带通滤波器应用

带通滤波器应用　Ｏ八一科技　带通滤波器应用　陈　勋　（零八一总厂电信室　广元　６２８０ｌ　７）　摘　要：本文主要阐述带通滤波器（ＢＰＦ）的特点，结合在产品中的应用给　出了几种实用电路，并进行了论述。　关键词：有源滤波电路　带通滤波器　幅频特性　通带电压放大倍数特征　频率　１　引言　我们知道，当一定复杂程度的信号通过几乎任何电子系统时，它都需要经过某种滤波　电路进行滤波。一般在一个实际应用的电子系统中，因输入信号往往因受干扰等原因而带　有其它一些不需要的频率信号，就必须使用滤波电路将它衰减到足够小的程度。滤波电路　是一种可通过或阻止某种频率信号的电路，其功能就是让指定频段的信号能顺利地通过，　而对其它频段的信号起到衰减作用。它分为两种：无源和有源滤波电路。无源滤波电路是　由无源器件（电阻、电容和电感）组成，性能较差。有源滤波电路是由集成运算放大器和　ＲＣ等网络构成，具有几个主要优点：体积小，重量轻；电路的输入和输出之间具有良好　的隔离；除了起滤波作用外，还可放大输入信号，且容易调节放大倍数等。　’　有源滤波电路的用途很广，主要用于小信号处理。利用它可以突出有用频率的信号，　抑制干扰、噪声或衰减无用频率的信号，达到提高信噪比或选频的目的。按幅频特性的不　同，可将滤波电路分为以下几类：低通滤波电路（ＬＰＦ）、高通滤波电路（ＨＰＦ）、带通滤波　电路（ＢＰＦ）、带阻滤波电路（ＢＥＦ）和全通滤波电路（ＡＰＦ）。ＬＰＦ主要用于在信号处于低频　（或直流成份），并且需要削弱高次谐波或频率较高的干扰和噪声等场合。ＨＰＦ主要用于信　号处于高频并且需要削弱低频的干扰和噪声等场合。ＢＰＦ主要朋来突出有用频段的信号，　削弱其余频段的信号或干扰和噪声，以提高信噪比。ＢＥＦ主要用来抑制选定频段处的信　号或干扰。ＡＰＦ又称恒增益移相电路，用于改变输入信号的相位，但输出与输入电压幅值　之比为常值。　２带通滤波电路（ＢＰＦ）的性能分析　ＢＰＦ的频率响应特性示意图如下所示。根据特性，可定性给出一个二阶带通滤波器的　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｏ八一科技　带通滤波器应用　４５　传递函数．如下：　Ａ　（　）：—　（１）　ｋ２　ｓ＋ｋ３ｓ＋１　式１中ｋｌ、ｋ２、ｋ３均与Ｒ、Ｃ相关联。　图１幅频特性　图２相频特性　当输人信号在ｆ＝ｆｏ时Ａ　的模最大，ｆｏ称为特征频率，并将ｆ＝ｆｏ时的Ａ　值即Ａ　称为通　带电压放大倍数；带通滤波电路输出电压与输入电压之比的模随频率变化下降到通带电压　放大倍数的７Ｏ％时所对应的频率用ｆＤ（　，、ｆＤ２）表示，称为通带截止频率；通带宽度是两　个通带截止频率之差；Ｑ值是特征频率与通带宽度之比。从图中可看出以下几点：在通带　内幅频特性基本是水平的．通带外的电压放大倍数为零或近似为零：通带与阻带之间的频　段称为过渡带，过渡带越窄说明滤波电路的选择性越好。　由于输人信号ｆ＝ｆｏ时，传递函数的虚部为零．Ａ　的模最大即输出信号的幅值最大。故　当输人信号的频率与ｆｏ相同时，通过滤波器输出信号的相位不变即输人／输出信号之间的　相移为零或为反相。这是带通滤波器最重要的特性．已在工程实践中得到了广泛运用。　３实际应用　带通滤波器最直接的应用就使用于话音通讯系统和天线伺服系统中ｆ假单脉冲体制炮　瞄跟踪雷达１。　３．１在通讯系统中的使用　该ＢＰＦ实际电路如下所示　维普资讯 http://www.cqvip.com

带通滤波器应用　Ｏ八一科技　图３　电路原理图　间。而选定这样的频率范围是因为正常人讲话的频率基本上在此范围内，而系统中有此频　带范围以外的干扰和噪声信号。这样就确保了人讲话的话音信号被放大，而其余频率的干　扰信号被滤除，也就保证了通话质量。　该带通滤波器是二阶无限增益多路反馈ＢＰＦ。其传递函数Ａ　、通带电压放大倍数Ａ一　通带宽度Ｂ、特征频率ｆｏ和Ｑ值的公式如下所示。　Ａｕ（　）：丁丁　（２）　奇　将ｓ换成Ｊ　ｗ＇并令ｆ０　’化简后则得到　“一　·等　畦侣羽　㈤卜　　显然，当ｆ－－ｆｏ　Ｈ￣Ａ　的模最大，此时通带电压放大倍数为　Ａ　一等　（４）　当式（３）等号右边分母中的虚数系数之绝对值为１　Ｈ，－］－，通带截止频率可由下式得出　Ｉ｝　·　㈤　解方程，取正根，ＢＰＦ的通带截止频率是　ｍ　ｖ　Ｒ￣／／Ｒ＝］　ｆｐ２＝ｒｏ【、／平＋一一、／　］　ｃ７　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｏ八一科技　带通滤波器应用　４７　因通带宽度是两个通带截止频率之差，故　ｒｏ　／ＪＲ２　而Ｑ值是特征频率与通带宽度之比，则　Ｑ＝　１￣ｖ／　Ｒｆ　于是，传递函数可化为　Ａ（９）　Ａｕｐ１＋ｊＱ　丁ｆｏ）　（１Ｏ）　由此可得到不同Ｑ值的幅频特性曲线，限于篇幅，在此略。根据上式可以看出：Ｑ　值越大，通带宽度越窄，选择性越好。　３．２在伺服系统中的使用　在伺服系统的角误差信号前置处理电路中，就利用了带通虚波器的特性。框图如下：　输出信号ｌ检波器Ｈ检波器ｌ　Ｉ控制器ｒ控制器Ｉ　　图４电路框图　接收机　Ｉ峰值ｌ　Ｉ自动增益Ｉ　带　通　角位置　滤波器　误差　框图中峰值检波器的输出含有两种主要成分：它的交流成分反映角位置误差包络（主　要是角位置误差信号的大小和相位信息，代表目标偏离雷达电轴的角度）；它的直流成分　反映目标回波的强弱。峰值检波器的输出送到自动增益控制器，抑制由予回波强弱起伏对　误差包络产生的不利影响。而自动增益控制器输出的信号已基本不受直流成分影响了，但　这时的信号包络中却仍含有高频纹波和低频　干扰。因此，将自增控输出的误差信号（频　率为锥扫频率）送至带通滤波器再输出，这　样既滤掉了高频纹波．也消除了低频挠动成　分，输出了与锥扫频率一致的误差信号，而ｕｉ　且角位置误差的相位信息保持不变，这样就　得到了方位和高低支路的真实角误差信号。　实际电路如下所示：　由图可见，Ａ１有两个反馈网络，第一　个网络是由Ａ１、Ｒ２、Ｃ１组成的。第二个则　是以Ａ２为中心的反馈网络。两个反馈网络　都是关于频率的模型。由于这两个反馈网络　作用的结果，使得呈带通特性。　如果令Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒ　＝Ｒ，Ｃ１＝Ｃ　＝Ｃ３＝Ｃ，则电　路的特征频率近似为：　图５　电路原理图　维普资讯 http://www.cqvip.com

带通滤波器应用　Ｏ八一科技　ｆ０　丽１　通带电压放大倍数近似为：　（　２）　Ａ　一　Ｒ２　通带宽度约为：　（１３）　Ｂ：　、／Ｒ３。Ｒ５　该ＢＰＦ的另外一个优点。　（１４）　‘　由上可以看出，改变Ｒ　、Ｒ　就改变了通带电压放大倍数，并不影响特征频率。这是　４结束语　虽然以上只介绍了ＢＰＦ在工程中的应用，但ＢＰＦ、ＬＰＦ、ＨＰＦ和ＢＥＦ这四种有源滤　波电路之间互有联系。比如说将ＬＰＦ中起滤波作用的电阻和电容对调即变为ＨＰＦ。将　ＬＰＦ和ＨＰＦ串接起来，若参数合适可成为ＢＰＦ；将二者并接，若参数合适可变为ＢＥＦ。　在实际应用时，一个复杂的电子设备可能需要几种不同形式的有源滤波电路。应根据有用　信号和无用信号、干扰或噪声所占频段的具体情况，合理选择ＬＰＦ、ＨＰＦ、ＢＰＦ、ＢＥＦ和　ＡＰＦ。　作者简介　陈勋，男，工程师，零八一总厂电信室。　雷达技术词汇英汉对照表　Ｌ－ｂａｎｄ　Ｌａｍｂｅｒｔ　Ｓ　ｌａｗ　Ｌ波段　朗伯定律　激光频率　Ｌａｓｅｒ　ｒｅｑｕｅｎｃｉｆｅｓ　Ｌｅｎｓ－ｅｆｆｅＣｔ　ｌＯＳＳ　Ｌｅｔｔｅｒ－ｂａｎｄｓ　ｆｏｒ　ｒａｄａｒ　Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ　ｒａｔｉｏ　Ｌｉｍｉｔｅｒ　Ｌｉｍｉｔｉｎｇ　ｉｎ　ＭＴＩ　ｒａｄａｒ　Ｌｉｎｅ——ｔｙｐｅ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ　Ｌｉｎｅａｒ　ａｒｒａｙ　透镜效应损耗　雷达的字母标识频段　似然比　限幅器　动目标显示雷达中的限幅　线性调制器　线阵　Ｌｉｎｅａｒ－ｂｅａｍ　ｔｕｂｅｓ　Ｌｉｎｅａｒ——ＦＭ　ｐｕｌｓｅ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　线性电子注管　线性调频脉冲压缩　波束转换　Ｌｏｂｅ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　Ｌｏｃａｌ　ｏｓｃｉＵａｔｏｒ　本（地）振（荡器）