Lọc tương tự Analog filter, Nguyễn Quốc Cường, Đại học Bách Khoa Hà Nội

Lọc tương tự
Nguyễn Quốc Cường

Dept 3i-hut


Nội dung
•

Giới thiệu

•

Lọc tương tự

•

Lọc thụ động

•

Lọc tích cực

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

2


Tài liệu tham khảo
•

Microelectronic circuits” - Adel S. Sedra & Kenneth C.
Smith, Oxford University Press, 2004 (chapter 12)

•

“A Basic Introduction to Filters Active, Passive, and
Switched-Capacitor” , National Semiconductor Application
Note 779, Kerry Lacanette, April 1991

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

3


Giới thiệu
•

Định nghĩa: lọc tương tự (điện tử)
–
–

•

Là một mạng điện có khả năng thay đổi đặc tính của biên độ /
pha của tín hiệu theo tần số
Khơng thêm vào các tần số mới hay làm thay đổi thành phần
tần số của tín hiệu

Ứng dụng:
–
–
–

Tách tín hiệu hữu ích ra khỏi nhiễu
Trong mạch ADC, lọc được sử dụng để loại trừ trường hợp
chồng phổ
….

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

4


Bộ lọc:
• Thay đổi biên độ của tín hiệu tại một số tần số mong muốn
• Thay đổi pha của tín hiệu tại một số tần số mong muốn

Xem xét bộ lọc tác động đến biên độ
Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

5


Các kiểu bộ lọc lý tưởng

Analog filters

Nguyễn Quốc Cường

6


Bậc của bộ lọc

M(s)
T(s) =
N(s)
•

Hàm truyền T(s) có bậc của mẫu sỗ (n) lớn hơn bậc của
tử số (m)

•

Bậc của bộ lọc = n
–

Trong thiết kế lọc tương tự, bộ lọc bậc cao thường được
ghép tầng bới các bộ lọc bậc 1 và bậc 2

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

7


Lọc thông thấp

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

8


Các định nghĩa
•

Amax: khoảng dao động maximum cho phép trong dải thơng
của bộ lọc

•

Amin: khoảng giảm nhỏ nhất trong dải dừng (stopband) so
với biên độ maximum của dải thơng

•

Tần số cắt (cutoff frequency):
–

–

•

tần số tại đó đặc tính biên độ bắt đầu giảm vượt ra ngoài
khoảng Amax
hoặc tần số tại đó đặc tính biên độ giảm 3dB

Tần số dừng (stop frequency):
–

tần số tại đó biên độ bắt đầu giảm lớn hơn giá trị Amin

–

hoặc tần số tại đó biên độ giảm 20dB

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

9


Ví dụ lọc thơng thấp

1
H s  2
s  s 1
Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

10


Bode Diagram
10

Magnitude (dB)

0
-10
-20
-30
-40
0

Phase (deg)

-45

-90

-135

-180
10

-1

10

0

Frequency (rad/sec)

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

11

10

1


Lọc thơng thấp bậc 2
•

Dạng bộ lọc thơng thấp

H0

H(s) 
2

s 

0
Q

2
s  0

–

H0 / ω02 : hệ số khuếch đại dải thông (ứng với tần số = 0)

–

ω0: tần số góc (corner frequency) hay break frequency

–

Q: hệ số chất lượng (của điểm cực)

–

Nếu Q > 0.707 đáp ứng biên độ có cực đại

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

12


Q=20

Q=0.5

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

13


Đáp ứng hàm bước nhảy

Q = 20

Q = 0.5

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

14


Ví dụ lọc thơng cao bậc 2

s2
H s 
1
1
2
s 
s
RC
LC
s2
H s  2
s  s 1
Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

15

Đáp ứng tần số

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

16


Lọc thơng cao bậc 2
•

Dạng bộ lọc thơng cao

H s 

H0s2
s2 

0
Q

2
s  0

H0 : hệ số khuếch đại dải thơng (ứng với tần số =
∞)
ω0: tần số góc (corner frequency) hay break
frequency
Q: hệ số chất lượng (của điểm cực)

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

17


Đáp ứng tần số
Q=20

Q=0.5

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

18


Đáp ứng thời gian
Q=20

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

19


Lọc thông dải

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

20


Ví dụ lọc thơng dải

1
s
RC
H s 
1
1
2
s 
s
RC
LC
Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

21

s
H s  2
s  s 1


Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

22


Lọc thơng dải bậc 2
•

Hàm truyền lọc thơng dải

H s 

H0s

2

s 

0
Q

2
s  0

–

ω0: tần số trung tâm

–

H0Q/ ω0: hệ số khuếch đại tại tần số trung tâm

–

Q : hệ số chất lượng được định nghĩa

Q

f0
fH  fL

–

fH , fL: các tần số cắt (-3dB)

–

Dải thông = fH- fL

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

23


Đáp ứng tần số
Q=0.5

Q=20

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

24


Đáp ứng thời gian

Analog filters
Nguyễn Quốc Cường

25