第五章 濾波電路

第五章濾波電路2014.4第一節(jié)電容濾波2014.4.11第一節(jié)電容濾波1.電路的組成2.工作原理3.濾波電容的選擇和輸出直流電壓的估算4.電容濾波電路的特點(diǎn)一、電路的組成二、工作原理VD1++--u1u2RL+-iouoVD4VD3VD2Cic+ωtOu2π2π3π4π5πiD1ωtOuO=uCOωt三、濾波電容的選擇和輸出直流電壓的估算

四、電容濾波電路的特點(diǎn)（1）電容濾波電路適用于小電流負(fù)載。（2）電容濾波電路的外特性比較軟。（3）濾波電路的輸出電壓UO(AV)與輸出電流IO(AV)之間的關(guān)系曲線稱為外特性。電容濾波電路的UO(AV)

將隨著IO(AV)而變化。（4）電容濾波適用于負(fù)載電流變化不大的場合。（5）采用電容濾波時(shí)，整流二極管中將流過較大的沖擊電流。必須選用較大容量的整流二極管。第二節(jié)電感濾波2014.4.16第二節(jié)電感濾波1.電路的組成2.工作原理3.電感濾波電路輸出電壓與電流4.電感濾波電路的特點(diǎn)一、電路的組成二、工作原理三、電感濾波電路輸出電壓與電流四、電感濾波電路的特點(diǎn)（1）電感濾波電路適用于大電流負(fù)載。（2）電感濾波電路的外特性比較硬。（3）由于電感有延長整流管導(dǎo)電管電角的趨勢，因此電流的波形比較平滑，避免了在整流管中產(chǎn)生較大的沖擊電流。第三節(jié)復(fù)式濾波電路2014.4.18第三節(jié)復(fù)式濾波電路1.LC濾波電路2.LC-∏型濾波電路3.RC–П型濾波電路一、LC濾波電路在負(fù)載電流較大或較小時(shí)均有良好的濾波作用。電感濾波和LC濾波電路克服了整流管電流較大的缺點(diǎn)，外特性比較硬,與電容濾波相比，

UO(AV)較低，體積、重量大為增加。二、LC-∏型濾波電路LC-∏型濾波電路輸出電壓的脈動系數(shù)比僅有LC濾波時(shí)更小，波形更加平滑。輸出直流電壓提高了。缺點(diǎn)是整流管的沖擊電流比較大，外特性比較軟。三、RC–П型濾波電路優(yōu)點(diǎn)：可進(jìn)一步降低輸出電壓的脈動系數(shù)。缺點(diǎn)：R上有直流壓降；整流管的沖擊電流仍比較大；外特性比電容濾波更軟，只適用于小電流的場合。第四節(jié)常見的濾波電路2014.4.21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(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。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(diǎn)是電路簡單，阻帶衰減太慢，選擇性較差。RC低通電壓放大倍數(shù)(傳遞函數(shù))為2.傳遞函數(shù)當(dāng)f=0時(shí)，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(shí)，各電容視為開路，通帶內(nèi)的增益為

（2）傳遞函數(shù)

通常有C1=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jω，令,可得解得截止頻率當(dāng)時(shí)，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(diǎn)的電流方程：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

定義有源濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q值為時(shí)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(shí)，Q>1，在處的電壓增益將大于，幅頻特性在處將抬高。

當(dāng)≥3時(shí)，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(diǎn)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(diǎn)的電流方程以上各式中二階壓控型HPF有源高通濾波器由此繪出的頻率響應(yīng)特性曲線

(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)式結(jié)論：當(dāng)時(shí)，幅頻特性曲線的斜率為+40

dB/dec；當(dāng)≥3時(shí)，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(jì)計(jì)算十分麻煩，需要時(shí)可借助于工程計(jì)算曲線和有關(guān)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。有源帶通濾波器(BPF)

和帶阻濾波器(BEF)解：根據(jù)f0，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(jià)格高，應(yīng)盡量避免使用。取計(jì)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)Ｑ值求和，因?yàn)闀r(shí)，，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(shí)驗(yàn)八運(yùn)算放大器在信號方面的應(yīng)用調(diào)