第2章信號(hào)調(diào)理電路-主講放大濾波

1、第三章第三章 智能儀器智能儀器的數(shù)據(jù)采集技術(shù)的數(shù)據(jù)采集技術(shù) 智能儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)稱智能儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)稱DAS（Data Acquisition System），是指將溫），是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬量進(jìn)行采度、壓力、流量、位移等模擬量進(jìn)行采集、量化轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，以便由計(jì)算集、量化轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，以便由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示或打印的裝置。機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示或打印的裝置。第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 傳感器傳感器模擬信號(hào)調(diào)理模擬信號(hào)調(diào)理數(shù)據(jù)采集電路數(shù)據(jù)采集電路微機(jī)系統(tǒng)微機(jī)系統(tǒng)圖圖3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成 實(shí)際的數(shù)

2、據(jù)采集系統(tǒng)往往需要同時(shí)實(shí)際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往需要同時(shí)測(cè)量多種物理量或同一種物理量的多個(gè)測(cè)量多種物理量或同一種物理量的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)。因此，多路模擬輸人通道更具測(cè)量點(diǎn)。因此，多路模擬輸人通道更具有普遍性。按照系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集電路是有普遍性。按照系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集電路是各路共用一個(gè)還是每路各用一個(gè)，多路各路共用一個(gè)還是每路各用一個(gè)，多路模擬輸人通道可分為集中采集式和分散模擬輸人通道可分為集中采集式和分散采集式兩大類型。采集式兩大類型。 一、集中采集式一、集中采集式 圖圖3.2 集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu) 二、分散采集式二、分散采集式(分布式分布式)(a) 分布式單機(jī)數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)

3、分布式單機(jī)數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu) 通信接口通信接口上位機(jī)上位機(jī)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集站采集站1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集站采集站2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集站采集站3數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集站采集站N模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)(b) 網(wǎng)絡(luò)式數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)式數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖圖3.3 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié) 模擬信號(hào)調(diào)理模擬信號(hào)調(diào)理 在一般測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)調(diào)理的任務(wù)在一般測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)調(diào)理的任務(wù)較復(fù)雜，除了實(shí)現(xiàn)物理信號(hào)向電信號(hào)的較復(fù)雜，除了實(shí)現(xiàn)物理信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換、小信號(hào)放大、濾波外，還有諸如轉(zhuǎn)換、小信號(hào)放大、濾波外，還有諸如零點(diǎn)校正、線性化處理、溫度補(bǔ)償、誤零點(diǎn)校正、線性化處理、溫度補(bǔ)償、誤差修正和

4、量程切換等，這些操作統(tǒng)稱為差修正和量程切換等，這些操作統(tǒng)稱為信號(hào)調(diào)理（信號(hào)調(diào)理（Signal Conditioning），相應(yīng)），相應(yīng)的執(zhí)行電路統(tǒng)稱為信號(hào)調(diào)理電路。的執(zhí)行電路統(tǒng)稱為信號(hào)調(diào)理電路。 傳感傳感器器前置放前置放大大低通低通陷波陷波高通高通至采集至采集電路電路圖圖3.4 典型調(diào)理電路的組成框圖典型調(diào)理電路的組成框圖 一、傳感器的選用一、傳感器的選用 傳感器是信號(hào)輸人通道的第一道環(huán)節(jié)，也是傳感器是信號(hào)輸人通道的第一道環(huán)節(jié)，也是決定整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。要正決定整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。要正確選用傳感器，首先要明確所設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)確選用傳感器，首先要明確所設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)需要

5、什么樣的傳感器需要什么樣的傳感器系統(tǒng)對(duì)傳感器的技術(shù)系統(tǒng)對(duì)傳感器的技術(shù)要求；其次是要了解現(xiàn)有傳感器廠家有哪些可要求；其次是要了解現(xiàn)有傳感器廠家有哪些可供選擇的傳感器，把同類產(chǎn)品的指標(biāo)和價(jià)格進(jìn)供選擇的傳感器，把同類產(chǎn)品的指標(biāo)和價(jià)格進(jìn)行對(duì)比，從中挑選合乎要求的性能價(jià)格比最高行對(duì)比，從中挑選合乎要求的性能價(jià)格比最高的傳感器。的傳感器。(一一) 對(duì)傳感器的主要技術(shù)要求對(duì)傳感器的主要技術(shù)要求1. 具有將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為后續(xù)電路可用電量的功具有將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為后續(xù)電路可用電量的功能，轉(zhuǎn)換范圍與被測(cè)量實(shí)際變化范圍相一致。能，轉(zhuǎn)換范圍與被測(cè)量實(shí)際變化范圍相一致。2. 轉(zhuǎn)換精度符合整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)總精度要求轉(zhuǎn)換精度符合

6、整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)總精度要求而分配給傳感器的精度指標(biāo)，轉(zhuǎn)換速度應(yīng)符合整而分配給傳感器的精度指標(biāo)，轉(zhuǎn)換速度應(yīng)符合整機(jī)要求。機(jī)要求。3. 能滿足被測(cè)介質(zhì)和使用環(huán)境的特殊要求，如能滿足被測(cè)介質(zhì)和使用環(huán)境的特殊要求，如耐高溫、耐高壓、防腐、抗振、防爆、抗電磁干耐高溫、耐高壓、防腐、抗振、防爆、抗電磁干擾、體積小、質(zhì)量輕和不耗電或耗電少等。擾、體積小、質(zhì)量輕和不耗電或耗電少等。4. 能滿足用戶對(duì)可靠性和可維護(hù)性的要求。能滿足用戶對(duì)可靠性和可維護(hù)性的要求。(二二) 可供選用的傳感器類型可供選用的傳感器類型 對(duì)于一種被測(cè)量，常常有多種傳感器可以測(cè)對(duì)于一種被測(cè)量，常常有多種傳感器可以測(cè)量，量，例如測(cè)量溫度的傳感

7、器就有：熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導(dǎo)體PN結(jié)、IC溫度傳感器、光纖溫度傳感器等好多種。在都能滿足測(cè)在都能滿足測(cè)量范圍、精度、速度、使用條件等情況下，應(yīng)量范圍、精度、速度、使用條件等情況下，應(yīng)側(cè)重考慮成本低、相配電路是否簡(jiǎn)單等因素進(jìn)側(cè)重考慮成本低、相配電路是否簡(jiǎn)單等因素進(jìn)行取舍，盡可能行取舍，盡可能選擇性能價(jià)格比高的傳感器。的傳感器。 1. 大信號(hào)輸出傳感器 :為了與A/D輸入要求相適應(yīng)，傳感器廠家開始設(shè)計(jì)、制造一些專門與A/D相配套的大信號(hào)輸出傳感器。 傳感器傳感器傳感器小信號(hào)放大信號(hào)修正與變換濾波A/D微機(jī)微機(jī)I/V轉(zhuǎn)換V/F光電耦合小電流小電壓大電壓大電流圖圖3.5 大信號(hào)輸出傳感器的使

8、用大信號(hào)輸出傳感器的使用 2. 數(shù)字式傳感器：數(shù)字式傳感器一般是數(shù)字式傳感器：數(shù)字式傳感器一般是采用頻率敏感效應(yīng)器件構(gòu)成，也可以是采用頻率敏感效應(yīng)器件構(gòu)成，也可以是由敏感參數(shù)由敏感參數(shù)R、L、C構(gòu)成的振蕩器，或構(gòu)成的振蕩器，或模擬電壓輸入經(jīng)模擬電壓輸入經(jīng) V/F轉(zhuǎn)換等轉(zhuǎn)換等. .數(shù)字量傳感器一般都是輸出頻率參量，具有測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、便于遠(yuǎn)距離傳送等優(yōu)點(diǎn)。 傳感器放大整形光電隔離計(jì)算機(jī)傳感器整形光電隔離計(jì)算機(jī)頻率量輸出開關(guān)量輸出圖圖3.6 頻率量及開關(guān)量輸出傳感器的使用頻率量及開關(guān)量輸出傳感器的使用 3. 集成傳感器：集成傳感器是將傳感器集成傳感器：集成傳感器是將傳感器與信號(hào)調(diào)理電路做

9、成一體。與信號(hào)調(diào)理電路做成一體。例如，將應(yīng)變片、應(yīng)變電橋、線性化處理、電橋放大等做成一體，構(gòu)成集成壓力傳感器。采用集成傳感器可以減輕輸人通道的信采用集成傳感器可以減輕輸人通道的信號(hào)調(diào)理任務(wù)，簡(jiǎn)化通道結(jié)構(gòu)。號(hào)調(diào)理任務(wù)，簡(jiǎn)化通道結(jié)構(gòu)。 4. 光纖傳感器：這種傳感器其信號(hào)拾取、光纖傳感器：這種傳感器其信號(hào)拾取、變換、傳輸都是通過光導(dǎo)纖維實(shí)現(xiàn)的，變換、傳輸都是通過光導(dǎo)纖維實(shí)現(xiàn)的，避免了電路系統(tǒng)的電磁干擾。在信號(hào)輸入通道中采用光纖傳感器可以在信號(hào)輸入通道中采用光纖傳感器可以從根本上解決由現(xiàn)場(chǎng)通過傳感器引入的從根本上解決由現(xiàn)場(chǎng)通過傳感器引入的干擾。干擾。 二、運(yùn)用二、運(yùn)用前置放大器的依據(jù)的依據(jù) 多數(shù)傳感器

10、輸出信號(hào)都比較小，必須多數(shù)傳感器輸出信號(hào)都比較小，必須選用前置放大器進(jìn)行放大。選用前置放大器進(jìn)行放大。判斷傳感器信號(hào)判斷傳感器信號(hào)“大大”還是還是“小小”和要和要不要進(jìn)行放大的依據(jù)又是什么？不要進(jìn)行放大的依據(jù)又是什么？放大器為什么要放大器為什么要“前置前置”,即設(shè)置在調(diào)理即設(shè)置在調(diào)理電路的最前端？電路的最前端？前置放大器的放大倍數(shù)應(yīng)該多大？前置放大器的放大倍數(shù)應(yīng)該多大？VIN前置放大器前置放大器K0后級(jí)電路后級(jí)電路KVISVIN0VOSVONKVVONIN/2200)()(KVKKVVININON圖圖3.7 前置放大器的作用前置放大器的作用 20200)(KVVKKVVININONIN2020

11、)(KVVVINININ20011KVVININ圖圖3.8 兩種調(diào)理電路的對(duì)比兩種調(diào)理電路的對(duì)比 21202021)()(INININININVVKKVKVV21202120)()(KVVKVKVVINININININ 由于由于 K1,所以，所以， ，這就是，這就是說，調(diào)理電路中放大器設(shè)置在濾波器前說，調(diào)理電路中放大器設(shè)置在濾波器前面有利于減少電路的等效輸入噪聲。面有利于減少電路的等效輸入噪聲。 ININVV三、信號(hào)調(diào)理通道中的常用放大器三、信號(hào)調(diào)理通道中的常用放大器 在智能儀器的信號(hào)調(diào)理通道中，針在智能儀器的信號(hào)調(diào)理通道中，針對(duì)被放大信號(hào)的特點(diǎn)，并結(jié)合數(shù)據(jù)采集對(duì)被放大信號(hào)的特點(diǎn)，并結(jié)合數(shù)據(jù)采

12、集電路的現(xiàn)場(chǎng)要求，目前使用較多的放大電路的現(xiàn)場(chǎng)要求，目前使用較多的放大器有器有儀用放大器儀用放大器、程控增益放大器程控增益放大器以及以及隔離放大器隔離放大器等。等。 (一一) 儀用放大器儀用放大器 圖圖3.9 儀用放大器的基本結(jié)構(gòu)儀用放大器的基本結(jié)構(gòu) 儀用放大器上下對(duì)稱，即圖中儀用放大器上下對(duì)稱，即圖中R1=R2，R4R6，R5R7。則放大器閉環(huán)增益為：。則放大器閉環(huán)增益為：假設(shè)假設(shè)R4=R5，即第二級(jí)運(yùn)算放大器增益為，即第二級(jí)運(yùn)算放大器增益為1，則可以推出儀用放大器閉環(huán)增益為：，則可以推出儀用放大器閉環(huán)增益為：由上式可知，通過調(diào)節(jié)電阻由上式可知，通過調(diào)節(jié)電阻RG，可以很方，可以很方便地改變儀

13、用放大器的閉環(huán)增益。當(dāng)采用便地改變儀用放大器的閉環(huán)增益。當(dāng)采用集成儀用放大器時(shí)，集成儀用放大器時(shí)，RG一般為外接電阻。一般為外接電阻。 451/)/21 (RRRRAGf)/21 (1GfRRA 在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，可根據(jù)模在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，可根據(jù)模擬信號(hào)調(diào)理通道的設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合擬信號(hào)調(diào)理通道的設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合儀用放大器的以下主要性能指標(biāo)確定儀用放大器的以下主要性能指標(biāo)確定具體的放大電路。具體的放大電路。 1. 非線性度非線性度 它是指放大器實(shí)際輸出輸入關(guān)系曲線它是指放大器實(shí)際輸出輸入關(guān)系曲線與理想直線的偏差。與理想直線的偏差。2. 溫漂溫漂 溫漂是指儀用放大器輸出電壓隨溫溫漂是指儀用放大

14、器輸出電壓隨溫度變化而變化的程度。度變化而變化的程度。3. 建立時(shí)間建立時(shí)間 建立時(shí)間是指從階躍信號(hào)驅(qū)動(dòng)瞬間至儀用放建立時(shí)間是指從階躍信號(hào)驅(qū)動(dòng)瞬間至儀用放大器輸出電壓達(dá)到并保持在給定誤差范圍內(nèi)所大器輸出電壓達(dá)到并保持在給定誤差范圍內(nèi)所需的時(shí)間。需的時(shí)間。4. 恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間 恢復(fù)時(shí)間是指放大器撤除驅(qū)動(dòng)信號(hào)瞬間至放恢復(fù)時(shí)間是指放大器撤除驅(qū)動(dòng)信號(hào)瞬間至放大器由飽和狀態(tài)恢復(fù)到最終值所需的時(shí)間。大器由飽和狀態(tài)恢復(fù)到最終值所需的時(shí)間。放大器的建立時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間直接影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣速率。5. 電源引起的失調(diào)電源引起的失調(diào)電源引起的失調(diào)是指電源電壓每變化電源引起的失調(diào)是指電源電壓每變化1%，引起放大

15、，引起放大器的漂移電壓值。儀用放大器一般用作數(shù)據(jù)采集系器的漂移電壓值。儀用放大器一般用作數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前置放大器，對(duì)于共電源系統(tǒng)，該指標(biāo)則是設(shè)統(tǒng)的前置放大器，對(duì)于共電源系統(tǒng)，該指標(biāo)則是設(shè)計(jì)系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的主要依據(jù)之一。計(jì)系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的主要依據(jù)之一。 6. 共模抑制比共模抑制比當(dāng)放大器兩個(gè)輸入端具有等量電壓變化值當(dāng)放大器兩個(gè)輸入端具有等量電壓變化值UI時(shí)時(shí)，在放大器輸出端測(cè)量出電壓變化值，在放大器輸出端測(cè)量出電壓變化值UCM，則，則共模抑制比共模抑制比CMRR可用下式計(jì)算：可用下式計(jì)算：ICMUUCMRRlg20l圖3.11INA114電路結(jié)構(gòu)與基本接法 GRG501lINA114基本測(cè)量電路 （

16、見PDF資料）lAD620儀表放大器l儀表用集成運(yùn)放芯片TL081、TL082、TL084。(二二) 程控增益放大器程控增益放大器 程控放大器是智能儀器的常用部件之程控放大器是智能儀器的常用部件之一，在許多實(shí)際應(yīng)用中，特別是在通用測(cè)一，在許多實(shí)際應(yīng)用中，特別是在通用測(cè)量?jī)x器中，為了在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)獲取合量?jī)x器中，為了在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)獲取合適的分辨力，常采用可變?cè)鲆娣糯笃?。在適的分辨力，常采用可變?cè)鲆娣糯笃?。在智能儀器中，可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嬗蓛x智能儀器中，可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嬗蓛x器內(nèi)置計(jì)算機(jī)的程序控制。這種由程序控器內(nèi)置計(jì)算機(jī)的程序控制。這種由程序控制增益的放大器，稱為程控放大器。制增益的放大

17、器，稱為程控放大器。 程控增益放大器基本原理圖1RRUUGifinout，閉合不同的開關(guān)Si，接入不同的反饋電阻， 便能改變放大器的增益。選擇開關(guān)Si可用場(chǎng)效應(yīng)管或集成模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于測(cè)量精度要求高的場(chǎng)合，就可選用專用的儀表放大器，通過數(shù)字編碼控制模擬開關(guān)切換反饋電阻，以實(shí)現(xiàn)增益控制。 （見PDF資料）lAD8253程控放大器(三三) 隔離放大器隔離放大器 隔離放大器主要用于要求共模抑制比隔離放大器主要用于要求共模抑制比高的模擬信號(hào)的傳輸過程中，例如輸入數(shù)高的模擬信號(hào)的傳輸過程中，例如輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)是微弱的模擬信號(hào)，而據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)是微弱的模擬信號(hào)，而測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的干擾比較大對(duì)信號(hào)的傳

18、遞精度測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的干擾比較大對(duì)信號(hào)的傳遞精度要求又高，這時(shí)可以考慮在模擬信號(hào)進(jìn)入要求又高，這時(shí)可以考慮在模擬信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)之前用隔離放大器進(jìn)行隔離，以保證系統(tǒng)之前用隔離放大器進(jìn)行隔離，以保證系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)的可靠性。 由于隔離放大器采用了浮離式設(shè)計(jì)，消除了輸由于隔離放大器采用了浮離式設(shè)計(jì)，消除了輸入、輸出端之間的耦合，因此具有以下特點(diǎn)：入、輸出端之間的耦合，因此具有以下特點(diǎn)：1. 能保護(hù)系統(tǒng)元件不受高共模電壓的損害，防能保護(hù)系統(tǒng)元件不受高共模電壓的損害，防止高壓對(duì)低壓信號(hào)系統(tǒng)的損壞。止高壓對(duì)低壓信號(hào)系統(tǒng)的損壞。2. 泄漏電流低，對(duì)于測(cè)量放大器的輸入端無須泄漏電流低，對(duì)于測(cè)量放大器的輸入端無須提供

19、偏流返回通路。提供偏流返回通路。3. 共模抑制比高，能對(duì)直流和低頻信號(hào)（電壓共模抑制比高，能對(duì)直流和低頻信號(hào)（電壓或電流）進(jìn)行準(zhǔn)確、安全的測(cè)量?；螂娏鳎┻M(jìn)行準(zhǔn)確、安全的測(cè)量。圖3.12 GF289集成隔離放大器 濾波器是一種能使有用信號(hào)通過，濾除信號(hào)中無用頻率，即抑制無用信號(hào)的電子裝置。 (淘寶買成品搜索：有源濾波模塊淘寶買成品搜索：有源濾波模塊)濾波器的用途濾波器的用途 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。 有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的有源濾波器實(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)上增加一些放大器。它是在運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)上增加一些R

20、、C等無源元件而構(gòu)成的。等無源元件而構(gòu)成的。 低通濾波器（低通濾波器（LPF） 高通濾波器（高通濾波器（HPF） 帶通濾波器（帶通濾波器（BPF） 帶阻濾波器（帶阻濾波器（BEF）有源濾波電路的分類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)，性能良好的倍數(shù)，性能良好的LPF通帶內(nèi)的幅頻特性曲線通帶內(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。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 其定義與放大電路的上限截止頻率相同。其定義與放大電路的上限截止頻率相同。通帶

21、與阻帶之間稱為過渡帶，過渡帶越窄，說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。明濾波器的選擇性越好。 pppj11 21 1ffARCfAuu空載：ppLpLLpj1 )( 21 ffAACRRfRRRAuuu帶載：空載時(shí)空載時(shí)帶負(fù)載時(shí)帶負(fù)載時(shí) 負(fù)載變化，通負(fù)載變化，通帶放大倍數(shù)和截帶放大倍數(shù)和截止頻率均變化。止頻率均變化。 無源濾波電路的濾波參數(shù)隨負(fù)載變化；有源濾波電路的無源濾波電路的濾波參數(shù)隨負(fù)載變化；有源濾波電路的濾波參數(shù)不隨負(fù)載變化，可放大。濾波參數(shù)不隨負(fù)載變化，可放大。 無源濾波電路可用于高電壓大電流，如直流電源中的濾無源濾波電路可用于高電壓大電流，如直流電源中的

22、濾波電路；有源濾波電路是信號(hào)處理電路，其輸出電壓和電波電路；有源濾波電路是信號(hào)處理電路，其輸出電壓和電流的大小受有源元件自身參數(shù)和供電電源的限制。流的大小受有源元件自身參數(shù)和供電電源的限制。 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(fù)載電阻路與負(fù)載電阻4. 教學(xué)基本要求：電路的識(shí)別，幅頻特性的分析計(jì)算：電路的識(shí)別，幅頻特性的分析計(jì)算 求解傳遞函數(shù)時(shí)，只需將放大倍數(shù)中的求解傳遞函數(shù)時(shí)，只需將放大倍數(shù)中的 j用用 s 取代即可；取代即可； s 的方次稱為階數(shù)。的方次稱為階數(shù)。12p1RRAuRCf21pppj1ffAAuu頻率趨于頻率趨于0時(shí)的放大時(shí)的放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù)倍數(shù)為通帶放大倍

23、數(shù)決定于決定于RC環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)表明進(jìn)入高頻段表明進(jìn)入高頻段的下降速率為的下降速率為20dB/十倍頻十倍頻經(jīng)拉氏變換得經(jīng)拉氏變換得傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：sRCRRsCRsCRRsUsUsAu11)1 ( 11)1 ()()()(121fio一階電路一階電路 電路特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，阻帶衰減太慢，選擇性較差。)21( j1 1ppp12pRCfffAARRAuuu 為了使過渡帶變窄，需為了使過渡帶變窄，需采用多階濾波器，即增加采用多階濾波器，即增加RC環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。M22Pi1121Mj1)j1)j1(j1)j1(j1UCRCUUCRCRCRCU j3)(11)1 (02012ffffRRAu截止頻率截止頻率

24、 fp 0.37f0RCf 21 0特征頻率特征頻率C1=C2 為使輸出電壓在高頻段以更快的速率下降，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, 比一階低通濾波器的濾波效果更好。缺點(diǎn)：在通帶截止頻率 之間幅頻特性下降的還不夠快。0pff 引入正反饋引入正反饋為使 fp=f0，且在f=f0時(shí)幅頻特性按40dB/十倍頻下降。 f0時(shí)，時(shí)，C1斷路，正反饋斷路，正反饋斷開，放大倍數(shù)為通帶放大斷開，放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù)。倍數(shù)。 f ， C2短路，正反饋不短路，正反饋不起作用，放大倍數(shù)起作用，放大倍數(shù)0 。 C1=C2ppp30uuuffuAQAAA 列列P、M點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電流方程，點(diǎn)

25、的節(jié)點(diǎn)電流方程，整理可得：整理可得：pp0 32 uffuuAAA時(shí)，當(dāng)0p20p3 j)(1ffAffAAuuup0uffuAAQ二階壓控型二階壓控型LPFLPF的傳遞函數(shù)的傳遞函數(shù)sCRsVsVsVAsVv11)()()()(N)()(po上式表明，該濾波器的通帶增益應(yīng)小于上式表明，該濾波器的通帶增益應(yīng)小于3 3，才，才能保障電路穩(wěn)定工作。能保障電路穩(wěn)定工作。0)()()()()()(+)NoNNiRsVsVsCsVsVRsVsVN節(jié)點(diǎn)的電流節(jié)點(diǎn)的電流方程：方程： 2ppio)3(1sCRsCRAAsVsVsAvvv聯(lián)立求解以上三式，可得聯(lián)立求解以上三式，可得LPF的傳遞函數(shù)的傳遞函數(shù)3.頻率響應(yīng)頻率響應(yīng) 由傳遞函數(shù)可以寫出頻率響應(yīng)的表達(dá)式由傳遞函數(shù)可以寫出頻率響應(yīng)的表達(dá)式0p20p)-j(3)(1ffAffAAvvv當(dāng)當(dāng) 時(shí)，上式可以化簡(jiǎn)為時(shí)，上式可以化簡(jiǎn)為 )j(3pp)(-0vvffvAAA0ff 定義有源