模拟滤波器设计及运放选择
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模拟信号滤波器设计模拟信号在现代电子技术中占据着重要的地位,然而在很多应用场合中,模拟信号常常受到各种噪声或干扰的影响,这时就需要使用模拟信号滤波器来对信号进行处理,从而达到降噪或抗干扰的目的。
本文将介绍模拟信号滤波器设计的一些基本知识和方法。
一、模拟信号滤波器的分类根据滤波器的传输特性,模拟信号滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。
低通滤波器:可以让低于一定频率的信号通过,而对高于该频率的信号进行衰减,常用于滤除高频噪声或振荡。
高通滤波器:可以让高于一定频率的信号通过,而对低于该频率的信号进行衰减,常用于滤除低频噪声或直流分量。
带通滤波器:可以让一定范围内的频率信号通过,而对其他频率信号进行衰减,常用于保留一定频率范围内的信号。
带阻滤波器:可以让一定范围外的频率信号通过,而对该范围内的信号进行衰减,常用于滤除一定频率范围内的信号。
二、模拟信号滤波器的设计模拟信号滤波器的设计需要确定其传输特性和电路参数。
根据电路参数的不同,可以将模拟信号滤波器分为被动滤波器和有源滤波器。
被动滤波器指的是由电阻、电容和电感等被动元器件组成的滤波器,其缺点是带宽窄、增益小、稳定性差,适用于低频和中频信号的滤波。
有源滤波器指的是使用了运放等有源器件的滤波器,其优点是带宽宽、增益大、稳定性好,适用于高频信号的滤波。
有源滤波器的设计需要确定运放的电路结构和参数。
在具体的滤波器设计中,需要确定滤波器的截止频率、滤波器型号、电阻、电容、电感等电路元器件的值,以及电路的耦合方式和截止特性等。
还需要进行仿真和实验验证,以确保所设计的滤波器能够滤除目标噪声或干扰。
三、模拟信号滤波器的应用模拟信号滤波器在很多现代电子产品中都有广泛的应用,例如通信领域的信号处理、音频系统的去噪处理、传感器的信号处理等。
在工业自动化控制系统中,模拟信号滤波器也被广泛应用于模拟量的采集和处理中,以提高信号的稳定性和准确度。
课程设计--二阶低通滤波器设计1. 理论基础二阶低通滤波器(second-order low-pass filter)属于电子滤波器的一种。
在电子信号处理中,低通滤波器(low-pass filter)是指可以滤掉高频部分,只保留信号中低频部分的滤波器。
二阶低通滤波器可以更加有效的滤掉高频部分,有更好的频率响应特性。
2. 实验目的设计一个二阶低通滤波器,学习和掌握滤波器的设计方法和理论基础。
3. 实验器材- 电阻器- 电容器- 运放(OPAMP)4. 实验步骤步骤1:选择设定滤波器的截止频率fc,以及质量因数Q值。
其实这两个参数是相互影响的,如果截止频率增大,Q值也需要增大;如果Q值增大,则截止频率也需要增大。
具体选择需要根据实际需求和设计条件来确定。
步骤2:根据所选择参数,计算出滤波器的电路参数,包括电容器和电阻器的阻值和电容值。
步骤3:按照电路图进行电路连接和布线。
步骤4:进行实验测试。
可以使用信号发生器输入测试信号,观察输出信号波形和频率响应特性。
5. 实验结果根据实际需要和设计条件,选择合适的截止频率和Q值,设计出二阶低通滤波器电路,进行实验测试。
观察输出信号波形和频率响应特性。
6. 实验注意事项- 实验时需要注意硬件电路的连接问题;- 工作电压选择和滤波器电路的工作范围匹配;- 实验测试时需要合理地选择信号频率和振幅,避免过高的信号幅值造成硬件模块损坏,或者信号失真等问题。
7. 实验拓展- 可以进行滤波器级数的增加,设计更高阶的滤波器电路;- 可以修改电路参数和工作电压,观察滤波器的频率响应曲线变化;- 可以将低通滤波器改成高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等,进行不同类型滤波器的设计。
有源滤波器设计范例有源滤波器是一种仪器或电路,通过放大合适频率的信号,削弱不需要的频率的信号。
它由被放大的信号源、滤波器和放大器组成。
有源滤波器常用于音频、通信和信号处理等领域。
下面我们将介绍一个有源滤波器的设计范例。
设计目标:设计一个低通滤波器,截止频率为1kHz,增益为20dB。
输入信号幅度为1V,输出信号幅度应保持一致。
设计步骤:1.确定滤波器的类型和截止频率,由于我们需要一个低通滤波器,因此需要选择适合的操作放大器模型。
选择一个高增益的运放模型,比如OPA7412.确定滤波器的放大倍数,根据增益的要求,我们选择放大20dB,即放大倍数为10。
3.计算滤波器的截止频率,根据设计目标,截止频率为1kHz。
根据低通滤波器的特性,我们可以选择使用一个RC电路来实现,其中R为电阻,C为电容。
4. 计算滤波器的电阻和电容值,根据截止频率的公式,截止频率fc=1/(2πRC)。
根据给定的截止频率和选择的电阻值,计算出需要的电容值。
5.确定滤波器电阻和电容的实际可选择值,根据常用的电阻和电容系列,选择最接近计算得出的值的标准值。
6.绘制滤波器电路图,将运放、电阻和电容按照设计要求连接起来。
根据电路图,选择合适的电阻和电容标准值。
7.测试和调整滤波器,将设计好的电路安装到实际的电路板上。
连接一个信号发生器作为输入信号源,通过示波器测量输出信号的幅度。
8.监测滤波器输出信号的幅度,根据设计目标,输出信号应与输入信号保持一致,即保持1V的幅度。
9.调整滤波器的增益,通过调节电阻或电容的值,使输出信号的幅度达到1V。
10.测试滤波器截止频率的准确性,使用频谱仪监测滤波器输出信号的频率特性。
确保滤波器截止频率符合设计要求。
11.优化滤波器设计,根据测试结果和实际需求,对滤波器电路进行调整和优化,以获得更好的性能。
总结:。
运放参数解释及常用运放选型集成运放的参数较多,其中主要参数分为直流指标和交流指标,外加所有芯片都有极限参数。
本文以NE5532为例,分别对各指标作简单解释。
下面内容除了图片从NE5532数据手册上截取,其它内容都整理自网络。
极限参数主要用于确定运放电源供电的设计(提供多少V电压、最大电流不能超过多少),NE5532的极限参数如下:直流指标运放主要直流指标有输入失调电压、输入失调电压的温度漂移(简称输入失调电压温漂)、输入偏置电流、输入失调电流、输入偏置电流的温度漂移(简称输入失调电流温漂)、差模开环直流电压增益、共模抑制比、电源电压抑制比、输出峰-峰值电压、最大共模输入电压、最大差模输入电压。
NE5532的直流指标如下:输入失调电压Vos输入失调电压定义为集成运放输出端电压为零时,两个输入端之间所加的补偿电压。
输入失调电压实际上反映了运放内部的电路对称性,对称性越好,输入失调电压越小。
输入失调电压是运放的一个十分重要的指标,特别是精密运放或是用于直流放大时。
输入失调电压与制造工艺有一定关系,其中双极型工艺(即上述的标准硅工艺)的输入失调电压在±1~10mV之间;采用场效应管做输入级的,输入失调电压会更大一些。
对于精密运放,输入失调电压一般在1mV以下。
输入失调电压越小,直流放大时中间零点偏移越小,越容易处理。
所以对于精密运放是一个极为重要的指标。
输入失调电压的温度漂移(简称输入失调电压温漂)ΔVos/ΔT输入失调电压的温度漂移定义为在给定的温度范围内,输入失调电压的变化与温度变化的比值。
这个参数实际是输入失调电压的补充,便于计算在给定的工作范围内,放大电路由于温度变化造成的漂移大小。
一般运放的输入失调电压温漂在±10~20μV/℃之间,精密运放的输入失调电压温漂小于±1μV/℃。
输入偏置电流Ios输入偏置电流定义为当运放的输出直流电压为零时,其两输入端的偏置电流平均值。
硬件设计常用知识点有哪些硬件设计是指基于硬件平台的电子产品设计,涉及到多个学科领域。
在进行硬件设计时,掌握一些常用的知识点是非常重要的。
本文将介绍一些硬件设计中常用的知识点,帮助读者对硬件设计有更深入的了解。
一、电路理论与分析1.电路基础知识:掌握电流、电压、电阻等基本概念,了解欧姆定律、基尔霍夫定律等基本规律。
2.模拟电路设计:学习模拟信号的放大、滤波等基本原理与技术,理解放大器、运放、滤波器等模块的设计方法。
3.数字电路设计:了解数字信号的运算、编码、解码等基本原理,熟悉逻辑门电路的设计与布局。
二、电子元器件与器件选择1.常见电子元器件:了解常用的电阻、电容、电感、二极管、三极管等基本元器件的特性与使用方法。
2.模拟电路器件选择:根据设计需求选择合适的运放、放大器、滤波器等器件。
3.数字电路器件选择:选用适合的逻辑门、触发器、计数器等器件实现数字电路功能。
三、信号处理与调节1.模拟信号处理:了解采样、滤波、放大、调幅、调频等模拟信号处理技术,掌握模拟信号调节电路的设计与优化方法。
2.数字信号处理:掌握数字信号的滤波、放大、编码、解码等技术,了解数字信号处理器(DSP)的原理与应用。
四、接口与通信技术1.串行接口:熟悉UART、SPI、I2C等串行通信协议,能够设计并实现串行接口电路。
2.并行接口:了解并行接口原理与设计方法,掌握总线接口设计技术。
3.通信协议:学习TCP/IP、CAN、RS485等通信协议,了解网络通信与工业总线技术。
五、射频与无线通信1.射频系统设计:了解射频电路基本原理,掌握射频功率放大、滤波、调制等技术,了解天线的设计与优化。
2.无线通信技术:学习蓝牙、Wi-Fi、LoRa等无线通信技术,了解无线通信模块的选用与设计。
六、电源与供电电路1.稳压技术:熟悉线性稳压与开关稳压的原理与设计方法,掌握电源管理芯片的选型与使用。
2.供电电路设计:了解电源管理、电池管理、充电保护等供电电路的设计与优化。
运放的使用及滤波器设计运算放大器(Operational Amplifier,简称Op-Amp)是一种非常常见的电子元器件,常用于放大电压信号和作为各种信号处理电路的基础建设模块。
在本文中,我们将介绍运放的使用和滤波器设计。
一、运放的基本原理及使用1.运放的基本原理2.运放的引脚及使用方法一个典型的运放有八个引脚,包括非反相输入端(+)、反相输入端(-)、输出端、电源正极、电源负极等。
根据需要,我们可以将信号输入到非反相输入端或反相输入端,然后通过输出端输出放大后的信号。
通常,我们需要给运放提供两个电源电压,一个是正极供电,一个是负极供电。
正常工作时,两个电源电压的差值应该在一定范围内,如±5V。
3.运放的使用运放常用于放大电压信号或作为信号处理电路的关键组件。
它可以用于音频放大器、滤波器、信号源和控制系统等各种应用。
滤波器是一种能够选择性地通过或抑制特定频率组成的信号的电路。
根据其特性,滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
1.低通滤波器低通滤波器(Low-Pass Filter)可以通过低频信号而阻止高频信号。
在低通滤波器中,希望通过的信号频率被称为截止频率。
常见的低通滤波器电路有RC低通滤波器和RLC低通滤波器等。
2.高通滤波器高通滤波器(High-Pass Filter)可以通过高频信号而阻止低频信号。
在高通滤波器中,希望通过的信号频率被称为截止频率。
常见的高通滤波器电路有RC高通滤波器和RLC高通滤波器等。
3.带通滤波器带通滤波器(Band-Pass Filter)可以通过一段特定频率范围的信号而阻止其他频率的信号。
在带通滤波器中,希望通过的信号频率范围被称为通带。
常见的带通滤波器电路有LC带通滤波器和RLC带通滤波器等。
4.带阻滤波器带阻滤波器(Band-Stop Filter)可以通过除一段特定频率范围的信号而传输其他频率的信号。
在带阻滤波器中,希望阻止的信号频率范围被称为阻带。
一、低通滤波器的设计及参数值在线计算图1所示是一个低通通滤波器,它的截止频率如下公式所示:公式1图1图2是实用的低通滤波器电路,它使用通用运算放大器(运放)接成单电源供电模式,简单易行。
图中C2为足够大的电容器,所谓足够大是指C2和R2的时间常数要远小于R1和C1的时间常数,图中为10U。
该电路通带内的电压放大倍数为R1/R2,若R1=R2则放大倍数为1。
该电路截止频率有R1,C1的时间常数决定,满足公式1。
图2下图是当R1=R2=15915Ω(不是标准电阻值,可参考这里找出最接近的电阻),C1=10nF(算得频率是1k)的pspice仿真结果。
这时增益=1,输出二分之一根号二即0.707V就是截至频率点,图上可以看出是1kHz图3输入C1,R1的值计算频率F:输入C1,频率F的值计算电阻R1:低通滤波器的设计及参数值在线计算:/lowpass.htm二、有源带通滤波器的设计及参数值在线计算图1所示是一个多路负反馈二阶有源带通滤波器,它使用单个通用运算放大器(通用运放)接成单电源供电模式,易于实现。
它的上限截止频率和下限截止频率可以非常近,具有非常很强的频率选择性。
令C1=C2=C,Req是R1和R2并联的值。
品质因数Q等于中心频率除以带宽,Q = fC/BW。
由式可以看出可以通过让R3的值远大于Req来获得大的Q值Q值越大,频率选择性越好,带宽越小。
反之则反。
令中心频率为fc,则计算公式如下:其中关于本有源带通滤波器电路的详细论述及PSPICE仿真结果请访问:有源带通滤波器借助本工具软件,您可以:输入增益GAIN,带宽BW,中心频率F,电容值C,计算有源带通滤波器电阻值R1,R2,R3:输入电路元件值C,R1,R2,R3,计算有源带通滤波器增益GAIN,品质因数Q,中心频率Fc:有源带通滤波器的设计及参数值在线计算: /nbpf.htm三、高通滤波器的设计及参数值在线计算图1所示是一个高通通滤波器,它的截止频率如下公式所示:公式1图1图2是实用的高通滤波器电路,它使用通用运算放大器(运放)接成单电源供电模式,简单易行。
二阶有源低通滤波器的设计该电路由一个差分放大器和一个低通滤波器组成。
差分放大器用于放大输入信号,低通滤波器则用于实现滤波功能。
下面是二阶有源低通滤波器的设计步骤:1.确定滤波器的性能要求:包括截止频率、通带增益、阻带衰减等参数。
根据实际需要选择合适的数值。
2.选择运放:根据设计要求选择合适的运放,一般常用的运放有理想运放、运放OP07等。
3.计算电阻的值:通过滤波器的通带增益和截止频率来计算电阻的值。
通常情况下,第二级和第三级的电阻值要与第一级的电阻值相等。
4.计算电容的值:根据截止频率来计算电容的值。
一般来说,选择合适的电容值可以使得电路的性能更好。
可以根据实际情况来调整电容值。
5.计算放大倍数:根据通带增益来计算放大倍数。
根据放大倍数来选择合适的运放。
6.绘制电路图:根据上述计算结果和所选择的运放,绘制出滤波器的电路图。
7.进行电路模拟:使用电路模拟软件进行仿真,比较仿真结果与设计要求是否一致。
如果有误差,调整电阻或电容的数值进行优化。
8.组装电路:根据电路图,将电路进行组装。
选择合适的电阻和电容进行焊接。
9.测试电路:将输入信号接入电路,并使用示波器来测量输出信号。
检查输出信号的频率特性和增益特性是否满足设计要求。
10.进行调整:如果测试结果不满足要求,可以通过调整电阻和电容的数值来优化电路性能。
总结:二阶有源低通滤波器的设计是一个系统的工程,需要充分考虑滤波器的性能要求和电路参数的选择。
在设计过程中,可以使用电路模拟软件进行仿真,同时进行实际电路的测试,以确保滤波器的性能达到预期目标。
1、模拟滤波器设计流程模拟滤波器设计流程——(一)基本概念预备知识基本的电子电路常识,信号与系统中的频域,零极点,传递函数,拉普拉施变换等概念。
一.模拟滤波器分类由于知识所限,这里我们只谈谈模拟滤波器。
从频域上可以划分为低通滤波器,高通滤波器,带通滤波器,带阻滤波器和全通滤波器等。
这种划分方式便于做系统模型分析。
而按照应用来划分不外乎就是滤波,均衡,延时等。
按照应用来划分的方式不是很容易说清楚,因此我们还是应当将应用指标要求对应到不同的滤波器类型上面。
二.设计模拟滤波器怎样设计?需要指标要求,而指标的获得应该是从系统划分开始。
对于滤波器的性能指标要求,系统往往会给出一个底线。
系统仿真在这一步尤为关键,系统仿真不仅可以给出滤波器的指标,也可以验证不同类型滤波器对性能的影响。
如果能够使用matlab作为仿真工具,这一步就会变得很简单,simulink提供了不同类型滤波器的model,直接调用就可以了。
当然,如果你对各种类型滤波器的优缺点非常了解,那就很容易确定适合的滤波器类型了,后面的事就是具体的电路实现,这里不再详述。
不过能够做一下系统仿真要更保险一点,毕竟在后期电路实现的时候还会出现很多非理想因素,如果前期能购通过系统仿真为各个模块指标留出足够的裕量,这是是很明智的。
三.模拟滤波器类型上面说的是如何选择滤波器的方法,那么各种类型的滤波器在指标和性能上又有什么区别呢?第一步,我们首先要了解滤波器的关键指标有哪些.。
性能指标包括两方面的内容:频域上我们关心的是截止频率fc,3dB带宽BW,中心频率f0,带外抑制度(阻带衰减),通频带纹波等;时域上有冲激响应,阶越响应,群时延等等。
不同类型的滤波器性能优缺点就表现为其中的几项。
应用的需求可以直接反映为对截止频率,阻带频率,抑制度,以及时延等特性的要求。
预告:后面准备用一个贴对各种类型的滤波器特性做简单的总结和介绍,和滤波器选择方法;再用一个贴介绍我做过的一个滤波器设计流程。
敬请关注!模拟滤波器设计流程——(二)分类滤波器设计(on chip)可能算是我这几年工作接触最多的一个方向了。
然而到现在我还是觉得很难去给出一个模拟滤波器的基本概括,因为感觉其中涉及的东西太多,自己了解的东西还是太肤浅。
最开始做滤波器的时候比较盲目,领导分配了指标却不知道从何处入手,只能找些参考资料来看看。
关于模拟滤波器的分类这一话题,不同的资料有不同的说法,不知道该信谁的,也不知道究竟应该怎样去理解书中的知识,简单概括一下就是“抓瞎”。
滤波器的类型,阶次,拓扑结构等等概念经常是混淆不清。
当时很多电路感觉都是硬着头皮在做的,好在都还没出什么问题。
做多了几次,有些觉悟了,问题还是很多,但对于滤波器也有了点自己的理解方式。
从我的观点来看,理解滤波器的分类首先具备基本的系统设计与信号处理知识。
这两个背景知识对于理解滤波器相关概念和设计方法也是非常重要的书本上经常提到的那些滤波器不外乎有源,无源,低通,高通,带通,带阻等等。
有源与无源之分,无非就是看滤波器有无电源供电;而低通,高通等等分类方法,则是根据有用信号所占据的频段来划分的,信号的频段决定了你所选择的滤波器究竟是低通还是高通海市别的什么。
我们常常看到诸如butterworth型,chebychev型等滤波器,关于这种分类方式,以我的理解来看,指的是滤波器的零极点位置;不同的零极点位置决定了滤波器在带外抑制度,(带内/带外)纹波,幅频/相频特性,以及群时延等性能指标。
当然掌握这些滤波器的基本特点有利于我们设计电路的时候选择合适的类型。
对于不同类型的滤波器,其极点个数决定了阶次,阶次也与上述指标相关。
我们也常常看到如sallen-kay或别的分类方式。
对于这种说法,实际上已经具体到了滤波器的拓扑结构。
如同前面提到的滤波器零极点位置决定滤波器的类型,而实现零极点的方式,就对应到了滤波器的拓扑结构。
实际上从书本上我们也可以看到如果是拓扑结构的分类方式,常常会有对应的电路结构图。
我们可以根据这个电路图选择合适的R/C或OPA,来实现butterworth或chebychev之类的滤波器。
究竟选择哪种滤波器,需要看系统指标的要求,严格的系统指标会给出例如时延特性,带外抑制度等等要求。
这一步是滤波器设计必不可少的。
IC设计不需要做性能最优的模块,而是设计出满足性能要求而又成本最低的电路,这一点也需要牢记在心。
模拟滤波器设计流程——(三)从系统指标到电路映射片上集成的模拟滤波器常常是系统中的一个组成模块,对滤波器所有的性能指标要求来源与于系统指标的分解。
比如说滤波器的噪声,线性度,带外抑制度,带内纹波,时延特性等等。
确定采用何种类型,多少阶次的滤波器都可以通过系统仿真得到。
举个例子说,7阶的butterworth和5阶的切比雪夫在带外抑制度上可能都差不多,但在带内纹波和时延特性上却不尽相同,这样的两个滤波器分别代入系统做系统仿真,很容易就可以看到他们各自的特性对解调误码率的影响。
而如果都满足系统要求的情况下,如何去选择合适的滤波器,还要综合考虑复杂度,以及成本。
事实上做系统仿真的时候,往往就将我们能选择的滤波器类型范围缩小了。
而再考虑一下实现成本,基本上能够达到指标要求的滤波器类型和阶次也就定了。
剩下的工作无非就是常规的滤波器设计。
利用普遍的滤波器设计工具,代入抑制度,截止频率,增益等参数,就能得到特定结构中使用到的元件参数。
在综合滤波器设计的时候,最为广泛运用的应该是级联方式。
通过将高阶次的传递函数分解为多个一阶和二阶传递函数的组合,再分级实现滤波器。
这种方法大大简化了滤波器的设计,避免了多级反馈,从电路设计难度上来讲要更为容易一点。
假设我们需要设计一个5阶的butterworth型低通滤波器。
首先将滤波器划分为3级结构,1级一阶,2级2阶。
再根据归一化的传递函数表和滤波器的截止频率,可以得到各级的特征频率和Q值。
知道了这两个值之后带入对应的1阶或2阶传递函数,可以很方便地求解出需要的R或C(也有可能是Gm或C)值。
这样我们就将滤波器与普通的模拟电路如如运放等关联起来。
滤波器设计从这个层次再往下,考验的就是我们对基本的模拟电路模块如运算放大器,Gm单元等电路的掌握能力了。
如果滤波器传递分解之后有多级2阶结构,则需要考虑不同Q值的2阶结构在链路中的位置。
Q值高的一般放在后面,因为高Q值放在前面影响滤波器的动态范围。
但放在后面对抑制滤波器内部噪声却没什么好处,因为落在高Q 值模块谐振峰值处的噪声会被放大。
2、贝塞尔滤波器电子学和信号处理中,贝赛尔(Bessel)滤波器是具有最大平坦的群延迟(线性相位响应)的线性过滤器。
贝赛尔滤波器常用在音频天桥系统中。
模拟贝赛尔滤波器描绘为几乎横跨整个通频带的恒定的群延迟,因而在通频带上保持了被过滤的信号波形。
滤波器的名字来自于Friedrich贝赛尔,一位德国数学家(1784–1846),他发展了滤波器的数学理论基础。
贝塞尔(Bessel)滤波器具有最平坦的幅度和相位相应。
带通(通常为用户关注区域)的相位响应近乎呈线性。
Bessel滤波器可用于减少所有IIR滤波器固有的非线性相位失真。
贝塞尔(Bessel)线性相位滤波器正是由于具有向其截止频率以下的所有频率提供等量延时的特性,才被用于音频设备中,在音频设备中,必须在不损害频带内多信号的相位关系前提下,消除带外噪声。
另外,贝塞尔滤波器的阶跃响应很快,并且没有过冲或振铃,这使它在作为音频DAC输出端的平滑滤波器,或音频ADC输入端的抗混叠滤波器方面,是一种出色的选择。
贝塞尔滤波器还可用于分析D类放大器的输出,以及消除其它应用中的开关噪声,来提高失真测量和示波器波形测量的精确度。
虽然贝塞尔滤波器在它的通频带内提供平坦的幅度和线性相位(即一致的群延时)响应,但它的选择性比同阶(或极数)的巴特沃斯(Butterworth)滤波器或切比雪夫(Chebyshev)滤波器要差。
因此,为了达到特定的阻带衰减水平,需要设计更高阶的贝塞尔滤波器,从而它又需要仔细选择放大器和元件来达到最低的噪声和失真度。
3、各种模拟滤波器的特性比较滤波器就是为了从一堆信号中,把自己想得到的信号分离出来。
如AD/DA变换器的前置或后置滤波器。
而滤波器的各种逼近方式都是为了更好的接近理想情况。
下面分别从截止特性和相位特性等方面分析滤波器的选型,其实各种滤波器的书中也会有相似的内容。
一般而言,滤波器会产生一个和频率有关的相位偏移。
如果相位与频率的变化关系是线性的,那么滤波器仅仅会使信号延时一个常数量。
在后续处理时,只要知道固定的延时时间,补回去就可以得到真实情况。
然而,如果相位的变化是非线性的,那么对非正弦信号会产生严重的相位失真。
这就意味着经滤波器得到的信号与真实情况有偏差。
一般而言,过渡带幅度特性越陡峭,这个失真就越严重。
巴特沃思设计之初不知道哪种好时,一般选用巴特沃思。
因为这种滤波器通带阻带内特性最为平坦,截止特性和相位特性都不错,对构成滤波器的器件要求也不严格,易于得到符合设计值的特性。
切比雪夫通带内有等波纹起伏,截止特性特别好,但相位特性和群延时特性不太好。
如果对衰减特性较高,且相位要求不严的情况下,可以选取切比雪夫型滤波器。
贝塞尔通带内延时特性最平坦,因而这种滤波器能够无失真的传送诸如方波、三角波等频谱很宽的信号。
但其截止特性相当差。
逆切比雪夫(巴特沃思-切比雪夫)阻带内有零点(陷波点)。
由于椭圆形比它能得到更好的截止特性,因而它不太使用。
椭圆函数(联立切比雪夫)阻带内有零点。
切比雪夫的特性曲线仅在通带内有起伏,而逆切比雪夫的特性曲线仅在阻带内有起伏。
截止特性比其他滤波器都好,但对器件要求严。
如果只对衰减特性有要求,可以选取椭圆滤波器。
高斯常用于决定频谱分析仪带宽的滤波器中。
高斯型在特性上与贝塞尔型非常相似,但高斯型滤波器的群延迟特性不如贝塞尔滤波器的群延迟特性平坦。
贝塞尔在进入阻带区以后才开始迅速趋近于零值的,而高斯型滤波器的延时特性曲线则是在通带内就开始缓慢变化,并且趋近于零值的速度较慢。
此外,截止特性也不好。
相位等波纹通带内的相位是等波纹变化的。
勒让德截止特性比巴特沃思好,并且可以用小的器件值来实现。
相比较而言,巴特沃思型滤波器的特点是通带内比较平坦;切比雪夫型滤波器的特点是通带内有等波纹起伏;逆切比雪夫型滤波器的特点是阻带内有等波纹起伏;而椭圆函数型滤波器的特点是通带内和阻带内都有等波纹起伏。
如果滤波器特性中有起伏,滤波器的衰减特性截止区就比较陡峭,相位失真就越严重。
贝塞尔型滤波器的衰减特性很差,它的阻带衰减非常缓慢。
但是,这种滤波器的相位特性好,因而对于要求输出信号波形不能失真的场合非常有用。
设计滤波器时要综合考虑截止特性和相位失真的要求。