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(gè)術(shù)語經(jīng)常專門用于如本文所述的線性時(shí)不變系統(tǒng)(LTI)。實(shí)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(biāo)稱參數(shù)范圍內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)非常接近于線性,所以實(shí)際應(yīng)用中完全可以應(yīng)用線性時(shí)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(dá)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(diǎn);sbo,sb1執(zhí),…,sbm為傳遞函數(shù)的零點(diǎn)。
在設(shè)計(jì)濾波器的電路時(shí),直接實(shí)現(xiàn)3階以上傳遞函數(shù)的電路是很難的。當(dāng)需要設(shè)計(jì)大于或即是3階的濾波器時(shí),一般采取將高階傳遞函數(shù)分解為幾個(gè)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(jì)一個(gè)5階濾波器,可用兩個(gè)2階濾波器和一個(gè)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(gè)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(yùn)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(shí)的負(fù)載效應(yīng),保證了各基本節(jié)傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)的獨(dú)立性。
一階濾波器和二階濾波器是設(shè)計(jì)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(jì)濾波器時(shí),可直接查表得到其傳遞函數(shù),這樣就避免了在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)求解傳遞函數(shù)的麻煩。
二階低通濾波器
為了改進(jìn)一階低通濾波器的頻率特性,可采用二階低通濾波器。一個(gè)二階低通濾波器包含兩個(gè)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(diǎn)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
在構(gòu)成二階低通濾波器時(shí),只需選擇巧,殤,蠔,‰導(dǎo)納的值即可。例如,當(dāng)選擇Y1=1/R1,Y2=1/R2,Y3=sC1 Y4=sC2時(shí),則構(gòu)成圖6-2-4所示的二階低通濾波器。
對于上圖所示的二階低通濾波器,其傳遞函數(shù)為
如圖6-2-5所示為二階低通濾波器的幅頻特性曲線,其阻帶衰減特性的斜率為-40dB/10oct,克服了一階低通濾波器阻帶衰減太慢的缺點(diǎn)。
二階低通濾波器的各個(gè)參數(shù),影響其濾波特性,如阻尼系數(shù)苫的大小,決定了幅頻特性有無峰值,或諧振峰的高低。如圖6=2-6所示為苫對二階低通濾波器幅頻特性的影響。
由傳遞函數(shù)判斷濾波器
根據(jù)系統(tǒng)函數(shù)快速判斷濾波器類型
(1)死辦法,用傅里葉變換求出H(f),在畫出幅頻特性曲線,看高頻部分是不是“通”
(2)用拉氏變換求出H(s),然后記住一句話:分子上有什么就通什么!
舉個(gè)例子:
H(s)=as/(bs+c)
分子上有“高次”,所以是高通。
這里的“高次”是這個(gè)意思:
分母上有s的0次和1次,分子是s的1次,所以是較高的那個(gè),簡稱“高次”。
H(s)=a/(bs+c)
分子上有“低次”,所以是低通。
H(s)=as^2/(bs^2+cs+d)
分子上有“高次”,所以是高通。
H(s)=a/(bs^2+cs+d)
分子上有“低次”,所以是低通。
H(s)=as/(bs^2+cs+d)
分子上有“中間次”,所以是帶通。
第(2)種方法還沒找到理論根據(jù),如果將分子分母都除以“高次”,在判斷頻率從小變化到無窮的情況能理解
如果只有一個(gè)零極點(diǎn),可以根據(jù)復(fù)平面上零極點(diǎn)位置來判斷。
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