模拟电子技术基础第22讲有源滤波电路

第 二 十 二 讲 有 源 滤 波 电 路2013.07 第 二 十 二 讲 有 源 滤 波 电 路一 、 概 述二 、 低 通 滤 波 器三 、 高 通 、 带 通 、 带 阻 滤 波 器四 、 状 态 变 量 型 滤 波 器 1. 滤 波 电 路 的 功 能 使 指 定 频 段 的 信 号 顺 利 通 过 ， 其 它 频 率 的 信 号 被 衰 减 。2. 滤 波 电 路 的 种 类低 通 滤 波 器 （ LPF）通 带 放 大 倍 数通 带 截 止 频 率 下 降 速 率 理 想 幅 频 特 性无 过 渡 带一 、 概 述用 幅 频 特 性 描 述 滤 波 特 性 ， 要 研 究 、 ( fP、 下 降 速 率 )。puA uA 高 通 滤 波 器 （ H PF） 带 通 滤 波 器 （ BPF）带 阻 滤 波 器 （ BEF） ） 全 通 滤 波 器 （ APF） ）理 想 滤 波 器 的 幅 频 特 性阻 容 耦 合 通 信 电 路抗 已 知 频 率 的 干 扰 f-转 换 ppp j1 1 2 1 1 ffA RCfAuu 空 载 ： pp Lp LLp j1 )( 2 1 ffAA CRRf RR RA uuu 带 载 ：空 载 时带 负 载 时3. 无 源 滤 波 电 路 和 有 源 滤 波 电 路 负 载 变 化 ， 通带 放 大 倍 数 和 截止 频 率 均 变 化 。 无 源 滤 波 电 路 的 滤 波 参 数 随 负 载 变 化 ； 有 源 滤 波 电路 的 滤 波 参 数 不 随 负 载 变 化 ， 可 放 大 ， 不 能 输 出 高 电压 大 电 流 。有 源 滤 波 电 路 用 电 压 跟 随器 隔 离 滤 波 电路 与 负 载 电 阻 二 、 低 通 滤 波 器1. 同 相 输 入 对 于 LPF， 频 率 趋 于 0时 的 放 大 倍 数 即 为 通 带 放 大 倍 数 。 求 解 传 递 函 数 时 ， 只 需 将 放 大 倍 数 中 的 j用 s 取 代 即 可 。12p 1 RRAu sRCRRsCR sCRRsU sUsAu 1 1)1( 11)1()( )()( 121fio 一 阶 LPF经 拉 氏 变 换 得 传 递 函 数 RCf 2 1p ppj1 ffAA uu 频 率 趋 于 0时 的 放 大倍 数 为 通 带 放 大 倍 数决 定 于 RC环 节表 明 进 入 高 频 段的 下 降 速 率 为 20dB/十 倍 频（ 1） 一 阶 电 路 1. 同 相 输 入（ 1） 一 阶 电 路 ： 幅 频 特 性 )2 1( j1 1 ppp 12p RCfffAA RRA uuu sRCRRsU sUsA u 1 1)1( )( )()( 12io 为 了 使 过 渡 带 变 窄 ， 需 采用 多 阶 滤 波 器 ， 即 增 加 RC环节 。 在 Au(s)表 达 式 分 母 中 s的方 次 就 是 滤 波 器 的 阶 数 。 （ 2） 简 单 二 阶 LPF j3)(1 1)1( )(31 1)1()( 02012 212 ffffRRA sRCsRCRRsAuu 截 止 频 率 fp 0.37f0特 征 频 率 2 10 RCf 分 析 方 法 ： 电 路 引 入 了 负 反 馈 利 用 节 点 电 流 法 求 解 输 出 电压 与 输 入 电 压 的 关 系 。 （ 3） 压 控 电 压 源 二 阶 LPF引 入 正 反 馈为 使 fp=f0， 且 在 f=f0时 幅 频 特 性 按 40dB/十 倍 频 下 降 。 f0时 ， C1断 路 ， 正 反 馈断 开 ， 放 大 倍 数 为 通 带 放 大倍 数 ； f ， C2短 路 ， 正 反 馈不 起 作 用 ， 放 大 倍 数 小 0 ； 因 而 有 可 能 在 f = f 0时 放 大 倍 数 等 于 或 大 于 通 带 放 大 倍 数 。对 于 不 同 频 率 的 信 号 正 反 馈 的 强 弱 不 同 。 压 控 电 压 源 二 阶 LPF的 分 析 2p p )()(31 )()( sRCsRCsA sAsA u uu ppp0 3 uuuu AQAAAff 时 ， 列 P、 M点 的 节 点 电 流 方 程 ，整 理 可 得 ： pp 0 32 uffuu AAA 时 ，当 0p20 p 3 j)(1 ffAff AA uuu 2. 反 相 输 入 低 通 滤 波 器 。， 即 uu AfCsRsA 0 1)( 1 12p RRAu Hf积 分 运 算 电 路 的 传 递 函 数 为加 R2后 ， f0， C 断 开 ， 通 带 放 大 倍 数 ，CsRRRsAu 212 1 1)( CRff ffRRAu 20p 012 2 1 j1 1 O O O三 、 高 通 、 带 通 、 带 阻 有 源 滤 波 器1. 高 通 滤 波 器 （ H PF） 与 LPF有 对 偶 性 ， 将 LPF的 电 阻 和 电 容 互 换 ， 就 可 得 一 阶H PF、 简 单 二 阶 H PF、 压 控 电 压 源 二 阶 H PF电 路 。2. 带 通 滤 波 器 （ BPF）3. 带 阻 滤 波 器 （ BEF） fH fL fH fL 四 、 状 态 变 量 型 滤 波 器要 点 ： 将 比 例 、 积 分 、 求 和等 基 本 运 算 电 路 组 合成 自 由 设 置 传 递 函 数 、实 现 各 种 滤 波 功 能 的电 路 ， 称 为 状 态 变 量型 滤 波 器 。 通 带 放 大 倍 数 决 定 于负 反 馈 网 络 。 利 用 “ 逆 运 算 ” 方 法 。 f0时 负 反 馈 最 强 ， A 1输 出 电 压 0； f 时 C 相 当 于短 路 ， A2输 出 电 压 0， 电 路 开 环 ， A1输 出 电 压 UOM，工 作 到 非 线 性 区 ； 需 引 入 负 反 馈 决 定 通 带 放 大 倍 数 。6R 46p 1 RRAu 四 、 状 态 变 量 滤 波 器 二 阶 电 路 的 组 成 低 通高 通 带 通 带 阻)(o2 sU )(o3 sU )(o4 sU5R)(o1 sU6R 运 算 电 路 与 有 源 滤 波 器 的 比 较 相 同 之 处 电 路 中 均 引 入 深 度 负 反 馈 ， 因 而 集 成 运 放 均 工 作 在线 性 区 。 均 具 有 “ 虚 短 ” 和 “ 虚 断 ” 的 特 点 ， 均 可 用 节 点 电流 法 求 解 电 路 。 不 同 之 处 运 算 电 路 研 究 的 是 时 域 问 题 ， 有 源 滤 波 电 路 研 究 的是 频 域 问 题 ； 测 试 时 ， 前 者 是 在 输 入 信 号 频 率 不 变或 直 流 信 号 下 测 量 输 出 电 压 与 输 入 电 压 有 效 值 或 幅值 的 关 系 ， 后 者 是 在 输 入 电 压 幅 值 不 变 的 情 况 下 测量 输 出 电 压 幅 值 与 输 入 电 压 频 率 的 关 系 。 运 算 电 路 用 运 算 关 系 式 描 述 输 出 电 压 与 输 入 电 压 的关 系 ， 有 源 滤 波 器 用 电 压 放 大 倍 数 的 幅 频 特 性 描 述滤 波 特 性 。 清 华 大 学 华 成 英 双 T网 络 RCf 2 10 A1组 成 H PF io1o UUU 电 路 为 LPF 讨 论