所謂傳遞函數(shù)即線性定常系統(tǒng)在零初始條件下,輸出量的拉氏變換式與輸入量的拉氏變換式之比。傳遞函數(shù)通常用于單輸入、單輸出的模擬電路,主要用在信號處理、通信理論、控制理論。這個術(shù)語經(jīng)常專門用于如本文所述的線性時不變系統(tǒng)(LTI)。實際系統(tǒng)基本都有非線性的輸入輸出特性,但是許多系統(tǒng)在標稱參數(shù)范圍內(nèi)的運行狀態(tài)非常接近于線性,所以實際應(yīng)用中完全可以應(yīng)用線性時不變系統(tǒng)理論表示其輸入輸出行為,有的書中也把其譯為:“轉(zhuǎn)移函數(shù)”。
n階濾波器傳遞函數(shù)的一般表達式為
若將傳遞函數(shù)分解為因子式,則上式變?yōu)?/strong>
式中,sao?,sa1,…,sas咖為傳遞函數(shù)的極點;sbo,sb1執(zhí),…,sbm為傳遞函數(shù)的零點。
在設(shè)計濾波器的電路時,直接實現(xiàn)3階以上傳遞函數(shù)的電路是很難的。當需要設(shè)計大于或即是3階的濾波器時,一般采取將高階傳遞函數(shù)分解為幾個低階傳遞函數(shù)乘積的形式。如
Gn(s)=G1(S).G2(S)… Gk(s)
式中,k≤n。例如,設(shè)計一個5階濾波器,可用兩個2階濾波器和一個1階濾波器級聯(lián)得到。
表中,G(s)為濾波器的傳遞函數(shù),c(ω)為濾波器的幅頻特性,G0為濾波器的通帶增益或零頻增益,ωc為一階濾波器的截止角頻率,ωn為二階濾波器的自然角頻率,ω0為帶通或帶阻濾波器的中心頻率,ε為2階濾波器的阻尼系數(shù)。
將k個低階傳遞函數(shù)的濾波器的基本節(jié)級聯(lián)起來,可構(gòu)成n階濾波器。由于用集成運放構(gòu)成的低階濾波器,其輸出阻抗很低9所以不必考慮各基本節(jié)級聯(lián)時的負載效應(yīng),保證了各基本節(jié)傳遞函數(shù)設(shè)計的獨立性。
一階濾波器和二階濾波器是設(shè)計集成有源濾波器的基礎(chǔ),表列出了常用的一階、二階濾波器的傳遞函數(shù)和幅頻特性。在設(shè)計濾波器時,可直接查表得到其傳遞函數(shù),這樣就避免了在設(shè)計濾波器時求解傳遞函數(shù)的麻煩。
二階低通濾波器
為了改進一階低通濾波器的頻率特性,可采用二階低通濾波器。一個二階低通濾波器包含兩個RC支路,如圖所示為二階低通濾波器的一般電路。此一般電路對于二階高通濾波器也同樣適用。 圖6-2-3所示的濾波器是同相放大器。在圖6-2-3中,零頻增益為
在節(jié)點B可得
將式(6-2-8)代人式(6-2-6),轉(zhuǎn)變到復(fù)頻域,可得一般二階低通濾波器的傳遞函數(shù)為
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