常见的滤波电路

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,有 源 滤 波 电路,滤波器是一种能使有用信号通过，,滤除信号中无用频率，即,抑制无用信号的电子装置。,滤波器的用途,例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。,1,有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。它是在运算放大器的基础上增加一些,R、C,等无源元件而构成的。,低通滤波器（LPF）,高通滤波器（HPF）,带通滤波器（BPF）,带阻滤波器（BEF）,有源滤波电路的分类,2,低通滤波器的主要技术指标,（1）通带增益,A,v,p,通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数，性能良好的LPF通带内的幅频特性曲线是平坦的，阻带内的电压放大倍数基本为零。,（2）通带截止频率,f,p,其定义与放大电路的上限截止频率相同。通带与阻带之间称为过渡带，过渡带越窄，说明滤波器的选择性越好。,3,一阶有源滤波器,电路特点是电路简单，阻带衰减太慢，选择性较差。,RC,低通,电压放大倍数,(传递函数)为,2.传递函数,当,f,= 0时，电容视为开路，通带内的增益为,1.通带增益,4,3.幅频响应,一阶LPF的幅频特性曲线,5,简单二阶低通有源滤波器,为了使输出电压在高频段以更快的速率下降，以改善滤波效果，再加一节,RC,低通滤波环节，称为二阶有源滤波电路。它比一阶低通滤波器的滤波效果更好。,二阶LPF,二阶LPF的幅频特性曲线,6,（1）通带增益,当,f,= 0, 或频率很低时，各电容视为开路，通带内的增益为,（2）传递函数,通常有,C,1,=,C,2,=,C,，联立求解以上三式，可得滤波器的传递函数,7,(3)通带截止频率,将,s,换成 j,，令,可得,解得截止频率,当 时，上式分母的模,与理想的二阶波特图相比，在超过 以后，幅频特性以,-,40,dB/dec的速率下降，比一阶的下降快。但在通带截止频率 之间幅频特性下降的还不够快。,8,二阶压控型低通有源滤波器中的一个电容器,C,1,原来是接地的，现在改接到输出端。显然,C,1,的改接不影响通带增益。,二阶压控型LPF,二阶压控型低通滤波器,二阶压控型LPF的幅频特性,9,2.二阶压控型LPF的传递函数,上式表明，该滤波器的通带增益应小于3，才能保障电路稳定工作。,N,节点的电流,方程：,联立求解以上三式，可得,LPF,的传递函数,10,3.频率响应,由传递函数可以写出频率响应的表达式,当 时，上式可以化简为,定义有源滤波器的品质因数,Q,值为 时的电压放大倍数的模与通带增益之比,11,以上两式表明，当 时，,Q,1，在,处的电压增益将大于 ，幅频特性在,处将抬高。,当 3时，,Q,=，有源滤波器自激。由于将 接到输出端，等于在高频端给LPF加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高，甚至可能引起自激。,12,二阶反相型低通有源滤波器,二阶反相型,LPF是在反相比例积分器的输入端再加一节,RC,低通电路而构成。,反相型二阶LFP,改进型反馈反相二阶LFP,13,由图,传递函数为,频率响应为,N,节点,的电流方程,以上各式中,14,二阶压控型HPF,有源高通滤波器,由此绘出的频率响应特性曲线,(1)通带增益,(2)传递函数,(3)频率响应,令,则可得出频响表达式,15,结论：当 时，幅频特性曲线的斜率 为+40,dB/dec；,当 3时，电路自激。,二阶压控型HPF 频率响应,16,有源带通滤波器(BPF) 和带阻滤波器(BEF),二阶压控型,BPF,二阶压控型,BEF,带通滤波器是由低通,RC,环节和高通,RC,环节组合而成的。要将高通的下限截止频率设置的小于低通的上限截止频率。反之则为带阻滤波器。,要想获得好的滤波特性，一般需要较高的阶数。滤波器的设计计算十分麻烦，需要时可借助于工程计算曲线和有关计算机辅助设计软件。,有源带通滤波器(BPF) 和带阻滤波器(BEF),17,解：根据,f,0,，选取,C,再求,R,。,1.,C,的容量不易超过 。,因大容量的电容器体积大，,价格高，应尽量避免使用。,取,计算出 ，取,例1:,要求二阶压控型LPF的,Q,值为0.7，,试求电路中的电阻、电容值。,18,2,根据,值求 和 ，因为 时 ，,，根据 与 、 的关系，集成运放两输,入端外接电阻的对称条件,解得：,19,实验八 运算放大器在信号方面的应用,调零电路,调整R,W,使输出为零。,20,1.反相比例放大器,测量u,0,=？，计算A,uf,= u,0,/u,i,。,u,i,21,2.同相比例放大器,u,i,测量u,0,=？，计算A,uf,= u,0,/u,i,。,22,3.跟随器,u,i,测量u,0,=？，计算A,uf,= u,0,/u,i,。,23,4.微分电路,观察 u,0,的输出波形。,u,i,24,