第四章 頻率響應

1、4.2.2 濾波器的分類濾波器的分類4.2.1 放大器的頻率響應放大器的頻率響應4.2.3 有源濾波器有源濾波器4.2.3 開關濾波器開關濾波器4.2.1 放大器的頻率響應放大器的頻率響應 在實際的電子系統(tǒng)中，輸入信號往往包含一些在實際的電子系統(tǒng)中，輸入信號往往包含一些不需要的信號成分，必須設法將它不需要的信號成分，必須設法將它衰減到足夠小衰減到足夠小的的程度，或者程度，或者把有用信號挑選出來把有用信號挑選出來。對輸入信號中的。對輸入信號中的某一特定頻率和某一頻帶成分的信號某一特定頻率和某一頻帶成分的信號具有選擇性的具有選擇性的網絡稱為濾波器。網絡稱為濾波器。 一、頻率響應的基本概念一、頻率響

2、應的基本概念1. 研究的問題：研究的問題： 放大電路對信號頻率的適應程度，即放大電路對信號頻率的適應程度，即信信號頻率對放大倍數的影響。號頻率對放大倍數的影響。 由于放大電路中由于放大電路中耦合電容、旁路電容、耦合電容、旁路電容、半導體器件極間電容半導體器件極間電容的存在的存在，使放大倍數為使放大倍數為頻率的函數。頻率的函數。 在使用一個放大電路時應了解其信號頻在使用一個放大電路時應了解其信號頻率的適用范圍，在設計放大電路時，應滿足率的適用范圍，在設計放大電路時，應滿足信號頻率的范圍要求。信號頻率的范圍要求。 fOAum(1)(1)幅頻特性幅頻特性和和相頻特性相頻特性)()( ffAAuu A

3、u( f ) 幅頻特性幅頻特性 ( f ) 相頻特性相頻特性0.707AumfOAuf L 下限截止頻率下限截止頻率 f H 上限截止頻率上限截止頻率 (2) 頻帶寬度頻帶寬度( (帶寬帶寬) )BWBW = f H - - f L f HfLfH2 2、頻率響應：、頻率響應： 當輸入不同頻率的正弦波信號時，電路的放當輸入不同頻率的正弦波信號時，電路的放大倍數便成為大倍數便成為頻率的的函數，函數，這種函數關系稱為這種函數關系稱為頻率響應頻率響應或或頻率特性頻率特性。1. 1. 放大電路的頻率參數放大電路的頻率參數 在低頻段在低頻段，隨著信號頻率逐漸降低，耦合電容、旁路電，隨著信號頻率逐漸降低，

4、耦合電容、旁路電容等的容抗增大，使動態(tài)信號損失，放大能力下降。容等的容抗增大，使動態(tài)信號損失，放大能力下降。高通高通電路電路低通低通電路電路 在高頻段在高頻段，隨著信號頻率逐漸升高，晶體管極間電容和，隨著信號頻率逐漸升高，晶體管極間電容和分布電容、寄生電容等雜散電容的容抗減小，使動態(tài)信號分布電容、寄生電容等雜散電容的容抗減小，使動態(tài)信號損失，放大能力下降。損失，放大能力下降。下限頻率下限頻率上限頻率上限頻率LHbwfff-二、二、 晶體管及其單級放大電路的頻率特性晶體管及其單級放大電路的頻率特性單管共射放大電路及其等效電路單管共射放大電路及其等效電路2. 單管共射單管共射 放大電路的頻率特性放

5、大電路的頻率特性（1）單管共射放大電路的）單管共射放大電路的中頻等效電路中頻等效電路（2）單管共射放大電路的）單管共射放大電路的低頻等效電路低頻等效電路（3）單管共射放大電路的）單管共射放大電路的高頻等效電路高頻等效電路四、全頻段頻率響應（波特圖四、全頻段頻率響應（波特圖P157）.j. (1j)(1)(1j)(1j)usmLusmuuLLHHffAAAAffffffff-或已知已知: 某電路的波特圖如圖所示，試寫出某電路的波特圖如圖所示，試寫出uA的表達式。的表達式。 設電路為基本共射放大電路或基本共源放大電路。設電路為基本共射放大電路或基本共源放大電路。)10j1)(10j1 (3.2j

6、)10j1)(j101 (3255fffAffAuu-或4.2.2 濾波器的分類濾波器的分類一、按元件分類一、按元件分類 有源濾波器、無源濾波器、陶瓷濾波器、晶體濾波器、有源濾波器、無源濾波器、陶瓷濾波器、晶體濾波器、機械濾波器、鎖相環(huán)濾波器、開關電容濾波器等機械濾波器、鎖相環(huán)濾波器、開關電容濾波器等 二、按信號處理的方式分類二、按信號處理的方式分類 模擬濾波器、數字濾波器模擬濾波器、數字濾波器 三、三、按通頻帶分類按通頻帶分類 低通濾波器（低通濾波器（LPF）、高通濾波器（）、高通濾波器（HPF）、帶通濾）、帶通濾波器（波器（BPF）、帶阻濾波器（）、帶阻濾波器（BEF）等）等 高通濾波器（

7、高通濾波器（HPF）帶通濾波器（帶通濾波器（BPF）帶阻濾波器（帶阻濾波器（BEF）理想濾波器的幅頻特性理想濾波器的幅頻特性阻容耦合阻容耦合通信電路通信電路抗已知頻率的干擾抗已知頻率的干擾低通濾波器（低通濾波器（LPF）四、按通帶濾波特性分類四、按通帶濾波特性分類（P158） 最大平坦型（巴特沃斯型）濾波器、等波紋型（切比最大平坦型（巴特沃斯型）濾波器、等波紋型（切比雪夫型）濾波器、線性相移型（貝塞爾型）濾波器、橢圓雪夫型）濾波器、線性相移型（貝塞爾型）濾波器、橢圓濾波器等濾波器等 pppj11 21 1ffARCfAuu空載：OLpiLpLpp1 2 () 1juuuURAURRfRR CA

8、Aff帶載：空載時空載時帶負載時帶負載時4.2.3 有源濾波器有源濾波器 負載變化，通負載變化，通帶放大倍數和截帶放大倍數和截止頻率均變化。止頻率均變化。一、一、 有源濾波器的特點有源濾波器的特點 無源濾波電路的濾波參數隨負載變化；有源濾波電無源濾波電路的濾波參數隨負載變化；有源濾波電路的濾波參數不隨負載變化；路的濾波參數不隨負載變化； 可放大，不能輸出高電壓大電流；受運放的限制，可放大，不能輸出高電壓大電流；受運放的限制，其工作頻率不適用于高頻其工作頻率不適用于高頻 。有源濾波電路有源濾波電路 用電壓跟隨用電壓跟隨器隔離濾波電器隔離濾波電路與負載電阻路與負載電阻二二 、一階有源濾波電路一階有

9、源濾波電路 通帶放大倍數通帶放大倍數)1(j1j11fioRRCRCUUAu 1.低通濾波電路（低通濾波電路（P160）Rf8CR1RoUiUHfj1ffAu 其中其中 Auf = 1 + Rf /R1fH = 1/2 RC 上限截止頻率上限截止頻率Hf j11f/fAAuu 2Hf)/(11lg20lg20ffAAuu )/( arctanHff- - fHfdB/lg20fuuAA0- -3- -20 dB /十倍頻十倍頻ffo111j(1)(1)1jiRRCUUURRRCU( = 1/RC)2.高通濾波電路高通濾波電路21uL11RRAfjf-21u2L11RRAffLarctanff三

10、、三、 二階有源低通濾波電路二階有源低通濾波電路1. 簡單二階簡單二階LPF8CR1RCRRfoUiUPU通帶增益：通帶增益： Auf = 1 + Rf/R1問題：問題：在在 f = fH 附近，輸出幅度衰減大附近，輸出幅度衰減大。40 dB/ 十倍頻十倍頻- -40f / fH0- -10- -2010- -301dB/lg20fuuAA改進思路：改進思路：在提升在提升 fH 附近的輸出幅度。附近的輸出幅度。8CR1RfRCRoUiURCf 212nn Q = 1 / (3 - - Auf)Q 等效品質因數等效品質因數- -40f / fn0- -3- -10- -2010- -30Q =

11、0.707Q = 1Q = 2Q = 51dB/lg20fuuAAof2inn1 ()juuUAAffUfQf-正反饋提升了正反饋提升了 f n 附近的附近的 Au。Auf = 3 時時 Q 電路產生電路產生自激自激振蕩振蕩 uA40 dB/十倍頻十倍頻特征頻率：特征頻率：當當 Q = 0.707 時，時，fn = fH。2. 二階有源低通濾波電路二階有源低通濾波電路（P161）（P162）Auf = 1 + Rf / R13、有源高通濾波有源高通濾波電路電路( (HPFHigh Pass Filter) )8CR1RfRCRoUiU通帶增益：通帶增益： Auf = 1 + Rf / R1RCf 21nQ = 1/(3 - - Auf)f / fn0- -3- -10- -2010- -30- -40Q = 0.707Q = 1Q = 2Q = 51dB/lg20fuuAAAuf = 3 時，時，Q ， uA電路產生電路產生自激自激振蕩振蕩二階低通、高通，