第六章 運算放大器電路及有源濾波器

現(xiàn)代電路分析第六章

運算放大器電路及有源濾波器國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3現(xiàn)代電路分析課程知識要點經(jīng)典電路分析知識要點計算機輔助分析及工具應(yīng)用矩陣方程建立初步矩陣方程建立的一般方法矩陣運算的計算機方法非線性電路分析初步非線性電路方程建立的一般方法有源濾波電路分析初步電路的參數(shù)分析國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3本章主要內(nèi)容及要求掌握有源器件的基本概念掌握阻抗變換電路的分析掌握RC有源基本節(jié)電路的分析了解RC有源濾波器的基本概念國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3第一節(jié)

理想運算放大器及單元電路運算放大器電路及有源濾波器國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3理想運算放大器特點：（1）開環(huán)增益A→∞（2）輸入阻抗Zsr→∞（3）輸出阻抗Zo→0（4）無限帶寬（5）無噪聲，無漂移分析規(guī)則：“虛斷”，由于Rin為無窮大，所以輸入端的電流等于零。故稱兩個輸入端為虛斷。“虛短”，對于線性電路而言，由于運放輸出電壓小于等于電源電壓，而開環(huán)增益為無窮大，即Vo=A(V+-V-)，因此V+-V-=0，即V+=V-，故稱兩個輸入端為虛短。國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3加法器跟隨器（隔離）用途：電壓跟隨隔離（高阻提取信號）運算放大器單元電路國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3反相放大器同相放大器運算放大器單元電路國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3減法器倒相加法器運算放大器單元電路國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3例：求解：在R5為有限值的情況下V1=V2=0且i1=0對節(jié)點3有②對節(jié)點1有①運算放大器單元電路分析國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3節(jié)點3②節(jié)點1①由式①得代入式②得所以有運算放大器單元電路分析國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3例:電路如圖示，求Vo與V1、

V2的關(guān)系。解：根據(jù)虛短,有V1=

Vn1=Vn2V2=

Vn3=Vn4對節(jié)點2、3列KCL方程，R1與R2中的電流相等，所以可寫為運算放大器單元電路分析國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3所以相加第三只運算放大器實際上構(gòu)成減法器，所以運算放大器單元電路分析國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3阻抗變換器1.變換器參數(shù)同理：2.廣義阻抗變換器（GICGeneralImmittanceConverter)令B=C=0國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3GIC的有源實現(xiàn)節(jié)點方程：上面兩式相減有I1Z1=I2Z2倒數(shù)后同乘以V1Z1則有國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3模擬電感與頻變負阻（FDNR）（1）模擬電感（接地模擬電感）當(dāng)Z1=R1;Z2=1/SC;Z3=R3;Z4=R4;Z5=R5國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3頻變負阻（FDNR）頻變負阻，也稱超電容單位:FS）國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3無源梯形濾波器的有源模擬優(yōu)點：（1）無源梯形濾波器的設(shè)計十分完善。（2）雙端接載LC梯形濾波器具有低靈敏度特點，用有源模擬，可繼承該特點，易于設(shè)計高階電路。（1）電感模擬法例：三階高通國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3RLC–CRD法依據(jù)：網(wǎng)絡(luò)各臂阻抗同乘K/S后，傳遞函數(shù)不變例：設(shè)計三階（Butterworth)低通國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3RLC–CRD法FDNR實現(xiàn)國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3運算放大器電路及有源濾波器第二節(jié)

用運放實現(xiàn)RC有源基本節(jié)國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3對于典型的RC有源電路的傳遞函數(shù)，一般分為一階和二階，階是s的最高冪次。對于高階的傳遞函數(shù)，通過因式分解總可以分為若干二階傳遞函數(shù)的乘積，或再乘一個一階傳遞函數(shù)。一階傳遞函數(shù)為兩種：階與傳遞函數(shù)的概念國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3二階傳遞函數(shù)為七種階與傳遞函數(shù)的概念國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3階與傳遞函數(shù)的概念國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3一階電路（1）低通帶增益的一階電路（1）高通國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3二階電路單端正反饋二階電路國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3二階低通二階高通二階電路國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3二階帶通二階電路國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3為低通二階電路二階電路多端負反饋二階電路國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3級聯(lián)法設(shè)計RC有源濾波器的基本思想n為偶數(shù)若n為奇數(shù)，將多一項一階函數(shù)設(shè)計注意事項：（1）動態(tài)范圍（2）零極點配對（3）級聯(lián)次序國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3運算放大器電路及有源濾波器多運放有源濾波器基本節(jié)國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3，電路調(diào)諧：，基于GIC電路的二階高Q帶通基本節(jié)國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3基于GIC電路的二階高Q帶阻基本節(jié)要求，電路調(diào)諧為：，

國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3帶有衰耗零點的二階高Q基本節(jié)，，，

國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3有源濾波器實例國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3技術(shù)要求：通帶0-2470Hz，帶內(nèi)波動為0.03dB，阻帶從3800Hz開始，阻帶的最小衰減為50dB。方法:梯形濾波器的有源電路實現(xiàn)。設(shè)計一個LC等效濾波,并用S歸一化,L-R,C-FDNR,FDNR用有源實現(xiàn)

實例一：九階橢圓函數(shù)有源低通濾波器國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3實例一：九階橢圓函數(shù)有源低通濾波器國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3實例一：九階橢圓函數(shù)有源低通濾波器國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3該濾波器有以下技術(shù)要求：圖中，f1=250Hz，f2=300Hz，f3=3400Hz，f4=4000Hz實例二：音頻橢圓函數(shù)有源帶通濾波器國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3INPUTINFORMATIONACTIVEBAND-PASSFILTERAPPOXIMATIONFUNCTION----ELLIPTICAMAX,AMIN(dB),F1,F2,F3,F4(Hz)=.25018530034005513OUTPUTINFORMATIONTHEORDER=5AMIN,FH,DEG=54.109471.71887535.57553NORMALPOLESZEROSOFH(S)POLE(RE)POLE(IM)ZERO.1336968.3427253.11721442.594829E-02.2845128.1762673.98789152.5324138.531375.31791253.4857855.673201.80122750實例二：音頻橢圓函數(shù)有源帶通濾波器國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3<24.BP-HQ-1>SECTION1(unit:pF,Ω,Hz),R4,R7,R,C=48693.419834.09451001E-08K,F,Q=21009.951.6240425

<36.3C-GP-CC>SECTION2R1,R2,R3,R4,C3,C=2104414359797.858934.4651001.684136E-081E-08K,F,FZ,Q=1.684136371.5405118.38081.375799<36.3C-GP-CC>SECTION3R1,R2,R3,R4,C3,C=2537039596580.7303655.851006.177312E-091E-08K,F,FZ,Q=.6177312288.5365178.02135.505057<36.3C-GP-CC>SECTION4R1,R2,R3,R4,C3,C=5581.7336589.9457975.92351001.198569E-091E-08K,F,FZ,Q=.11985692745.338616.2711.375799<36.3C-GP-CC>SECTION5R1,R2,R3,R4,C3,C=6431.9153974.39724784.6451002.352196E-091E-08K,F,FZ,Q=.23521963535.0845729.6555.505057實例二：音頻橢圓函數(shù)有源帶通濾波器國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3實例二：音頻橢圓函數(shù)有源帶通濾波器國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3實例二：音頻橢圓函數(shù)有源帶通濾波器國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3有源集成濾波器介紹

（MAXIM）有源濾波器產(chǎn)品分為兩大系列：連續(xù)時間濾波器（Continuous）和開關(guān)電容濾波器（SwitchedCapacitor）。開關(guān)電容有固定階數(shù)的只需確定截止頻率，另外一些參數(shù)使用者不能改變。其他產(chǎn)品如Universal類和2nd-order類均需要用程序進行設(shè)計。這些程序一般廠家均會提供，但是設(shè)計過程需要一定的專業(yè)知識方可準確進行。這些產(chǎn)品代表了目前最新的有源濾波器的制造技術(shù)。國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3國家電工電子教學(xué)基地電路理論系列課程組2005.3實例三：

8階橢圓函數(shù)低通開關(guān)電容濾波器例:以MAXIM293為例，它是一個8階的橢圓函數(shù)低通開關(guān)電容濾波器，具有1.5的矩形系數(shù)，由時鐘控制通帶截止頻率，時鐘與通帶截止頻率比為100:1，有效通頻帶寬度為0.1-25KHz，供電電壓為正負