,品质因数Q ：中心频率 和带宽的比值,中心频率 :,5.2.3实际滤波器,4）倍频程选择性：频率变化一个倍频程时的衰减量 .,dB (decibel),5.2.3 实际滤波器,5) 滤波器因素(矩形系数) ：,理想滤波器, =1实际滤波器, =（15）,5.2.4 模拟滤波器的设计,确定滤波器的传递函数 Bulterworth巴特沃思滤波器 Chebyshev 切比雪夫滤波器 Elliptic 椭圆滤波器 Bessel 贝塞尔滤波器 实现滤波器,低通滤波器,5.2.4 滤波器的设计,巴特沃思滤波器 仅考虑幅频特性. 具有最大平坦的幅频特性.,巴特沃思滤波器,设计一低通巴特沃思滤波器，要求通带截止频率2kHz，阻带始点频率4kHz处衰减量-15 dB.,求得n=2.468, 取n=3,解:,n=2.468 and make n=3,滤波器的设计,2 滤波器的实现,RC 滤波器 电路简单; 抗干扰性强 ; 低频特性好; 采用RC就能实现；,RC 滤波器 低通RC滤波器 高通RC滤波器 带通RC滤波器 带阻RC滤波器,1)低通RC滤波器,电路微分方程:,频率响应:,幅频、相频特性:,当 ,因此, RC 决定了截止频率的值.,则截止频率为：,2)RC 高通滤波器,微分方程:,频率响应,传递函数,2)RC 高通滤波器,频率响应,当 ,则有截止频率为,3）RC 带通滤波器,传递函数:,频率响应:,3) RC 带通滤波器,频率响应:,下截止频率:,上截止频率:,高通滤波器的截止频率,低通滤波器的截止频率,4）RC 带阻波器,5.2.4模拟滤波器应用,模拟滤波器在测试系统或专用仪器仪表中是一种常用的变换装置 高通滤波器用于声发射检测仪中剔除低频干扰噪声。 带通滤波器用作频谱分析仪中的选聘装置。 低通滤波器用作数字信号分析系统中的抗混叠滤波。,