模擬電子電路基礎(chǔ)：2-4有源濾波器

1、2.4 有 源 濾 波 器,2.4.1 濾波器的基本概念 2.4.2 一階有源濾波電路 2.4.3 二階有源濾波電路,2021/3/2,2,幅度頻率特性 相位頻率特性,幅頻特性是描繪輸入信號(hào)幅度 固定，輸出信號(hào)的幅度隨頻率變化 而變化的規(guī)律。即,相頻特性是描繪輸出信號(hào)與輸入 信號(hào)之間相位差隨頻率變化而變化 的規(guī)律。即,一、頻率響應(yīng)（頻率特性） 放大電路的增益與頻率的關(guān)系,2.4.1 濾波器的基本概念,二、典型頻率特性曲線,1,中頻放大倍數(shù),2、fL : 下限截止頻率（下邊頻,3、fH : 上限截止頻率（上邊頻,4、 f : 通頻帶（BW,2021/3/2,4,波特圖（Bode,dB(decib

2、el):分貝 Au(db)=20logAu,Au: 10 102 103 10-1 10-2 Au(db): 20 40 60 -20 -40 -3,優(yōu)點(diǎn)：1、乘加 2、人耳對(duì)聲能的辨別能力與其對(duì)數(shù)成正比,保留有用的頻率分量，剔除無用的頻率分量的元器件。 1. 濾波器的分類 有源濾波器實(shí)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。 通常有源濾波器分為： 低通濾波器（LPF） 高通濾波器（HPF） 帶通濾波器（BPF） 帶阻濾波器（BEF） 它們的幅度頻率特性曲線如圖所示,三. 濾波器,2. 濾波器的用途,濾波器主要用來濾除信號(hào)中無用的頻率成分，

3、例如，有一個(gè)較低頻率的信號(hào)，其中包含一些較高頻率成分的干擾。濾波過程如圖所示,3. 濾波器的傳遞函數(shù),一階低通網(wǎng)絡(luò),截止頻率,一階高通網(wǎng)絡(luò),截止頻率,二階低通網(wǎng)絡(luò),0,品質(zhì)因數(shù),高階網(wǎng)絡(luò)特性n階,一般而言，實(shí)際高階濾波電路可由若干一階，二階濾波電路級(jí)聯(lián)而成,4. 濾波器的主要技術(shù)指標(biāo),1）通帶增益Auf 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fo 與放大電路的截止頻率相同。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,2.4.2. 一階有源濾波電路,一階低通濾波器的電路如圖,當(dāng)

4、 0時(shí)，通帶內(nèi)的增益為,該傳遞函數(shù)式的樣子與一階RC低通網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)表達(dá)式差不多，只是后者缺少通帶增益Auf這一項(xiàng),一階低通濾波器的傳遞函數(shù)如下,其中,圖中虛線為理想的情況，實(shí)線為實(shí)際的情 況。特點(diǎn)是電路簡單，阻帶衰減太慢， 選擇性較差,1. 二階低通有源濾波電路,為了改善濾波效果，再加一節(jié)RC低通濾波環(huán)節(jié)，構(gòu)成簡單的二階有源濾波電路,2.4.3. 二階有源濾波電路,2）傳遞函數(shù),設(shè)C1=C2=C,1）通帶增益,1）二階壓控LPF 二階壓控型低通有源濾波器如圖所示。其中的一個(gè)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,二階壓控型低通濾波器,2）傳遞函數(shù),上式表明，

5、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,對(duì)于節(jié)點(diǎn)U1 , 可以列出方程,聯(lián)立求解以上三式，可得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(shí)，上式可以化簡為,定義有源濾波器的等效品質(zhì)因數(shù)Q值,二階壓控型有源高通濾波器的電路圖,2. 二階高通有源濾波器(HPF,1)通帶增益,2)傳遞函數(shù),3)頻率響應(yīng),令,則可得出頻響表達(dá)式,3. 二階帶通有源濾波器(BPF,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,4. 二階帶阻有源濾波器(BEF,上節(jié)課內(nèi)容提要,一、矩形波振蕩電路 1、 參

6、數(shù)分析：幅度、周期、占空比 2、單電源電路，555構(gòu)成的電路 二、三角波振蕩電路 1、電路結(jié)構(gòu):施密特觸發(fā)器+積分器； 2、工作原理分析； 3、參數(shù)分析：幅度、周期（頻率）。 三、有源濾波器的基本概念 1、頻率響應(yīng)（頻率特性）； 2、頻率特性曲線及波特圖； 3、濾波器的分類、用途 4、無源一階低通濾波器的分析方法傳遞函數(shù),第一講內(nèi)容總結(jié),一、集成運(yùn)放 （一）集成運(yùn)放的基本特性 1、放大差模、抑制共模 2、差模信號(hào)和共模信號(hào)的概念 3、主要技術(shù)指標(biāo) a. 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù) b. 開環(huán)共模電壓放大倍數(shù) c. 共模抑制比,二）理想運(yùn)放 1、線性區(qū)：“虛短”和“虛斷” 2、非線性區(qū)：正、負(fù)最大值,二、集成運(yùn)放運(yùn)算電路 1、比例運(yùn)算，加減運(yùn)算，微分和積分運(yùn)算 2、掌握基本電路的構(gòu)成、電路的分析方法（利用運(yùn)放工作在線性區(qū)的特性），注意分析結(jié)果是否反映物理本質(zhì)（輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間的關(guān)系,三、波形整形電路（運(yùn)放的非線性應(yīng)用） 1、比較器和555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、分析方法。 2、施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理、分析方法,四、非正弦波振蕩電路 1、矩形波和三角波 2、掌握工作原理、分析方法和參數(shù)分析,五、有源濾波器 1、基本