滤波器基本知识介绍教程.ppt

劉占;目录 滤波器概述 滤波器的分类 1.按所处理的信号 2.按所通过信号的频段 3.按所采用的元器件 滤波器设计 滤波器选取 数字滤波器 模拟滤波器 滤波器内容的拓展 ;简介 滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过, 而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制,它实质上是一个 选频电路. 滤波器中,把信号能够通过的频率范围,称为通频带或通带 ；反之,信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带 ；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；理想滤波器在通 带内的电压增益为常数,在阻带内的电压增益为零；实际滤波 器的通带和阻带之间存在一定频率范围的过渡带. ;濾波器概述 滤波器是能选择、通过或抑制某频率范围信号的电路 或器件.早在19世纪80年代,电阻、电容滤波电路就已经出现 .具有频率选择功能的电感、电容谐振回路(图1)可作为最简 单的滤波器. 由于许多电路和系统都要区分不同频率的信号 ,滤波器遂被广泛地用在通信、广播、雷达以及许多仪器和 设备中. 图1频率选择电路 下边介绍一下常用滤波器的材质及工作原理 ;陶瓷滤波器是由锆钛酸铅陶瓷材料制成. 石英晶体滤波器是由SiO2材料制成. 上述两种滤波器的工作原理相同,都是利用这些材料的压电 效应,产生机械形变和电场间的相互转变,使绝缘材料用到了 交变流路中. 声表面滤波器(SAW)是由铌酸锂、锆钛酸铅或石英晶体压电 材料为基础构成的一种电-声换能器.它是通过真空镀法将金 属蒸发在压电基体上,然后通过光刻工艺制成的. SAW由于采用与集成电路相同的平面加工工艺,制造简单, 一致性能好,是目前应用极为广泛的集中选频滤波器. 常见石英晶体滤波器和SAW的一些典型参数如下:;石英晶体滤波器指标 声表面带通滤波器的指标 下边介绍一下滤波器的应用频率范围 ;滤波器的应用频率范围 滤波器的应用频率范围极宽,有适用于低到零点几赫的滤波 器,也有高到微波波段的滤波器.根据滤波频率的中心频率和其 他要求的不同,滤波器中采用各??谐振元件,电感、电容是最常 用的谐振元件.对于工作于1千赫～100兆赫、相对带宽较窄且温 度和时间稳定性要求高的滤波器,常用压电晶体作为谐振元件( 见晶体滤波器).还有用金属棍、盘作为谐振元件的机械滤波器, 和把晶体与机械滤波器原理合并而成声表面波滤波器（图2）. 图2 不同的滤波器适应的频率范围 ;常用滤波器的特点介绍 SAW的工作频率最高.陶瓷滤波器最低； 晶体滤波器的相对带宽最窄,而SAW可窄可宽； 均有一定的插入损耗,特别是多级级联实现良好的矩形系 数要求是,插入损耗会更大. 使用这些滤波器时需要注意的是： 所有的这些滤波器特性,均是在输入输出匹配的条件下测得 的,因此使用时必须注意滤波器的前后的阻抗匹配. 滤波器有一定的插入损耗,它与放大器相连时若放在放大器 前面,先滤波后放大,有利于清除干扰,但不利于整机的噪声 性能.若放在放大器后面,有利于提高噪声性能,但干扰也被 放大,特别是强干扰会引起一系列的失真.一般需要具体问题 具体考虑. ;滤波器类型 巴特沃斯滤波器（最平坦响应） 巴特沃斯滤波器.特点是通频带的频率响应曲线最大限度 平坦,没有起伏,而在阻频带则逐渐下降为零.巴特沃斯响应能够 最大化滤波器的通带平坦度.特别适用于低频,其对于维护增益 的平坦性非常重要.在振幅的对数对角频率的波特图上(下图), 从某一边界角频率开始,振幅随着角频率的增加而逐步减少,趋 于负无穷大. ;切比雪夫滤波器(1) 切比雪夫滤波器是在通带或阻带上频率响应幅度等波纹 波动的滤波器.在通带波动的为「I型切比雪夫滤波器」,在阻 带波动的为「 II型切比雪夫滤波器」.切比雪夫滤波器在过渡 带比巴特沃斯滤波器的衰减快,但频率响应的幅频特性不如 后者平坦.切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之 间的误差最小,但是在通频带内存在幅度波动. 那么是I型和II型哪种常用呢? I型切比雪夫滤波器最为常见. II型切比雪夫滤波器,也称倒数切比雪夫滤波器.较不常用, 主要原因: 1.频率截止速度不如I型快, 2.需要用更多的电子元件. ;切比雪夫响应(2) 切比雪夫滤波器的频率响应曲线如下： 两种滤波器的使用范围： 如果需要快速衰减而允许通频带存在少许幅度波动,可用第一类切比雪夫滤波器. 如果需要快速衰減而不允许通频带存在幅度波动,可用第二类切比雪夫滤波器. ;椭圆函数滤