模電第八章1課件

第八章

信號處理電路8.1有源濾波器8.2電壓比較器8.1有源濾波器8.1.1濾波電路的作用和分類1.

濾波電路的作用選頻－－使指定頻段的信號順利通過，其它頻率的信號被衰減。按處理方法分硬件濾波軟件濾波按所處理的信號分模擬濾波器數(shù)字濾波器按構(gòu)成器件分無源濾波器有源濾波器2、濾波器的分類按傳遞函數(shù)分一階濾波器二階濾波器N

階濾波器:低通濾波器（LPF）的頻率（幅頻）特性通帶放大倍數(shù)通帶截止頻率下降速率理想幅頻特性無過渡帶用幅頻特性描述濾波特性，要研究

、(fP、下降速率)。按頻率特性分低通濾波器高通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器空載時帶負(fù)載時3.

無源濾波電路和有源濾波電路

存在問題：1、電壓放大倍數(shù)低，最大為1；2、帶負(fù)載能力差：負(fù)載變化，通帶放大倍數(shù)和截止頻率均變化。解決辦法：利用集成運放與RC電路組成有源濾波器。

無源濾波電路的電路特點：無源濾波電路的濾波參數(shù)隨負(fù)載變化；可以用于高電壓輸入、大電流負(fù)載的情況。有源濾波電路用電壓跟隨器隔離濾波電路與負(fù)載電阻

有源濾波電路的電路特點：有源濾波電路的濾波參數(shù)不隨負(fù)載變化，可放大；不能輸出高電壓大電流，只適用于信號處理，輸出電壓受電源電壓的限制，輸入電壓應(yīng)保證集成運放工作在線性區(qū)；頻率響應(yīng)受組成它的晶體管、集成運放頻率參數(shù)的限制。一、一階低通濾波器（同相輸入）8.1.2低通濾波器(LPF)根據(jù)“虛短”，“虛斷”：低通濾波器用來通過低頻信號，抑制或衰減高頻信號。Af(ω)=Uo/Ui稱為濾波電路增益或電壓傳遞函數(shù)。電壓串聯(lián)負(fù)反饋一階低通濾波器幅頻特性為了使過渡帶變窄，采用多階濾波器，即增加RC環(huán)節(jié)。歸一化幅頻特性缺點：在f>f0

時，對數(shù)幅頻特性下降速度為-20dB/十倍頻，過渡帶太寬，與理想的幅頻特性相差甚遠。通帶截止頻率fP＝特征頻率f0理想低通濾波器二、二階低通濾波器截止頻率fp≈0.37f0電路引入了負(fù)反饋，利用虛短，虛斷求解可得：1、簡單二階LPF由幅頻特性可見，在高頻段，衰減的斜率為-40dB/十倍頻，但fp遠離f0

，其幅頻特性與理想低通濾波器相差較大。-3dBC1C2C1=C2=C2、實用二階LPF（壓控電壓源二階LPF）引入正反饋f→0時，C1斷路，正反饋斷開,放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù)；f→∞，C2短路，正反饋不起作用，放大倍數(shù)小→0；對于不同頻率的信號正反饋的強弱不同。定性分析：只要參數(shù)選擇合適為使fp=f0，且在f=f0時幅頻特性按－40dB/十倍頻下降。在f=f0附近形成正反饋，不致造成自激振蕩，使f0附近的電壓放大倍數(shù)等于或大于通帶放大倍數(shù)。Q—等效品質(zhì)因數(shù)物理意義：f=f0時的電壓放大倍數(shù)與通帶放大倍數(shù)之比。Aup=3時Q·電路產(chǎn)生自激振蕩f=f0Q=1,幅頻特性較理想正反饋提升了f0附近的

Au。為保證電路穩(wěn)定工作，要求RF<2R1－40dB/十倍頻0.1-40-20-0110－20dB/十倍頻一階、二階低通有源濾波電路幅頻特性的比較理想特性結(jié)論：將電容C1接地的一端改接到運放的輸出端，形成正反饋后，可使輸出電壓的幅度在f=f0范圍內(nèi)得到加強，如果Q值合適，其幅頻特性比較接近理想情況。例8.1

已知R=160k，C=0.01F，R1

=170k，Rf=100k，求該濾波器的截止頻率、通帶增益及Q值。[解]:特征頻率Q=1/(3-Aup)=1/(3

-1.588)=0.708Q=0.707時，f0=fH上限截止頻率：fH=99.5Hz二階有源高通濾波器其中：與LPF有對偶性，將二階LPF的電阻和電容互換，就可以得到二階HPF電路。電路產(chǎn)生自激振蕩

二階低通、高通濾波器，為防止自激，應(yīng)使Aup<3，即要求RF<2R1

。若f=f0Aup=3時，Q可見高通濾波電路與低通濾波電路的對數(shù)幅頻特性互為“鏡像”關(guān)系。8.1.4帶通濾波器(BPF)只允許某一段頻帶內(nèi)的信號通過，將此頻帶以外的信號阻斷。低通高通f2fO低通ff1O高通阻阻f2f1fO通要求：f2>f18.1.5帶阻濾波器(BEF)在規(guī)定的頻帶內(nèi)，信號被阻斷，在此頻帶以外的信號能順利通過。低通高通f2f1fO通阻通fO低通f1f2fO高通要求：f2>f1帶阻濾波器的典型電路——中心頻率——通帶電壓放大倍數(shù)雙T網(wǎng)絡(luò)運算電路與有源濾波器的比較相同之處電路中均引入深度負(fù)反饋，因而集成運放均工作在線性區(qū)。均具有“虛短”和“虛斷”的特點，均可用節(jié)點電流法求解電路。不同之處運算電路研究的是時域問題，有