2 2.2 滤波器的原理 为了能准确的恢复信号 ，必须以超过 最高频率分量两倍的频率对其进行采样，实际上许多信号包含了频率分量的全部频谱，即从有用的频谱到白噪声的频谱，要精确的恢复这些信息，要求系统具有无法实现的高采样速率。 通过预处理输入信号，可以很容易的克服这个困难，其方法是在采样数据输入之前，采取措施限制带宽或则进行频率滤除。前置滤波器通常称为抗混叠保证滤波器，例如在低通滤波器情况，数据采样系统接受到的模拟信号，其频谱内容不比滤波器允许的那些频率高。 所以在考虑语音信号的干扰信号的频谱时，可以采用限制宽带的方法，如果低通滤波器预先限制带宽，产生于语音信号的噪声的研究将得到简化。 2.2.1 设计要点 要得到一个完全理想的滤波器是无法用一个运放组成的。即使可能，由于各个元件之间的复杂互感而导致设计者要用非常复杂的计算才能完成滤波器的设计。通常对波形的控制要求越复杂就意味者需要更多的运放，这将根据设计者可以接受的最大畸变来决定。或者可以通过几次实验而最终确定下来。如果设计者希望用最少的元件来实现滤波器，那么就别无选择，只能使用传统的滤波器，通过计算就可以得到了。 这里主要考虑以下几点： 1. 滤波器的拐点（中心）频率 2. 滤波器电路的增益 3. 低通和高通滤波器的类型（Butterworth、Chebyshev、Bessel） 2.2.2 滤波器的原理及论证 理想滤波电路的频响在通带内应具有一定幅值和线形相移，而在阻带内其幅值为0，实际中滤波器的设计往往难以在幅频和相频响应都能达到理想的要求，因此只能根据实际情况设计不同的滤波器来寻求最佳的效果，这里对常见的三种滤波电路做个简单的比较。 下图给出了巴特沃斯与贝塞尔（Besse1）、契比雪夫（Chebyshev）滤波器的特性差异。可以看出，巴特沃斯滤波器在线性相位、衰减斜率和加载特性三个方面具有特性均衡的优点，因此在本设计中，巴特沃斯滤波器列为首选。 图2.3 滤波器特性差异图 巴特沃斯（Butterworth）滤波器是一种具有最大平坦幅度响应的低通滤波器，它在通信领域里已有广泛应用，在电测中也具有广泛的用途，可以作检测信号。它的平方幅度响应为 （2－9） 其中，n为滤波器的阶数， 为低通滤波器的截止频率。该滤波器具有一些特殊的性质： ① 对所有的n，都有当 时， ； ② 对所有的n，都有当 时， ；即在 处有3dB的衰减； ③ 是 的单调递减函数，即不会出现幅度响应的起伏； ④ 当n→∞时，巴特沃斯滤波器趋向于理想的低通滤波器； ⑤ 在 =0处平方幅度响应的各级导数均存在且等于0，因此 在该点上取得最大值，且具有最大平坦特性。 2.2.3 Sallen Key滤波器数学分析 为了使输出电压在高频段以更快的速率下降，以改善滤波效果，可以再加一节RC低通滤波环节，组成Sallen Key二阶有源滤波电路。它比一阶低通滤波器的滤波效果更好。 下图是增益为1的巴特沃斯滤波器，是一种流行的、广泛应用的二阶滤波器。它的成本很低，仅需要一个运放和四个无源器件组成。是一个单位增益的电路，改变它的增益同时就改变了滤波器的幅频特性和类型。从下图可以看出，它是有两节RC滤波电路和同相比例放大器组成，其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。 图2.4滤波器原理图 根据理想放大器特点可知，运放工作在线形区时，理想运算放大器的的两个输入端无电流，即两个输入端开路 ， ；工作在线形区时 ，即虚短路，这里 ，RC接在电压跟随器上，所以通带内的增益为 （2－10） 从上图可以看出 （2－11） （2－12） 对于 所在的那一点，它的电流是通过C1和C2电流的和，又因为R1=R2，则有， （2－13） 把（2-12）代入（2-13），得出 则有 （2－14） 可见合理调整电阻电容的值，即可得到不同拐点频率 ，从而可以设计不同特性的滤波器。
本文档为【滤波器的原理】，请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑，
图片更改请在作品中右键图片并更换，文字修改请直接点击文字进行修改，也可以新增和删除文档中的内容。
该文档来自用户分享，如有侵权行为请发邮件ishare@vip.sina.com联系网站客服，我们会及时删除。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生，若发现您的权利被侵害，请联系客服邮件isharekefu@iask.cn，我们尽快处理。
本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权，请谨慎使用。
网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传，仅限个人学习分享使用，禁止用于任何广告和商用目的。
浙公网安备 33021202002483