二階濾波電路

1、.,有 源 濾 波 電路,濾波器是一種能使有用信號通過，濾除信號中無用頻率，即抑制無用信號的電子裝置。,濾波器的用途,例如，有一個較低頻率的信號，其中包含一些較高頻率成分的干擾。,.,有源濾波器實際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。它是在運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)上增加一些R、C等無源元件而構(gòu)成的。 低通濾波器（LPF） 高通濾波器（HPF） 帶通濾波器（BPF） 帶阻濾波器（BEF）,有源濾波電路的分類,.,低通濾波器的主要技術(shù)指標(biāo),（1）通帶增益Avp 通帶增益是指濾波器在通頻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)，性能良好的LPF通帶內(nèi)的幅頻特性曲線是平坦的，阻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)基本為零。 （2）通帶截止頻率fp 其

2、定義與放大電路的上限截止頻率相同。通帶與阻帶之間稱為過渡帶，過渡帶越窄，說明濾波器的選擇性越好。,.,一階有源濾波器,電路特點是電路簡單，阻帶衰減太慢，選擇性較差。,2.傳遞函數(shù),當(dāng) f = 0時，電容視為開路，通帶內(nèi)的增益為,1.通帶增益,.,3.幅頻響應(yīng),一階LPF的幅頻特性曲線,.,簡單二階低通有源濾波器,為了使輸出電壓在高頻段以更快的速率下降，以改善濾波效果，再加一節(jié)RC低通濾波環(huán)節(jié)，稱為二階有源濾波電路。它比一階低通濾波器的濾波效果更好。,二階LPF,二階LPF的幅頻特性曲線,.,（1）通帶增益 當(dāng) f = 0, 或頻率很低時，各電容視為開路，通帶內(nèi)的增益為,（2）傳遞函數(shù),通常有C

3、1=C2=C，聯(lián)立求解以上三式，可得濾波器的傳遞函數(shù),.,(3)通帶截止頻率 將s換成 j，令 ,可得,解得截止頻率,當(dāng) 時，上式分母的模,與理想的二階波特圖相比，在超過 以后，幅頻特性以-40 dB/dec的速率下降，比一階的下降快。但在通帶截止頻率 之間幅頻特性下降的還不夠快。,.,二階壓控型低通有源濾波器中的一個電容器C1原來是接地的，現(xiàn)在改接到輸出端。顯然C1的改接不影響通帶增益。,二階壓控型LPF,二階壓控型低通濾波器,二階壓控型LPF的幅頻特性,.,2.二階壓控型LPF的傳遞函數(shù),上式表明，該濾波器的通帶增益應(yīng)小于3，才能保障電路穩(wěn)定工作。,N節(jié)點的電流方程：,聯(lián)立求解以上三式，可

4、得LPF的傳遞函數(shù),.,3.頻率響應(yīng) 由傳遞函數(shù)可以寫出頻率響應(yīng)的表達(dá)式,當(dāng) 時，上式可以化簡為,定義有源濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q值為 時的電壓放大倍數(shù)的模與通帶增益之比,.,以上兩式表明，當(dāng) 時，Q1，在 處的電壓增益將大于 ，幅頻特性在 處將抬高。,當(dāng) 3時，Q =，有源濾波器自激。由于將 接到輸出端，等于在高頻端給LPF加了一點正反饋，所以在高頻端的放大倍數(shù)有所抬高，甚至可能引起自激。,.,二階反相型低通有源濾波器,二階反相型LPF是在反相比例積分器的輸入端再加一節(jié)RC低通電路而構(gòu)成。,反相型二階LFP,改進(jìn)型反饋反相二階LFP,.,由圖,傳遞函數(shù)為,頻率響應(yīng)為,N節(jié)點的電流方程,以上各式中,

5、.,二階壓控型HPF,有源高通濾波器,由此繪出的頻率響應(yīng)特性曲線,(2)傳遞函數(shù),.,結(jié)論：當(dāng) 時，幅頻特性曲線的斜率 為+40 dB/dec； 當(dāng) 3時，電路自激。,二階壓控型HPF 頻率響應(yīng),.,有源帶通濾波器(BPF) 和帶阻濾波器(BEF),二階壓控型BPF,二階壓控型BEF,帶通濾波器是由低通RC環(huán)節(jié)和高通RC環(huán)節(jié)組合而成的。要將高通的下限截止頻率設(shè)置的小于低通的上限截止頻率。反之則為帶阻濾波器。 要想獲得好的濾波特性，一般需要較高的階數(shù)。濾波器的設(shè)計計算十分麻煩，需要時可借助于工程計算曲線和有關(guān)計算機(jī)輔助設(shè)計軟件。,有源帶通濾波器(BPF) 和帶阻濾波器(BEF),.,解：根據(jù)f 0 ，選取C再求R。 1. C的容量不易超過 。 因大容量的電容器體積大， 價格高，應(yīng)盡量避免使用。 取,計算出 ，取,例1: 要求二階壓控型LPF的 Q值為0.7， 試求電路中的電阻、電容值。,.,2根據(jù)值求 和 ，因為 時 ， ，根據(jù) 與 、 的關(guān)系，集成運(yùn)放兩輸 入端外接電阻的對稱條件,解得：,.,實驗八 運(yùn)算放大器在信號方面的應(yīng)用,調(diào)零電路,調(diào)整RW使輸出為零。,.,1.反相比例放大器,測量u0=？，計算Auf = u0/ui 。,ui,.,2.同相比