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5. 特性指标
' R0 |1 t; @# p# H$ d1 P. _- z1、特征频率:" R, N6 M* G- c$ z
1)通带截频fp=wp/(2p)为通带与过渡带边界点的频率,在该点信号增益下降到一个人为规定的下限;
% j) i% e8 S: R |, D+ D2)阻带截频fr=wr/(2p)为阻带与过渡带边界点的频率,在该点信号衰耗下降到一人为规定的下限;
; u# a. O/ t* m* a) ^9 X9 `, I4 E" p; |4 ^3)转折频率fc=wc/(2p)为信号功率衰减到1/2(约3dB)时的频率,在很多情况下,常以fc作为通带或阻带截频;
* b- y1 d4 X/ D) i4)固有频率f0=w0/(2p)为电路没有损耗时,滤波器的谐振频率,复杂电路往往有多个固有频率。0 V) a7 q7 C8 g' D, t2 O, t
2、增益与衰耗
) t: M5 k9 _; ?. C& J滤波器在通带内的增益并非常数。1 g$ T; r; O M/ u5 O. f# r& ~+ V* e" D
1)对低通滤波器通带增益Kp一般指w=0时的增益;高通指w→∞时的增益;带通则指中心频率处的增益;
- [. `# l$ k, j s; @3 S3 U# Q0 Q! u2)对带阻滤波器,应给出阻带衰耗,衰耗定义为增益的倒数;
! _0 c L8 F/ p7 ?) M9 g5 q3)通带增益变化量△Kp指通带内各点增益的最大变化量,如果△Kp以dB为单位,则指增益dB值的变化量。# p, I; p" w2 f" _ y
3、阻尼系数与品质因数
& }( ^: u/ W2 ~: n* W阻尼系数是表征滤波器对角频率为w0信号的作用,是滤波器中表示能量衰耗的一项指标。' Z& B- z$ A y+ K; H; O
阻尼系数的倒数称为品质因数,是*价带通与带阻滤波器频率选择特性的一个重要指标,Q= w0/△w。式中的△w为带通或带阻滤波器的3dB带宽,w0为中心频率,在很多情况下中心频率与固有频率相等。
2 x5 O% w# b* ] ?/ ~3 K4、灵敏度. t1 n% ?; n# y
滤波电路由许多元件构成,每个元件参数值的变化都会影响滤波器的性能。滤波器某一性能指标y对某一元件参数x变化的灵敏度记作Sxy,定义为:Sxy=(dy/y)/(dx/x)。
. R- E+ |0 m- \7 s* \* [2 I/ C该灵敏度与测量仪器或电路系统灵敏度不是一个概念,该灵敏度越小,标志着电路容错能力越强,稳定性也越高。
& b1 I; Z5 ]# N5、群时延函数
9 E) [, o ?2 [/ H* R' u当滤波器幅频特性满足设计要求时,为保证输出信号失真度不超过允许范围,对其相频特性∮(w)也应提出一定要求。在滤波器设计中,常用群时延函数d∮(w)/dw*价信号经滤波后相位失真程度。群时延函数d∮(w)/dw越接近常数。; l P. u( Z5 ~
6. 选取方式3 T5 M- V3 L0 J9 q: x6 }0 z- m, y! c
几种低通原型滤波器是现代网络综合法设计滤波器的基础,各种低通、高通、带通、带阻滤波器大都是根据此特性推导出来的。正因如此,才使得滤波器的设计得以简化,精度得以提高。! Y, B$ ]( H& z- c
理想的低通滤波器应该能使所有低于截止频率的信号无损通过,而所有高于截止频率的信号都应该被无限的衰减,从而在幅频特性曲线上呈现矩形,故而也称为矩形滤波器(brick-wallfilter)。遗憾的是,如此理想的特性是无法实现的,所有的设计只不过是力图逼近矩形滤波器的特性而已。根据所选的逼近函数的不同,可以得到不同的响应。虽然逼近函数多种多样,但是考虑到实际电路的使用需求,通常会选用“巴特沃斯响应”或“切比雪夫响应”。
; E8 [7 V$ e8 ?- K0 a5 l1 f/ x9 G5 l“巴特沃斯响应”带通滤波器具有平坦的响应特性,而“切比雪夫响应”带通滤波器却具有更陡的衰减特性。所以具体选用何种特性,需要根据电路或系统的具体要求而定。但是,“切比雪夫响应”滤波器对于元件的变化最不敏感,而且兼具良好的选择性与很好的驻波特性(位于通带的中部),所以在一般的应用中,推荐使用“切比雪夫响应”滤波器。) D( v4 D9 L E
7. 主要分类
7 I4 C ~* z1 Z, @, o& q按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。/ N/ S( z& K0 Y% P+ j. k; ]
按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。
! `. [# n. [! I- z( e8 e( d低通滤波器:它允许信号中的低频或直流分量通过,抑制高频分量或干扰和噪声;7 j9 p9 p' |: ]+ G3 |" q/ b/ R
高通滤波器:它允许信号中的高频分量通过,抑制低频或直流分量;
! E7 @) n2 G) ?# F; X. q带通滤波器:它允许一定频段的信号通过,抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声;
/ R/ r9 _7 e) j( L8 ]% g带阻滤波器:它抑制一定频段内的信号,允许该频段以外的信号通过。9 b. q) ^2 ^/ n5 f3 J
按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。
9 K1 r& A' V' k6 G* E8 m无源滤波器:仅由无源元件组成的滤波器,它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。这类滤波器的优点是:电路比较简单,不需要直流电源供电,可靠性高;缺点是:通带内的信号有能量损耗,负载效应比较明显,使用电感元件时容易引起电磁感应,当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大,在低频域不适用。
9 @2 V' V: B* o有源滤波器:由无源元件和有源器件组成。这类滤波器的优点是:通带内的信号不仅没有能量损耗,而且还可以放大,负载效应不明显,多级相联时相互影响很小,利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器,并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽;缺点是:通带范围受有源器件的带宽限制,需要直流电源供电,可靠性不如无源滤波器高,在高压、高频、大功率的场合不适用。
$ W8 \) D( h1 Y6 P根据滤波器的安放位置不同,一般分为板上滤波器和面板滤波器。
" Y& p- Z9 e1 b1 f板上滤波器安装在线路板上,如PLB、JLB系列滤波器。这种滤波器的优点是经济,缺点是高频滤波效果欠佳。其主要原因是:
, v x4 n+ ?6 }5 E1、滤波器的输入与输出之间没有隔离,容易发生耦合;& [' }% r. x3 V
2、滤波器的接地阻抗不是很低,削弱了高频旁路效果;& O+ F$ H' P+ k8 {+ \" \* O. o# \
3、滤波器与机箱之间的一段连线会产生两种不良作用:一个是机箱内部空间的电磁干扰会直接感应到这段线上,沿着电缆传出机箱,借助电缆辐射,使滤波器失效;另一个是外界干扰在被板上滤波器滤波之前,借助这段线产生辐射,或直接与线路板上的电路发生耦合,造成敏感度问题;$ B- |/ N9 X' Y) I& Y# } ^
滤波阵列板、滤波连接器等面板滤波器一般都直接安装在屏蔽机箱的金属面板上。由于直接安装在金属面板上,滤波器的输入与输出之间完全隔离,接地良好,电缆上的干扰在机箱端口上被滤除,因此滤波效果相当理想
8 K6 G# w. [7 F. i, V& w, O h8. 常见种类0 k( v* W1 g) J$ }0 j
数字滤波器$ K3 U( v# F1 S
与模拟滤波器相对应,在离散系统中广泛应用数字滤波器。它的作用是利用离散时间系统的特性对输入信号波形或频率进行加工处理。或者说,把输入信号变成一定的输出信号,从而达到改变信号频谱的目的。数字滤波器一般可以用两种方法来实现:一种方法是用数字硬件装配成一台专门的设备,这种设备称为数字信号处理机;另一种方法就是直接利用通用计算机,将所需要的运算编成程序让通用计算机来完成,即利用计算机软件来实现。
0 G5 K* e# U3 Y, \7 n( Z! k低通滤波器
M7 _7 S$ m* Q6 _7 C$ k# O* o1 z低通滤波器是指车载功放中能够让低频信号通过而不让中、高频信号通过的电路,其作用是滤去音频信号中的中音和高音成分,增强低音成分以驱动扬声器的低音单元。由于车载功放大部分都是全频段功放,通常采用AB类放大设计,功率损耗比较大,所以滤除低频段的信号,只推动中高频扬声器是节省功率、保证音质的最佳选择。此外高通滤波器常常和低通滤波器成对出现,不论哪一种,都是为了把一定的声音频率送到应该去的单元。低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过,但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。当使用在音频应用时,它有时被称为高频剪切滤波器, 或高音消除滤波器。低通滤波器概念有许多不同的形式,其中包括电子线路(如音频设备中使用的hiss滤波器、平滑数据的数字算法、音障(acoustic barriers)、图像模糊处理等等,这两个工具都通过剔除短期波动、保留长期发展趋势提供了信号的平滑形式。低通滤波器在信号处理中的作用等同于其它领域如金融领域中移动平均数所起的作用;低通滤波器有很多种,其中,最通用的就是巴特沃斯滤波器。
9 h% W% p9 ?; z* s5 r带通滤波器0 v2 F3 h Z4 l- K( s
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