常見(jiàn)運(yùn)放濾波電路

1、濾波電路 這節(jié)非常深入地介紹了用運(yùn)放組成的有源濾波器。在很多情況中，為了阻 擋由于虛地引起的直流電平，在運(yùn)放的輸入端串入了電容。這個(gè)電容實(shí)際上是 一個(gè)高通濾波器，在某種意義上說(shuō)，像這樣的單電源運(yùn)放電路都有這樣的電容。 設(shè)計(jì)者必須確定這個(gè)電容的容量必須要比電路中的其他電容器的容量大100 倍以上。這樣才可以保證電路的幅頻特性不會(huì)受到這個(gè)輸入電容的影響。如果 這個(gè)濾波器同時(shí)還有放大作用，這個(gè)電容的容量最好是電路中其他電容容量的 1000倍以上。如果輸入的信號(hào)早就包含了VCC/2的直流偏置，這個(gè)電容就可 以省略。 這些電路的輸出都包含了 VCC/2的直流偏置，如果電路是最后一級(jí)，那么 就必須串入輸出

2、電容。 這里有一個(gè)有關(guān)濾波器設(shè)計(jì)的協(xié)定，這里的濾波器均采用單電源供電的運(yùn) 放組成。濾波器的實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，但是以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)者必須注意： 1.濾波器的拐點(diǎn)(中心)頻率 2. 3. 4. 濾波器電路的增益 帶通濾波器和帶阻濾波器的的Q值 低通和高通濾波器的類(lèi)型(Butterworth 、Chebyshev、Bessell) 臺(tái)匕 不幸的是要得到一個(gè)完全理想的濾波器是無(wú)法用一個(gè)運(yùn)放組成的。即使可 能，由于各個(gè)元件之間的負(fù)雜互感而導(dǎo)致設(shè)計(jì)者要用非常復(fù)雜的計(jì)算才能完成 濾波器的設(shè)計(jì)。通常對(duì)波形的控制要求越復(fù)雜就意味者需要更多的運(yùn)放，這將 根據(jù)設(shè)計(jì)者可以接受的最大畸變來(lái)決定?；蛘呖梢酝ㄟ^(guò)幾次實(shí)驗(yàn)而最終確定下

3、來(lái)。如果設(shè)計(jì)者希望用最少的元件來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波器，那么就別無(wú)選擇，只能使用 傳統(tǒng)的濾波器，通過(guò)計(jì)算就可以得到了。 3. 1 階濾波器 一階濾波器是最簡(jiǎn)單的電路，他們有20dB每倍頻的幅頻特性 3. 1. 1低通濾波器 典型的低通濾波器如圖十三所示。 精品文庫(kù) 歡迎下載3 INVERTIIING F0= l/(2pR2CU Gaihi = - R2/R1 *Vce Vctfl cm Te, VquI N0NINVER7ING Fo = 1/(2pR1C1) Gatn = 1 * R3fR2 圖十三 3. 1. 2高通濾波器 典型的高通濾波器如圖十四所示。 VIII *VCG Cl INOMINVERT

4、IIHG Vend Gain 1 FO = 1l/(2plR1C1) *Vcc Vin ； Cl INOMINVERTING tVoiit Fo = 1l/(2pR1C1) Gain - 1 + R3/R2 ni lU R3 圖十四 3.1. 3文氏濾波器 文氏濾波器對(duì)所有的頻率都有相同的增益，但是它可以改變信號(hào)的相角， 同時(shí)也用來(lái)做相角修正電路。圖十五中的電路對(duì)頻率是F的信號(hào)有90度的相 移，對(duì)直流的相移是0度，對(duì)高頻的相移是180度。 3. 2二階濾波器 二階濾波電路一般用他們的發(fā)明者命名。 他們中的少數(shù)幾個(gè)至今還在使用。 有一些二階濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以組成低通、高通、帶通、帶阻濾波器，有

5、些 則不行。這里沒(méi)有列出所有的濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只是將那些容易實(shí)現(xiàn)和便于調(diào) 整的列了出來(lái)。 圖十五（見(jiàn)圖十七上） 二階濾波器有40dB每倍頻的幅頻特性。 通常的同一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的帶通和帶阻濾波器使用相同的元件來(lái)調(diào)整他 們的Q值，而且他們使濾波器在 Butterworth 和Chebyshev濾波器之間變化。 必須要知道只有Butterworth 濾波器可以準(zhǔn)確的計(jì)算出拐點(diǎn)頻率，Chebyshev 和Bessell濾波器只能在Butterworth 濾波器的基礎(chǔ)上做一些微調(diào)。 我們通常用的帶通和帶阻濾波器有非常高的Q值。如果需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)很寬 的帶通或者帶阻濾波器就需要用高通濾波器和低通濾波器串連

6、起來(lái)。對(duì)于帶通 濾波器的通過(guò)特性將是這兩個(gè)濾波器的交疊部分，對(duì)于帶阻濾波器的通過(guò)特性 將是這兩個(gè)濾波器的不重疊部分。 這里沒(méi)有介紹反相 Chebyshev和Elliptic濾波器，因?yàn)樗麄円呀?jīng)不屬于 電路集需要介紹的范圍了。 不是所有的濾波器都可以產(chǎn)生我們所設(shè)想的結(jié)果一一比如說(shuō)濾波器在阻帶 的最后衰減幅度在多反饋濾波器中的會(huì)比在Sallen Key濾波器中的大。由于 這些特性超出了電路圖集的介紹范圍，請(qǐng)大家到教科書(shū)上去尋找每種電路各自 的優(yōu)缺點(diǎn)。不過(guò)這里介紹的電路在不是很特殊的情況下使用，其結(jié)果都是可以 接受的。 3. 2. 1 Sallen Key濾波器 Salle n-Key 濾波器是一種

7、流行的、廣泛應(yīng)用的二階濾波器。他的成本很低， 僅需要一個(gè)運(yùn)放和四個(gè)無(wú)源器件組成。但是換成Butterworth 或Chebyshev濾 波器就不可能這么容易的調(diào)整了。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)者參看參考條目【1】和參考條目【2】， 那里介紹了各種拓?fù)涞募?xì)節(jié)。 這個(gè)電路是一個(gè)單位增益的電路，改變Sallen Key濾波器的增益同時(shí)就 改變了濾波器的幅頻特性和類(lèi)型。實(shí)際上Sallen Key濾波器就是增益為1的 Butterworth濾波器。 圖十六（見(jiàn)圖十七中） 3. 2. 2多反饋濾波器 多反饋濾波器是一種通用，低成本以及容易實(shí)現(xiàn)的濾波器。不幸的是，設(shè) 計(jì)時(shí)的計(jì)算有些復(fù)雜，在這里不作深入的介紹。請(qǐng)參看參考條目【1

8、】中的對(duì)多 反饋濾波器的細(xì)節(jié)介紹。如果需要的是一個(gè)單位增益的 Butterworth濾波器， 那么這里的電路就可以給出一個(gè)近似的結(jié)果。 精品文庫(kù) LOW PASS Cm Teof 1 Vcl4 fi 亠 C V Urbity Udin Bunrworih Fa - 1J2Efiq R1 bRb rm FU 電櫓崗 Cl C2 = 4C MiG HI PASS Uniry Gn Buttnrorlh Rb制怙國(guó)創(chuàng) R1 = 0 4rR HJ2 IR Cl C3*C1*C G1n 3 1.3 dB Fo W 3Z jtn conrod b ft4 and 貝S K4 * 100 RS Q turd

9、 ta control： rh打 mtBiruichtd AtrcU o*Jn l (W s 十八 Cl VtcQ 1 圖十九 Rt B R2 C R C R3 r見(jiàn)噫 Fo= Wi eiB Vl_A rr *Vit Ml * -| Uniiy Gain R Chtbynhtv Q4 = P5 Ma 換 BquII HiT Wur R6* R7! HItiH VolV- ei !l! 2 = R3 = R Ct = CS 良1；良口 C3=ac Fo= IIZpRC UfiiyMn R4 R撿吩 CMb/sittv R= RSQ SuttofWorth Aft較 Dttxr KI IXC JX

10、 *ww HOTCH R1= R2 = R C1 = C2= C R3 s ft檬 C3k2C PG = Ifll * ?0*R cut Q eiTlrfl)kil by ratio Qt R5 and R4 Rafl.05*R5;hHhQ = 0.5 RS tew: 0 S3 iifrx- L- R- * v- su -一“ O. -u LJ_S * R/5 1 ri U娃盡 :F *vct, RI BAND PASS 3 R2 = IW = R C1 = C2 = C R4 s RS . not crRfcal Fo= MppRC) 圖二十五 圖二十五 NOTCH m = R4 = RS = R 肯n *1