第5部分信号调理技术2汇编.ppt

测试技术与信号处理 第三节 滤波器　 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。 第四章 信号的调理与记录 一、概述 滤波 滤波器分类（根据滤波器的选频作用分类） 低通 高通 滤波器 带通 带阻 滤波器 滤波器的串/并联　 低通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。 低通和高通滤波器的串联成为带通滤波器 LPF HPF 低通和高通滤波器的并联成为带阻滤波器 LPF HPF 滤波器 1.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。 f j ( f ) -fc fc 以理想的低通滤波器为例，其特性为 -fc |H( f )| fc f 0 二、滤波器性能分析 滤波器 理想滤波器的物理不可实现 　 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。 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。故为物理不可实现。 fc H( f ) 滤波器 2.实际滤波器的特征参数 　 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。 0 f A 滤波器 又称-3dB带宽，单位为Hz。带宽表示滤波器的分辨能力，即滤波器分离信号中相邻频率成分的能力。 0 f fc1 fc2 A0 0.707A0 (1) 截止频率fc：0.707A0 所对应的频率。 (3) 纹波幅度d：通带中幅频特性值的起伏变化值。 (4) 品质因子Q：中心频率和带宽之比。 B Q=f0 / B 2d (2) 带宽B：上下两截止频率之间的频率范围。 B=fc2 - fc1 f0 d 值应越小越好 Q 越大，则相对带宽越小，滤波器的选择性越好。 滤波器 从阻带到通带或从通带到阻带，实际滤波器有一个过渡带，过渡带的曲线倾斜度代表着幅频特性衰减的快慢程度，通常用倍频程选择性来表征。 倍频程衰减量以dB或dB/oct表示(Octave，倍频程)。 衰减越快（即W值越大），滤波器的选择性越好。 或 指在上截止频率 fc2 与 2fc2 之间或下截止频率 fc1与 fc1 / 2 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。 (5) 倍频程选择性W 滤波器 定义为滤波器幅频特性的-60dB带宽与-3dB带宽的比，即 对理想滤波器有 l = 1。 对普通使用的滤波器， l 一般为1 ~ 5。 (6)滤波器因数(矩形系数) l 滤波器 三、实际滤波电路　 在测试系统中，常用RC滤波器。因为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 。 R C ui + uo R C ui + uo RC无源滤波器： 　 低通滤波器 高通滤波器 滤波器 1) 一阶RC低通滤波器 R C ui + uo 滤波器 R C ui + uo 2) 一阶RC高通滤波器 滤波器 3) RC带通滤波器 可以看作为高通滤波器和低通滤波器的串联 滤波器 带通 带阻 滤波器 R1 C1 C2 ui + uo R2 + 带通滤波器 (图4-26） 一阶RC滤波器在过渡带内的衰减速率非常慢，每个倍频程只有6dB （见上图），通带和阻带之间没有陡峭的界限，故这种滤波器的性能较差，因此常常要使用更复杂的滤波器。 滤波器 电感和电容一起使用可以使滤波器的谐振特性相对于一阶RC电路产生较为陡峭的滤波器边缘。 图4-28中给出了一些此类滤波器的构成方法。 滤波器 通过采用多个RC环节或LC环节级联的方式 (见图4-29)，可以使滤波器的性能有显著的提高，使过渡带曲线的陡峭度得到改善。 滤波器 这是因为多个中心频率相同的滤波器级联后，其总幅频特性为各滤波器幅频特性的乘积，因此通带外的频率成分将会有更大的衰减。但必须注意到，虽然多个简单滤波器的级联能改善滤波器的过渡带性能，却又不可避免地带来了明显的负载效应和相移增大等问题。为避免这些问题，最常用的方法就是采用有源滤波器。 滤波器 有源滤波器 通常的有源滤波器具有80dB/倍频程的下降带以及在阻带中有高于60dB的衰减。目前市场上己有高性能的高阶有源滤波器出售。 滤波器 四、带通滤波器在信号频率分析中的应用　 1. 多路滤波器的并联形式 多路带通滤波器并联常用于信号的频谱分析和信号中特定频率成分的提取。使用时常将被分析信号输入一组中心频率不同的滤波器，各滤波器的输出便反映了信号中所