濾波是信號處理中非常重要的一個步驟,常用器件就是濾波器,濾波使輸出電壓紋波系數降低,波形變得比較平滑。濾波器的階數可分為一階、二階和高階,階數越高,幅頻特性越陡峭,高階濾波器通常可由一階和二階濾波器級聯而成。
如上圖所示:二階低通濾波器電路圖
品質因數表明了濾波器通帶的狀態。一般要求Q=0.707。
由此可以得到
常用二階低通濾波器電路圖
最常用的3種二階有源低通濾波電路為:
巴特沃茲,最平滑;
切比雪夫,迅速衰減,單通帶中有紋波;
貝塞爾,相移與頻率成正比,群延時基本是恒定。
巴特沃斯濾波器
從幅頻特性提出要求,而不考慮相頻特性。巴特沃斯濾波器具有最大平坦幅度特性,其幅頻響應表達式為:
切貝雪夫濾波器
切貝雪夫濾波器也是從幅頻特性方面提出逼近要求的,其幅頻響應表達式為:
ε是決定通帶波紋大小的系數,波紋的產生是由于實際濾波網絡中含有電抗元件;Tn是第一類切貝雪夫多項式。
與巴特沃斯逼近特性相比較,這種特性雖然在通帶內有起伏,但對同樣的n值在進入阻帶以后衰減更陡峭,更接近理想情況。ε值越小,通帶起伏越小,截止頻率點衰減的分貝值也越小,但進入阻帶后衰減特性變化緩慢。
切貝雪夫濾波器與巴特沃斯濾波器進行比較,切貝雪夫濾波器的通帶有波紋,過渡帶輕陡直,因此,在不允許通帶內有紋波的情況下,巴特沃斯型更可取;從相頻響應來看,巴特沃斯型要優于切貝雪夫型,通過上面二圖比較可以看出,前者的相頻響應更接近于直線。
貝塞爾濾波器
貝塞爾濾波器又稱最平時延或恒時延濾波器。其相移和頻率成正比,即為一線性關系。但是由于它的幅頻特性欠佳,而往往限制了它的應用。
巴特沃茲低通濾波中用的最多的是賽倫凱樂電路,即仿真的該電路。
當兩級RC電路的電阻、電容值相等時,叫賽倫凱電路,在二階有源電路中引入一個負反饋,目的是使輸出電壓在高頻率段迅速下降。
二階有源低通濾波電路的通帶放大倍數為 1+Rf/R1 ,與一階低通濾波電路相同。
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