滤波器的功能类型与特性指标图解

有关滤波器的功能类型与特性指标，滤波电路的分类，滤波器的优点与缺点，滤波器输出波形，滤波器的主要特性指标，有特征频率、增益与衰耗、阻尼系数与品质因数、灵敏度等。

一、滤波器的功能和类型

功能：滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，具有滤除噪声和分离各种不同信号的功能。

二、滤波电路的分类

1、按信号性质分类模拟滤波器和数字滤波器。

2、按所用元件分类无源滤波器和有源滤波器。

3、按电路功能分类: 低通滤波器；高通滤波器；带通滤波器；带阻滤波器。

4、按阶数分类: 一阶，二阶 … 高阶。

5、按输出波形的逼近分类: 巴特沃斯逼近，切比雪夫逼近，贝赛尔逼近。

无源滤波器由无源元件R、L、C组成。

三、缺点

1、带负载能力差。当RL变化时，输出信号的幅值将随之改变，滤波特性也随之变化。

2、无放大作用。由于R及C上有信号压降，使输出信号幅值下降。

3、过渡带较宽，幅频特性不理想，边沿不陡。

有源滤波器由有源器件集成运放和无源元件R、C组成。

四、优点

1.运放本身对RC网络影响小。

2、有源滤波电路中可加电压串联负反馈，使输入电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好的隔离。只需把几个低阶滤波电路串起来就可构成高阶滤波电路，无需考虑级间影响。

3、除滤波外，还可放大信号，放大倍数容易调节。

五、缺点

1、不宜用于高频。因为通用型集成运放的带宽一般较窄。一般使用频率在几千赫以下。

2、不宜在高电压、大电流情况下使用。

3、可靠性较差。

4、使用时需外接直流电源。

5、种波器的幅频特性。

六、滤波器输出波形逼近

(一)巴特沃斯逼近

幅频特性在通带内最为平坦，并且单调变化。但斜率较差其幅频特性为，阶跃响应有过冲。

(二)切比雪夫逼近

允许通带内有一定的波动量△Kp，衰减斜率较陡。

(三)贝赛尔逼近

主要侧重于相频特性，其基本原则是使通带内相频特性线性度最高，群时延函数最接近于常量，从而使相频特性引起的相位失真最小。阶跃响应过冲小，但幅频曲线的下降陡度较差。

七、滤波器的主要特性指标

1、特征频率：

①通带截频fp=wp/(2)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。

②阻带截频fr=wr/(2)为阻带与过渡带边界点的频率，在该点信号衰耗(增益的倒数)下降到一人为规定的下限。

③转折频率fc=wc/(2)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。

④固有频率f0=w0/(2) 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。

2、增益与衰耗

滤波器在通带内的增益并非常数。

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。

②对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，衰耗定义为增益的倒数。

③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。

3、阻尼系数与品质因数

阻尼系数是表征滤波器对角频率为w0信号的阻尼作用，是滤波器中表示能量衰耗的一项指标。

阻尼系数的倒数称为品质因数，是评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。

4、灵敏度

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)。

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。

5、群时延函数

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评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，信号相位失真越小。