我们通常分析的系统是最小相位系统即系统必须是稳定的,且传递函数中分子的零点必须在左半平面。 而全通滤波器就是一个非常常见的 ** 非最小相位系统 **
。 总的一句话概括全通滤波器的特性就是,幅度不变,相位随着频率变化而变化。 理论分析 它的传递函数可以由如下式子表示。
该式子的相角随着频率变化而变化,幅度则保持 1
我们用Matlab来看一下它的伯德图即对数频率特性曲线:
也是可以看到,频率不变,相位变化。
电路分析 我们从传递函数中可以得到,我们要构成一个分子中带有负项,分母中带有正项的结构,这里我们引入 ** 运算放大器 **
,利用同相输入端和反向输入端的特性来实现。
如果我们可以用第二个电路减去第一个电路,这样子我们就可以得到一个类似全通滤波器的传递函数,因此我们构造出这两部分电路。
这样子我们就完成了我们的全通滤波器设计。这里叠个甲, **
该电路只是从数学公式中反推一个理论上成立的滤波器,不考虑实际是否可以使用,本人也没有太深入研究过全通滤波器设计知识,仅搭建了一个能符合数学公式的电路 **
。
我们对这个电路进行仿真,可以得到对数幅频特性曲线图:
可以看到幅度基本保持不变,相位随着频率改变而改变,不过这个电路缺点有非常多,我们需要保证两路RC的电气参数一致,并且调节参数的时候也需要两路都调节,显然不是一个理想的电路。
而人类的智慧是无穷的,我们稍对电路结构做一下调整:
分析完直呼:秒哇!
得到的幅频特性曲线如图,而且结构更加方便,调参更加的方便也更易实现。
由该原理,我们其实可以看出,相位的变换和频率有关系。反过来我们只需要调节电气参数,使得幅相图左移或者右移。
这样子我们就可以得到在某个频率下,相位随着电气参数的变化而变化。
从参数中可以得到,该电路的相位主要取决于RC的值,因此我们只需要改变RC的值,将电阻换做滑动变阻器,就可以实现移相器。