1、 微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) 5微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)典型應(yīng)用技術(shù)典型應(yīng)用1. 語(yǔ)音放大電路設(shè)計(jì)語(yǔ)音放大電路設(shè)計(jì)1.1 語(yǔ)音放大電路原理框圖語(yǔ)音放大電路原理框圖 1. 2 分配各級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)分配各級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù) 電路主要由前置放大、有源濾波和功率放大三級(jí)組電路主要由前置放大、有源濾波和功率放大三級(jí)組成，總的電壓放大倍數(shù)成，總的電壓放大倍數(shù)Au =Au1Au2Au3。應(yīng)根據(jù)放大器。應(yīng)根據(jù)放大器所要求的總的放大倍數(shù)所要求的總的放大倍數(shù)Au來(lái)合理分配各級(jí)電壓放大倍來(lái)合理分配各級(jí)電壓放大倍數(shù)，同時(shí)考慮各級(jí)放大電路所能達(dá)到的放大倍數(shù)。數(shù)，同時(shí)考慮各級(jí)放大電路所能達(dá)到的放大倍數(shù)。

2、 (1)由輸入信號(hào)由輸入信號(hào)ui、最大不失真輸出功率、最大不失真輸出功率Pom和負(fù)載和負(fù)載阻抗阻抗(揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器)RL，求出總的電壓放大倍數(shù)，求出總的電壓放大倍數(shù)(增益增益)Au。(2)為了提高信噪比為了提高信噪比S/N，前置放大倍數(shù)應(yīng)適當(dāng)取大。，前置放大倍數(shù)應(yīng)適當(dāng)取大。(3)為了使輸出波形不致產(chǎn)生飽和失真，輸出信號(hào)的幅為了使輸出波形不致產(chǎn)生飽和失真，輸出信號(hào)的幅值應(yīng)小于電源電壓。值應(yīng)小于電源電壓。(4)最大不失真輸出功率最大不失真輸出功率Pom測(cè)量方法：輸入測(cè)量方法：輸入f=1kHz 的的正弦信號(hào)并加大輸入電壓，直到功放輸出電壓正弦信號(hào)并加大輸入電壓，直到功放輸出電壓 uo波形波形出現(xiàn)臨界削

3、波。測(cè)量此時(shí)負(fù)載阻抗出現(xiàn)臨界削波。測(cè)量此時(shí)負(fù)載阻抗RL兩端輸出電壓的兩端輸出電壓的最大值最大值Uom或有效值或有效值Uo，則，則(5)功放的電壓增益確定后，根據(jù)以上公式計(jì)算前置放功放的電壓增益確定后，根據(jù)以上公式計(jì)算前置放大和有源濾波電路的放大倍數(shù)，并在語(yǔ)音放大電路中大和有源濾波電路的放大倍數(shù)，并在語(yǔ)音放大電路中進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。 LoLomomRURUP/2/22 1.3 前置放大級(jí)前置放大級(jí) 話(huà)筒（話(huà)筒（MIC）輸入信號(hào)電壓比較小，約）輸入信號(hào)電壓比較小，約 10mV，因而電路的電壓放大倍數(shù)應(yīng)適當(dāng)取大。因而電路的電壓放大倍數(shù)應(yīng)適當(dāng)取大。R21、R30為輸入信號(hào)提供直流偏置，信

4、號(hào)由為輸入信號(hào)提供直流偏置，信號(hào)由C5耦合到放大耦合到放大器器U5A進(jìn)行放大，放大倍數(shù)為進(jìn)行放大，放大倍數(shù)為R31/R_back=100K/1.5k= 66.7。R52使放大倍數(shù)可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為使放大倍數(shù)可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為 066.7。在在 U5B 處，處，MIC信號(hào)無(wú)需放大（可以得到更好的信噪信號(hào)無(wú)需放大（可以得到更好的信噪比），此處放大倍數(shù)取比），此處放大倍數(shù)取R20/R25=62k/62k=1。在電源處。在電源處加入旁路電容，以盡可能減少電源噪聲的影響。加入旁路電容，以盡可能減少電源噪聲的影響。 音頻信號(hào)可以來(lái)自收音機(jī)、錄音機(jī)、計(jì)算機(jī)等音源音頻信號(hào)可以來(lái)自收音機(jī)、錄音機(jī)、計(jì)算機(jī)等音

5、源聲音，信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍較大，一般為聲音，信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍較大，一般為 100mV200mV，所以此電路的電壓放大倍數(shù)較小，最大為所以此電路的電壓放大倍數(shù)較小，最大為 R20/R39= 62k/16k4倍，倍，R56進(jìn)行放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)。進(jìn)行放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)。 1.4 音調(diào)調(diào)節(jié)音調(diào)調(diào)節(jié) C52、C11為輸入為輸入/輸出耦合電容，電路上下兩個(gè)輸出耦合電容，電路上下兩個(gè)部分分別構(gòu)成了低通、高通濾波器，部分分別構(gòu)成了低通、高通濾波器，R51、R55 分分別控制濾波器的通帶增益。別控制濾波器的通帶增益。R54控制輸出功率，是音控制輸出功率，是音量控制器。量控制器。 該電路該電路是否連接是否連接到系統(tǒng)中，到系統(tǒng)中，

6、可選擇。可選擇。 1.5 功放電路功放電路 功放電路采用了功放電路采用了TDA2030A集成功率放大器。集成功率放大器。(1) 輸出功率大，電源適應(yīng)范圍寬輸出功率大，電源適應(yīng)范圍寬(2.5V28V)，電源利用率高電源利用率高(大于大于63%)。既可采用正、負(fù)電源，又可。既可采用正、負(fù)電源，又可單電源供電。單電源供電。 本電路采本電路采用用 + 12V 單單電源供電，電源供電，最大不失真最大不失真輸出功率為輸出功率為8W。 (2) 靜態(tài)電流小（靜態(tài)電流小（50mA以下），動(dòng)態(tài)電流大（能以下），動(dòng)態(tài)電流大（能承受承受3.5A負(fù)載電流），帶負(fù)載能力強(qiáng)，既可帶動(dòng)負(fù)載電流），帶負(fù)載能力強(qiáng)，既可帶動(dòng)416

7、的揚(yáng)聲器，某些場(chǎng)合又可帶動(dòng)的揚(yáng)聲器，某些場(chǎng)合又可帶動(dòng) 2甚至甚至1.6低阻負(fù)載。本電路采用低阻負(fù)載。本電路采用1W/4的揚(yáng)聲器。的揚(yáng)聲器。(3) 噪聲低，保真度高。輸入端噪聲電壓最大不超過(guò)噪聲低，保真度高。輸入端噪聲電壓最大不超過(guò) 1V 5V，信噪比可達(dá)，信噪比可達(dá) 100dB，交叉失真極低，額定，交叉失真極低，額定功率下均小于功率下均小于0.5%。(4) 增益高，開(kāi)環(huán)增益均在增益高，開(kāi)環(huán)增益均在 80dB 以上，閉環(huán)增益可在以上，閉環(huán)增益可在26dB40dB 范圍內(nèi)調(diào)整。圖中，電壓增益約為范圍內(nèi)調(diào)整。圖中，電壓增益約為32倍。倍。(5) 輸入阻抗高，輸入阻抗高，TDA2030A 的輸入阻抗典

8、型值為的輸入阻抗典型值為5M。(6) 工作頻帶寬，閉環(huán)帶寬：工作頻帶寬，閉環(huán)帶寬：40Hz14000Hz。 (7) 可靠性高，上述電路內(nèi)部設(shè)有過(guò)電流保護(hù)電可靠性高，上述電路內(nèi)部設(shè)有過(guò)電流保護(hù)電路及功耗限制電路。由于內(nèi)部沒(méi)有熱關(guān)閉系統(tǒng)，路及功耗限制電路。由于內(nèi)部沒(méi)有熱關(guān)閉系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)載短路或由外部其他原因造成電流劇升，使當(dāng)負(fù)載短路或由外部其他原因造成電流劇升，使功耗超過(guò)額定值（結(jié)溫超過(guò)功耗超過(guò)額定值（結(jié)溫超過(guò)150）時(shí)，功放保護(hù)電）時(shí)，功放保護(hù)電路啟動(dòng)，使器件工作于安全區(qū)。路啟動(dòng)，使器件工作于安全區(qū)。(8)出現(xiàn)下述情況時(shí)，均不會(huì)造成集成電路損壞：出現(xiàn)下述情況時(shí)，均不會(huì)造成集成電路損壞： 輸出端對(duì)地

9、短路；輸出端對(duì)地短路； 溫升高于溫升高于150； 浪涌電壓沖擊；浪涌電壓沖擊； 負(fù)載開(kāi)路；負(fù)載開(kāi)路； 電源極性接反。電源極性接反。1.6 噪聲發(fā)生器噪聲發(fā)生器 (1) 噪聲發(fā)生機(jī)理噪聲發(fā)生機(jī)理 在雙極晶體管和半導(dǎo)體二極管等器件中，流動(dòng)在雙極晶體管和半導(dǎo)體二極管等器件中，流動(dòng)的電流不是平滑和連續(xù)的，而是載流子流動(dòng)產(chǎn)生的電流不是平滑和連續(xù)的，而是載流子流動(dòng)產(chǎn)生的電流脈沖之和。原因在于器件中有勢(shì)壘存在，載流的電流脈沖之和。原因在于器件中有勢(shì)壘存在，載流子通過(guò)勢(shì)壘是隨機(jī)發(fā)生的獨(dú)立事件。對(duì)于晶體管，當(dāng)子通過(guò)勢(shì)壘是隨機(jī)發(fā)生的獨(dú)立事件。對(duì)于晶體管，當(dāng)發(fā)射結(jié)處于正偏置時(shí)，就有載流子越過(guò)發(fā)射結(jié)勢(shì)壘，發(fā)射結(jié)處于正

10、偏置時(shí)，就有載流子越過(guò)發(fā)射結(jié)勢(shì)壘，由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)。雖然單位時(shí)間內(nèi)注入基區(qū)的載流由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)。雖然單位時(shí)間內(nèi)注入基區(qū)的載流子平均數(shù)一定，但某一個(gè)載流子越過(guò)勢(shì)壘進(jìn)入基區(qū)的子平均數(shù)一定，但某一個(gè)載流子越過(guò)勢(shì)壘進(jìn)入基區(qū)的事件是隨機(jī)的，取決于載流子是否具有足夠的能量，事件是隨機(jī)的，取決于載流子是否具有足夠的能量，以及指向結(jié)面方向的速度的大小。這就使得注入基區(qū)以及指向結(jié)面方向的速度的大小。這就使得注入基區(qū)的載流子數(shù)目在其平均數(shù)附近發(fā)生統(tǒng)計(jì)起伏，從而引的載流子數(shù)目在其平均數(shù)附近發(fā)生統(tǒng)計(jì)起伏，從而引起注入電流的起伏。這種由于載流子各自獨(dú)立而隨機(jī)起注入電流的起伏。這種由于載流子各自獨(dú)立而隨機(jī)地通過(guò)勢(shì)壘所引

11、起的噪聲，稱(chēng)為散粒噪聲。地通過(guò)勢(shì)壘所引起的噪聲，稱(chēng)為散粒噪聲。 電流強(qiáng)度平均值為電流強(qiáng)度平均值為I的一系列獨(dú)立的隨機(jī)電流的一系列獨(dú)立的隨機(jī)電流脈沖所產(chǎn)生的散粒噪聲電流均方值可以表示為：脈沖所產(chǎn)生的散粒噪聲電流均方值可以表示為： ，其功率譜密度為：，其功率譜密度為： 由上式可知，散粒噪聲的功率譜密度在極寬的頻帶由上式可知，散粒噪聲的功率譜密度在極寬的頻帶范圍內(nèi)與頻率無(wú)關(guān)，屬于自噪聲。值得強(qiáng)調(diào)的是，上范圍內(nèi)與頻率無(wú)關(guān)，屬于自噪聲。值得強(qiáng)調(diào)的是，上式只在中低頻范圍內(nèi)有效，在高頻區(qū)式只在中低頻范圍內(nèi)有效，在高頻區(qū)(接近接近1GHz)，散粒噪聲將隨頻率的上升而增加。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，散粒噪聲將隨頻率的上升而增

12、加。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，PN結(jié)反向擊穿會(huì)使散粒噪聲激增。總之，結(jié)反向擊穿會(huì)使散粒噪聲激增。總之，PN結(jié)的散粒結(jié)的散粒噪聲具有以下特征：噪聲具有以下特征：在非常寬的頻率范圍內(nèi)，從幾赫茲到微波頻段，散在非常寬的頻率范圍內(nèi)，從幾赫茲到微波頻段，散粒噪聲的功率譜密度與頻率無(wú)關(guān)，即呈白噪聲。粒噪聲的功率譜密度與頻率無(wú)關(guān)，即呈白噪聲。基極基極-發(fā)射極的發(fā)射極的PN結(jié)反向擊穿時(shí)，散粒噪聲強(qiáng)度激結(jié)反向擊穿時(shí)，散粒噪聲強(qiáng)度激增，因此可以用作高性能的固態(tài)噪聲源。增，因此可以用作高性能的固態(tài)噪聲源。 fqIi22 qIfS2)( (2) 噪聲發(fā)生電路噪聲發(fā)生電路 Q1、Q2為普通的為普通的2N5551三極管，三極管，Q1發(fā)

13、射結(jié)反偏處發(fā)射結(jié)反偏處于齊納擊穿狀態(tài)，產(chǎn)生寬頻譜噪聲，經(jīng)于齊納擊穿狀態(tài)，產(chǎn)生寬頻譜噪聲，經(jīng)Q2放大后，放大后，在在C47處得到處得到150mV左右的白噪聲。左右的白噪聲。C47隔離直流成分隔離直流成分后，經(jīng)過(guò)后，經(jīng)過(guò)U1A射隨器到射隨器到U1B進(jìn)行放大，放大倍數(shù)通過(guò)進(jìn)行放大，放大倍數(shù)通過(guò)R50調(diào)節(jié)，范圍為調(diào)節(jié)，范圍為04.5倍。倍。噪聲發(fā)生器噪聲發(fā)生器后是截止頻后是截止頻率為率為3000Hz的高通濾波的高通濾波器，可選擇器，可選擇是否連接到是否連接到系統(tǒng)中。系統(tǒng)中。 截止頻率為截止頻率為3000Hz的高通濾波器如圖。的高通濾波器如圖。1.7 輸入輸入/輸出電路輸出電路(1)反向比例輸入電路反向

14、比例輸入電路 反向比例電路作為輸入端，對(duì)共模信號(hào)的抑制反向比例電路作為輸入端，對(duì)共模信號(hào)的抑制能力強(qiáng)。而且由于電壓負(fù)反饋的作用，輸出電阻小，能力強(qiáng)。而且由于電壓負(fù)反饋的作用，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。帶負(fù)載能力強(qiáng)。 輸出電壓和輸入電壓的函數(shù)關(guān)系是：輸出電壓和輸入電壓的函數(shù)關(guān)系是：(2)輸出級(jí)：電壓跟隨器輸出級(jí)：電壓跟隨器 電壓跟隨器能使電路的輸入電阻增大，輸出電阻減電壓跟隨器能使電路的輸入電阻增大，輸出電阻減小，提高帶負(fù)載能力。所以，它能真實(shí)地將輸出信號(hào)小，提高帶負(fù)載能力。所以，它能真實(shí)地將輸出信號(hào)傳給負(fù)載，而向信號(hào)索取的電流小。傳給負(fù)載，而向信號(hào)索取的電流小。 44404541RRRRVVi

15、o 輸入輸入/輸出電路輸出電路2. 濾波器設(shè)計(jì)濾波器設(shè)計(jì)2.1 濾波器概述濾波器概述 濾波器是對(duì)特定頻率的信號(hào)具有選擇性的網(wǎng)絡(luò)，濾波器是對(duì)特定頻率的信號(hào)具有選擇性的網(wǎng)絡(luò)，允許指定頻段的信號(hào)通過(guò)，并將其余頻段的信號(hào)加以允許指定頻段的信號(hào)通過(guò)，并將其余頻段的信號(hào)加以抑制或使其急劇衰減。抑制或使其急劇衰減。 有源運(yùn)放的引入可以起到能量轉(zhuǎn)換的作用，使無(wú)源有源運(yùn)放的引入可以起到能量轉(zhuǎn)換的作用，使無(wú)源器件損失的能量得以補(bǔ)充，所以可以采用損耗較大的器件損失的能量得以補(bǔ)充，所以可以采用損耗較大的電阻；用一些小型電阻和電容取代了元源電阻；用一些小型電阻和電容取代了元源RLC濾波濾波器中的電感，免除了電感所固有的

16、非線性特性、磁場(chǎng)器中的電感，免除了電感所固有的非線性特性、磁場(chǎng)屏蔽、損耗及體積和重量過(guò)大等缺點(diǎn)。有源屏蔽、損耗及體積和重量過(guò)大等缺點(diǎn)。有源RC濾波濾波器能提供一定的信號(hào)增益，同時(shí)具有緩沖作用，有利器能提供一定的信號(hào)增益，同時(shí)具有緩沖作用，有利于高階濾波器的實(shí)現(xiàn)。也適于小型化、集成化。于高階濾波器的實(shí)現(xiàn)。也適于小型化、集成化。 濾波器的設(shè)計(jì)方法有很多，要求掌握級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)濾波器的設(shè)計(jì)方法有很多，要求掌握級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)方法。所謂級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)方法，是通過(guò)級(jí)聯(lián)一階和二方法。所謂級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)方法，是通過(guò)級(jí)聯(lián)一階和二階濾波器結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生所需要的響應(yīng)。階濾波器結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生所需要的響應(yīng)。 只要確定各個(gè)部分的截止頻率只要確定各個(gè)部分

17、的截止頻率c和品質(zhì)因數(shù)和品質(zhì)因數(shù)Q，就，就可以將高階的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成對(duì)一階或者二階濾波器的設(shè)可以將高階的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成對(duì)一階或者二階濾波器的設(shè)計(jì)。每一節(jié)的設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，元件值一般比較低。計(jì)。每一節(jié)的設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，元件值一般比較低。每節(jié)的低輸出阻抗消除了級(jí)間負(fù)載效應(yīng)，因此，可以每節(jié)的低輸出阻抗消除了級(jí)間負(fù)載效應(yīng)，因此，可以將每節(jié)獨(dú)立于其他部分單獨(dú)調(diào)諧。將每節(jié)獨(dú)立于其他部分單獨(dú)調(diào)諧。 從模塊化設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，要求級(jí)聯(lián)濾波器的各個(gè)部分相從模塊化設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，要求級(jí)聯(lián)濾波器的各個(gè)部分相互獨(dú)立。然而，由容差、熱漂移和老化所帶來(lái)的參數(shù)互獨(dú)立。然而，由容差、熱漂移和老化所帶來(lái)的參數(shù)變化非常敏感，特別是對(duì)于高變化非常敏

18、感，特別是對(duì)于高Q值的模塊來(lái)說(shuō)，一個(gè)值的模塊來(lái)說(shuō)，一個(gè)元件微小的變化，都會(huì)引起整個(gè)級(jí)聯(lián)電路的響應(yīng)發(fā)生元件微小的變化，都會(huì)引起整個(gè)級(jí)聯(lián)電路的響應(yīng)發(fā)生明顯的變化，這是有源濾波器的不足之處。明顯的變化，這是有源濾波器的不足之處。 2.2 濾波器分類(lèi)濾波器分類(lèi) 根據(jù)處理的信號(hào)不同，濾波器分為模擬濾波器根據(jù)處理的信號(hào)不同，濾波器分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器。根據(jù)所用元器件不同，分為無(wú)源和數(shù)字濾波器。根據(jù)所用元器件不同，分為無(wú)源濾波器和有源濾波器。濾波器和有源濾波器。 通常在復(fù)頻域中討論濾波器的性質(zhì)。按照濾波器電通常在復(fù)頻域中討論濾波器的性質(zhì)。按照濾波器電路的傳遞函數(shù)和頻率響應(yīng)特性，可將濾波器分成路的傳遞函

19、數(shù)和頻率響應(yīng)特性，可將濾波器分成 5 種種:低通、高通、帶通、帶阻和全通濾波器。低通、高通、帶通、帶阻和全通濾波器。 如果一個(gè)系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)為常數(shù)，即如果一個(gè)系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)為常數(shù)，即 H(j) = H0，而且其相頻響應(yīng)為線性的，則該系統(tǒng)允許任何信號(hào)通而且其相頻響應(yīng)為線性的，則該系統(tǒng)允許任何信號(hào)通過(guò)，這類(lèi)濾波器稱(chēng)為全通濾波器。過(guò)，這類(lèi)濾波器稱(chēng)為全通濾波器。 通常，把頻率選擇濾波器中能夠允許通過(guò)的信號(hào)頻通常，把頻率選擇濾波器中能夠允許通過(guò)的信號(hào)頻率范圍叫做通帶，把受阻或衰減很大的信號(hào)頻率范圍率范圍叫做通帶，把受阻或衰減很大的信號(hào)頻率范圍叫做阻帶。叫做阻帶。 2.3 濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程

20、 理想濾波器幅頻特性曲線從通帶到阻帶的過(guò)渡理想濾波器幅頻特性曲線從通帶到阻帶的過(guò)渡是階躍的，工程上不可能實(shí)現(xiàn)，只有通過(guò)某種傳是階躍的，工程上不可能實(shí)現(xiàn)，只有通過(guò)某種傳輸函數(shù)去逼近濾波器的理想特性。一般的步驟為輸函數(shù)去逼近濾波器的理想特性。一般的步驟為:(1)通過(guò)一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)函數(shù)，對(duì)所要求的濾波特性通過(guò)一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)函數(shù)，對(duì)所要求的濾波特性進(jìn)行逼近，找出近似傳遞函數(shù)。進(jìn)行逼近，找出近似傳遞函數(shù)。(2)將傳遞函數(shù)分成若干個(gè)二階和一階因式，然后用電將傳遞函數(shù)分成若干個(gè)二階和一階因式，然后用電路依次實(shí)現(xiàn)。路依次實(shí)現(xiàn)。(3)通過(guò)級(jí)聯(lián)，得到濾波電路。通過(guò)級(jí)聯(lián)，得到濾波電路。 因此，濾波器設(shè)計(jì)的第一個(gè)

21、問(wèn)題是尋求某個(gè)傳輸函因此，濾波器設(shè)計(jì)的第一個(gè)問(wèn)題是尋求某個(gè)傳輸函數(shù)，使其幅頻特性逼近理想濾波器特性；第二個(gè)問(wèn)題數(shù)，使其幅頻特性逼近理想濾波器特性；第二個(gè)問(wèn)題是綜合問(wèn)題，即尋求一個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用電子器件是綜合問(wèn)題，即尋求一個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用電子器件去實(shí)現(xiàn)上面的傳輸函數(shù)。去實(shí)現(xiàn)上面的傳輸函數(shù)。 濾波器的傳輸函數(shù)可以寫(xiě)成有理多項(xiàng)式的形式：濾波器的傳輸函數(shù)可以寫(xiě)成有理多項(xiàng)式的形式： 其中，其中，s 是復(fù)頻域變量，多項(xiàng)式系數(shù)是復(fù)頻域變量，多項(xiàng)式系數(shù) a i和和 b j決定了濾決定了濾波器的類(lèi)型，同時(shí)決定了濾波器的幅頻與相頻曲線的波器的類(lèi)型，同時(shí)決定了濾波器的幅頻與相頻曲線的形狀。上式分母多項(xiàng)式中，形狀

22、。上式分母多項(xiàng)式中，m是濾波器的階數(shù)。是濾波器的階數(shù)。 進(jìn)一步運(yùn)算表明，上式可以表達(dá)成如下形式進(jìn)一步運(yùn)算表明，上式可以表達(dá)成如下形式 ：其中，其中， 是一個(gè)常數(shù)，稱(chēng)為標(biāo)度因子。是一個(gè)常數(shù)，稱(chēng)為標(biāo)度因子。zi是濾波是濾波器函數(shù)分子等于器函數(shù)分子等于 0 的特征方程的根，叫做零點(diǎn)。的特征方程的根，叫做零點(diǎn)。pj 是是濾波器函數(shù)分母等于濾波器函數(shù)分母等于 0 的特征方程的根，叫做極點(diǎn)。的特征方程的根，叫做極點(diǎn)。 )()(01110111nmasasasabsbsbsbsHmmmmnnnn nijniinmnnpszsHpspspsazszszsbsH1102121)()()()()()()(mnab

23、H 0 顯然，濾波函數(shù)可以由一組零點(diǎn)、一組極點(diǎn)和顯然，濾波函數(shù)可以由一組零點(diǎn)、一組極點(diǎn)和一個(gè)標(biāo)度因子一個(gè)標(biāo)度因子H0表示。只要知道了零點(diǎn)、極點(diǎn)和表示。只要知道了零點(diǎn)、極點(diǎn)和標(biāo)度因子，濾波器的類(lèi)型以及幅頻和相頻的形狀標(biāo)度因子，濾波器的類(lèi)型以及幅頻和相頻的形狀就可以完全確定了。就可以完全確定了。 高通、帶通和帶阻函數(shù)可以由低通函數(shù)變換得到，高通、帶通和帶阻函數(shù)可以由低通函數(shù)變換得到，不同參數(shù)的低通濾波器可以歸一化為不同參數(shù)的低通濾波器可以歸一化為0=1和和H0=1的的標(biāo)準(zhǔn)低通濾波器，所以對(duì)于近似問(wèn)題，只要研究歸一標(biāo)準(zhǔn)低通濾波器，所以對(duì)于近似問(wèn)題，只要研究歸一化低通函數(shù)即可。化低通函數(shù)即可。 濾波器

24、的近似方法多種多樣，不同的近似采用不同濾波器的近似方法多種多樣，不同的近似采用不同的歸一化低通函數(shù)，因而綜合出特性不同的濾波器。的歸一化低通函數(shù)，因而綜合出特性不同的濾波器。最常用的有巴特沃斯（最常用的有巴特沃斯（Butterworth）濾波器、切比）濾波器、切比雪夫（雪夫（Chebychev）濾波器、橢圓濾波器以及貝塞耳）濾波器、橢圓濾波器以及貝塞耳（Bessel）濾波器。）濾波器。 巴特沃斯濾波器：又稱(chēng)最大平坦度濾波器。巴特沃斯濾波器：又稱(chēng)最大平坦度濾波器。 特點(diǎn)：在整個(gè)通帶內(nèi)，濾波器的幅頻特性曲線特點(diǎn)：在整個(gè)通帶內(nèi)，濾波器的幅頻特性曲線是平坦的，且在有平坦特性的濾波器中帶寬最寬。是平坦的

25、，且在有平坦特性的濾波器中帶寬最寬。切比雪夫?yàn)V波器：又稱(chēng)通帶等波紋濾波器。切比雪夫?yàn)V波器：又稱(chēng)通帶等波紋濾波器。 這種濾波器的幅頻特性曲線在通帶內(nèi)有等幅的紋波這種濾波器的幅頻特性曲線在通帶內(nèi)有等幅的紋波波動(dòng)，波動(dòng)的次數(shù)與濾波器的階數(shù)有關(guān)，不同的波動(dòng)波動(dòng)，波動(dòng)的次數(shù)與濾波器的階數(shù)有關(guān)，不同的波動(dòng)幅度所對(duì)應(yīng)的傳輸函數(shù)多項(xiàng)式的系數(shù)不同。幅度所對(duì)應(yīng)的傳輸函數(shù)多項(xiàng)式的系數(shù)不同。橢圓濾波器：又稱(chēng)考爾濾波器。橢圓濾波器：又稱(chēng)考爾濾波器。 這種濾波器的幅頻特性曲線在通帶和阻帶內(nèi)都有波這種濾波器的幅頻特性曲線在通帶和阻帶內(nèi)都有波動(dòng)。動(dòng)。貝塞耳濾波器：又稱(chēng)為線性相位型濾波器。貝塞耳濾波器：又稱(chēng)為線性相位型濾波器。

26、 這種濾波器的通帶邊界下降得較緩慢，但其相頻特這種濾波器的通帶邊界下降得較緩慢，但其相頻特性接近線性，具有最佳的相位特性。性接近線性，具有最佳的相位特性。 二階低通二階低通- -二階高通串接的方法設(shè)計(jì)巴特沃斯二階高通串接的方法設(shè)計(jì)巴特沃斯四階濾波器的框圖和電路如下。四階濾波器的框圖和電路如下。 各種濾波器的歸一化低通函數(shù)都有表可查。下各種濾波器的歸一化低通函數(shù)都有表可查。下面僅以巴特沃斯和切比雪夫?yàn)V波器為例簡(jiǎn)單說(shuō)明。面僅以巴特沃斯和切比雪夫?yàn)V波器為例簡(jiǎn)單說(shuō)明。這兩種濾波器都是全極點(diǎn)濾波器，它們的歸一化這兩種濾波器都是全極點(diǎn)濾波器，它們的歸一化低通函數(shù)只有極點(diǎn)而沒(méi)有零點(diǎn)，形式如下，其中低通函數(shù)只

27、有極點(diǎn)而沒(méi)有零點(diǎn)，形式如下，其中s為為復(fù)頻率變量，復(fù)頻率變量，n為濾波器的階數(shù)。為濾波器的階數(shù)。 實(shí)際濾波器的幅頻特性總有過(guò)渡實(shí)際濾波器的幅頻特性總有過(guò)渡區(qū)，如圖，區(qū)，如圖，f p f s 為過(guò)渡帶寬。在為過(guò)渡帶寬。在直流下，傳輸增益為直流下，傳輸增益為 1，即，即 0 dB；當(dāng)當(dāng) f=f p時(shí)，增益為時(shí)，增益為A p；當(dāng)；當(dāng) f=f s時(shí)，時(shí)，增益為增益為As。0111)(asasasasHnnnn 2.4 常見(jiàn)單元電路分析常見(jiàn)單元電路分析 由有源放大器組成的濾波器電路很多，分析方由有源放大器組成的濾波器電路很多，分析方法是結(jié)合放大器的理想特性，利用基爾霍夫定律法是結(jié)合放大器的理想特性，利用

28、基爾霍夫定律求解電路方程。求解電路方程。 二階有源低通濾波器的標(biāo)準(zhǔn)二階有源低通濾波器的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)為：傳遞函數(shù)為： 列寫(xiě)電路方程：列寫(xiě)電路方程：4432222211111)(RRRVsCsCRVsCRVsCVVRVVoutxxoutxxin2002200)( sQsHsH 解方程得到傳遞函數(shù)為：解方程得到傳遞函數(shù)為： 對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)可得：對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)可得： 可見(jiàn)，可見(jiàn)，R3和和R4只影響傳輸增益，因此，有時(shí)將運(yùn)放只影響傳輸增益，因此，有時(shí)將運(yùn)放的的2腳和腳和6腳短路，即令腳短路，即令R3=0，同時(shí)去掉電阻，同時(shí)去掉電阻R4，使傳，使傳輸增益為輸增益為1。1122221211221211)111(/)(CRCRsCRACRCRsCCRRAsHFF1122201CRCR 4301RRAHF221112211122)1(1CRCRACRCRCRCRQF3.電路測(cè)量調(diào)試電路測(cè)量調(diào)試3.1 前置放大電路的調(diào)試（調(diào)試時(shí)應(yīng)斷開(kāi)輸出）前置放大電路的調(diào)試（調(diào)試時(shí)應(yīng)斷開(kāi)輸出） 在輸入端加正弦信號(hào)在輸入端加正弦信號(hào)u i（頻率幅值任意），測(cè)（頻率幅值任意），測(cè)量前置