RC振蕩器與有源濾波器課件

RC振蕩器與有源濾波器一、從振蕩器原理說起——

A——放大器增益（常數(shù)）F(jω)——反饋網(wǎng)絡傳輸函數(shù)（具有頻率特性）RC振蕩器與有源濾波器從振蕩器原理說起——

RC振蕩器與有源濾波器一、從振蕩器原理說起——結(jié)論：振蕩器在不滿足幅度條件時，本質(zhì)上就是一個有源帶通濾波器RC振蕩器與有源濾波器二、從文氏電橋振蕩器說起——RC振蕩器與有源濾波器二、從文氏電橋振蕩器說起——反饋網(wǎng)絡的傳輸函數(shù)

RC振蕩器與有源濾波器二、從文氏電橋振蕩器說起——反饋網(wǎng)絡的幅頻特性

設fo=100Hz

RC振蕩器與有源濾波器二、從文氏電橋振蕩器說起——反饋網(wǎng)絡的相頻特性

設fo=100Hz

RC振蕩器與有源濾波器二、從文氏電橋振蕩器說起——文氏橋振蕩器反饋網(wǎng)絡傳輸函數(shù)的特點：①在f=fo處，反饋系數(shù)為一個常數(shù)1/3，并且是最大值。②在f=fo處，反饋網(wǎng)絡的相移為零（所以反饋系數(shù)為一個常數(shù)）。③反饋系數(shù)雖然具有帶通性質(zhì)，但是曲線極其平緩。④在f＜fo時，反饋網(wǎng)絡等效為一個高通網(wǎng)絡，故具有正的相移，而在f＞fo時，則等效為一個低通網(wǎng)絡，故具有負的相移。RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器

RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器

RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器幅頻特性

RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器兩級級聯(lián)參差調(diào)諧

RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為

有源帶通濾波器RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器Q值討論

RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器Q值討論

注意：①輸入信號源內(nèi)阻的影響

②R1和Rf的準確性保證RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器調(diào)試討論——電阻誤差

設電阻精度1%取R1=10kΩ，則Rf=19kΩ=15kΩ+2kΩ+2kΩR1=10kΩ±1kΩ×1%=10kΩ±0.1kΩRf=15kΩ+2kΩ+2kΩ±0.15kΩ±0.02kΩ±0.02kΩRC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器調(diào)試討論——電阻誤差

取最壞情況R1=10kΩ－0.1kΩ=9.9kΩRf=15kΩ+2kΩ+2kΩ+0.15kΩ+0.02kΩ+0.02kΩ=19.19則Rf/R1=19.19/9.9=1.9384Aup=2.9384 Q=1/(3－2.9384)=16.23 設電阻精度1%RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器調(diào)試討論——電阻誤差

取相反的最壞情況R1=10kΩ+0.1kΩ=10.1kΩRf=15kΩ+2kΩ+2kΩ－0.15kΩ－0.02kΩ－0.02kΩ=18.81則Rf/R1=18.81/10.1=1.8624 Aup=2.8624 Q=1/(3－2.8624)=7.266 設電阻精度1%RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器調(diào)試討論——電阻誤差設電阻精度2%取最壞情況R1=10kΩ－0.2kΩ=9.8kΩRf=15kΩ+2kΩ+2kΩ+0.2kΩ+0.04kΩ+0.04kΩ=19.28則Rf/R1=19.28/9.8=1.9673Aup=2.9673 Q=1/(3－2.9673)=30.58 RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器調(diào)試討論——電阻誤差設電阻精度2%取相反的最壞情況R1=10kΩ+0.2kΩ=10.2kΩRf=15kΩ+2kΩ+2kΩ－0.2kΩ－0.04kΩ－0.04kΩ=18.72則Rf/R1=18.72/10.2=1.8353 Aup=2.8353 Q=1/(3－2.8353)=6.07 RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器調(diào)試討論——電阻誤差設電阻精度5%取最壞情況R1=10kΩ－0.5kΩ=9.5kΩRf=15kΩ+2kΩ+2kΩ+0.75kΩ+0.1kΩ+0.1kΩ=19.95則Rf/R1=19.95/9.5=2.1Aup=3.1電路將產(chǎn)生自激振蕩?。?！

RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器調(diào)試討論——電阻誤差結(jié)論

電阻精度在5%時，電路將產(chǎn)生自激振蕩，不能正常工作。調(diào)試時，R1和Rf電阻均需要通過高精度電阻測量儀進行測量！RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器調(diào)試討論——電阻誤差如果設Q=5

Q值越低，電阻誤差造成的影響越小。所以，實際應用時，Q值不宜超過10，否則調(diào)試困難。RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器調(diào)試討論——Q值調(diào)節(jié)設電阻精度1%要求：采用電位器調(diào)節(jié)Rf，使得Q值可以達到10，但是無論如何調(diào)節(jié)都不會產(chǎn)生自激。R1=10kΩ≈9.9kΩ~10.1kΩRf=19kΩ=

Rf′+Rw=18kΩ+1kΩ=18kΩ±0.18kΩ+（0~1kΩ±0.1kΩ）

Rf′RwRf18kΩ±0.18kΩ1kΩ±0.1kΩ設電位器精度為10%RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器調(diào)試討論——Q值調(diào)節(jié)設電阻精度1%Q值調(diào)節(jié)范圍：

在電阻精度為1%、電位器精度為10%的情況下，Q值的調(diào)節(jié)范圍為4.24~19。RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器調(diào)試討論——信號源內(nèi)阻信號源內(nèi)阻通常按照50Ω計。信號源內(nèi)阻使得R1變成R1+50Ω。（如果前級電路輸出阻抗大于50Ω，則影響更大）為減小信號源內(nèi)阻影響，取R1=100kΩ，則實際上R1=100.05kΩ，改變量0.05%。完全可以忽略不計。R1=100kΩ，Rf=190kΩ=180kΩ+10kΩ（電位器）RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器運算放大器型號的考慮RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器運算放大器型號的考慮①只要同相比例放大器的表達式準確，則整個電路的傳輸函數(shù)就會準確。②只要同相比例放大器的輸入阻抗遠大于電阻R就不會對文氏橋正反饋網(wǎng)絡參數(shù)產(chǎn)生影響RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器運算放大器型號的考慮輸入阻抗過低。工作頻率上運放增益下降導致反饋深度不足。工作頻率上運放產(chǎn)生相移導致中心頻率相對理論值偏差較大。但是真正要考慮的是運放參數(shù)不理想所帶來的對同相比例放大器的影響。運放不理想表現(xiàn)在（設fo=1kHz）RC振蕩器與有源濾波器三、將文氏電橋振蕩器轉(zhuǎn)換為有源帶通濾波器運算放大器型號的考慮NE5532

輸入阻抗Ri：30~300kΩ 1kHz增益A|f=1kHz：＞80dB

同相比例放大器增益為10時帶寬：大于1MHz同相比例放大器輸入阻抗Rif=（1+AF）Ri遠遠大于R=100kΩ（Aup＜3，F(xiàn)＞1/3）。

f=1/(2πRC)，當f=1kHz，C=0.01μF時，R=16.9kΩ。運放輸入阻抗的影響（設fo=1kHz）NE5532RC振蕩器與有源濾波器運算放大器型號的考慮運放帶寬的影響（設fo=1kHz）NE5532當運放構(gòu)成同相比例放大器時，為什么帶寬擴展不是（1+AF）倍？——

fc≈700Hz，A|1kHz≈100dBRC振蕩器與有源濾波器運算放大器型號的考慮運放帶寬的影響（設fo=1kHz）NE5532當運放構(gòu)成同相比例放大器時，為什么帶寬擴展不是（1+AF）倍？——波特圖的概念BodeGraphRC振蕩器與有源濾波器運算放大器型號的考慮運放帶寬的影響（設fo=1kHz）NE5532當運放構(gòu)成同相比例放大器時，為什么帶寬擴展不是（1+AF）倍？——結(jié)論：同相比例放大器的增益越高，則反饋越小，則帶寬擴展越少，則fc=(1+AF)fo越準確，反之則誤差越大。RC振蕩器與有源濾波器運算放大器型號的考慮運放相移的影響（設fo=1kHz）NE5532

RC振蕩器與有源濾波器四、另一種類型的RC正弦振蕩器RC振蕩器與有源濾波器四、另一種類型的RC正弦振蕩器RC振蕩器與有源濾波器四、另一種類型的RC正弦振蕩器RC振蕩器與有源濾波器三種反饋網(wǎng)絡

RC振蕩器與有源濾波器四、另一種類型的RC正弦振蕩器

令fo=100HzRC振蕩器與有源濾波器四、另一種類型的RC正弦振蕩器

令fo=100HzRC振蕩器與有源濾波器四、另一種類型的RC正弦振蕩器

令fo=100HzRC振蕩器與有源濾波器四、另一種類型的RC正弦振蕩器

令fo=100HzRC振蕩器與有源濾波器五、經(jīng)典有限增益高通低通有源濾波器二階壓控電壓源低通濾波器RC振蕩器與有源濾波器五、經(jīng)典有限增益高通低通有源濾波器二階壓控電壓源高通濾波器RC振蕩器與有源濾波器五、經(jīng)典有限增益高通低通有源濾波器二級RC低通頻率特性

RC振蕩器與有源濾波器五、經(jīng)典有限增益高通低通有源濾波器二級RC低通頻率特性

RC振蕩器與有源濾波器五、經(jīng)典有限增益高通低通有源濾波器二階壓控電壓源低通濾波器傳遞函數(shù)RC振蕩器與有源濾波器五、經(jīng)典有限增益高通低通有源濾波器二階壓控電壓源低通濾波器傳遞函數(shù)

RC振蕩器與有源濾波器五、經(jīng)典有限增益高通低通有源濾波器

RC振蕩器與有源濾波器五、經(jīng)典有限增益高通低通有源濾波器

RC振蕩器與有源濾波器五、經(jīng)典有限增益高通低通有源濾波器

RC振蕩器與有源濾波器五、經(jīng)典有限增益高通低通有源濾波器

RC振蕩器與有源濾波器六、經(jīng)典有限增益帶通有源濾波器從RC振蕩器說起——RC振蕩器與有源濾波器六、經(jīng)典有限增益帶通有源濾波器從RC振蕩器說起——RC振蕩器與有源濾波器六、經(jīng)典有限增益帶通有源濾波器從RC振蕩器說起——

RC振蕩器與有源濾波器六、經(jīng)典有限增益帶通有源濾波器從RC振蕩器說起——

當f=fo時

當

時RC振蕩器與有源濾波器六、經(jīng)典有限增益帶通有源濾波器從RC振蕩器說起——

RC振蕩器與有源濾波器六、經(jīng)典有限增益帶通有源濾波器討論——將振蕩器當做帶通濾波器使用，其近帶特性往往可以通過Q值設計達到要求，但是其遠帶衰減特性惡化。無源RC高通低通級聯(lián)構(gòu)成的帶通濾波器相反，其近帶特性很差，但是其遠帶特性較好。將兩者結(jié)合所構(gòu)成的有源帶通濾波器就是經(jīng)典電路。一般來說，二階有源濾波器的Q值不可超過10，否則調(diào)試極其困難。RC振蕩器與有源濾波器六、經(jīng)典有限增益帶通有源濾波器RC振蕩器與有源濾波器六、經(jīng)典有限增益帶通有源濾波器RC振蕩器與有源濾波器六、經(jīng)典有限增益帶通有源濾波器RC振蕩器與有源濾波器六、經(jīng)典有限增益帶通有源濾波器

RC振蕩器與有源濾波器六、經(jīng)典有限增益帶通有源濾波器

RC振蕩器與有源濾波器六、經(jīng)典有限增益帶通有源濾波器

RC振蕩器與有源濾波器六、經(jīng)典有限增益帶通有源濾波器RC振蕩器與有源濾波器六、經(jīng)典有限增益帶通有源濾波器RC振蕩器與有源濾波器Q值一定，曲線的峰值就被決定。例如Q=5，則曲線的峰值為（6Q-1）=29。Q值的測量可以通過濾波器峰值增益的測量獲得。六、經(jīng)典有限增益帶通有源濾波器RC振蕩器與有源濾波器七、構(gòu)建一種有源帶阻濾波器

如果采用一個數(shù)值等于峰值的常數(shù)與曲線相減，則應該可以得到帶阻特性。但是，因為不同頻率相位不同，所以結(jié)果需要求出表達式予以仿真驗證。RC振蕩器與有源濾波器七、構(gòu)建一種有源帶阻濾波器

帶通濾波器傳遞函數(shù)構(gòu)建帶阻濾波器傳遞函數(shù)

RC振蕩器與有源濾波器七、構(gòu)建一種有源帶阻濾波器帶阻濾波器傳遞函數(shù)

RC振蕩器與有源濾波器七、構(gòu)建一種有源帶阻濾波器根據(jù)表達式構(gòu)建電路

RC振蕩器與有源濾波器七、構(gòu)建一種有源帶阻濾波器帶通濾波器傳遞函數(shù)帶阻濾波器傳遞函數(shù)

RC振蕩器與有源濾波器七、構(gòu)建一種有源帶阻濾波器設帶通和帶阻高端截止頻率為fCH，低端截止頻率為fCL

理論上這種帶阻濾波器的陷波深度為無窮大（通帶幅度與陷波幅度之比）。RC振蕩器與有源濾波器電路圖RC振蕩器與有源濾波器七、構(gòu)建一種有源帶阻濾波器調(diào)試方法帶通濾波器的調(diào)試放大器的調(diào)試帶阻濾波器的測試測試方法RC振蕩器與有源濾波器九、電路調(diào)試帶通濾波器的調(diào)試fo=999Hz(899Hz~1121Hz)Q=4.24~19（電容精度：10%，電阻精度1%）RC振蕩器與有源濾波器九、電路調(diào)試帶通濾波器的調(diào)試（取Q=10）電源供電：±5V電路的峰值增益：|Uo/Ui|max=(3Q-1)=29輸入信號幅度：Ui=100mVpp，Uo=2.9VppQ值的測量：調(diào)節(jié)信號源頻率f，找到輸出電壓最大值的頻

率fo。調(diào)節(jié)1kΩ電位器，使得輸出幅度達到2.9Vpp。RC振蕩器與有源濾波器九、電路調(diào)試

頻率特性的測量：采用函數(shù)信號源的掃頻模式，設置合適的初

始頻率和終止頻率（例如設置初始頻率=0，

終止頻率=2kHz），設置合適的掃描時間（例

如設置掃描時間=100mS）相應地設置示波器合適的水平偏轉(zhuǎn)因數(shù)（例

如設置水平偏轉(zhuǎn)因數(shù)=10mS/div）記錄示波器顯示的頻率特性，并估讀相應的

參數(shù)（例如中心頻率fo和帶寬Δf）。RC振蕩器與有源濾波器九、電路調(diào)試RC振蕩器與有源濾波器九、電路調(diào)試RC振蕩器與有源濾波器九、電路調(diào)試RC振蕩器與有源濾波器九、電路調(diào)試RC振蕩器與有源濾波器九、電路調(diào)試RC振蕩器與有源濾波器放大器的調(diào)試九、電路調(diào)試

調(diào)試方法：在帶通濾波器調(diào)好以后調(diào)節(jié)該放大器的輸出電壓，使之與其相等，波形重疊。RC振蕩器與有源濾波器九、電路調(diào)試減法器電路RC振蕩器與有源濾波器九、電路調(diào)試帶阻濾波器的測試減法器的輸出端即為帶阻濾波器的輸出端：采用函數(shù)信號源的掃頻模式，設置合適的初

始頻率和終止頻率（例如設置初始頻率=0，

終止頻率=2kHz），設置合適的掃描時間（例

如設置掃描時間=100mS）相應地設置示波器合適的水平偏轉(zhuǎn)因數(shù)（例

如設置水平偏轉(zhuǎn)因數(shù)=10mS/div）記錄示波器顯示的頻率特性，并估讀相應的

參數(shù)（例如中心頻率fo和帶寬Δf）。RC振蕩器與有源濾波器十、設計任務設計并制作一個二階有源帶通帶阻濾波器中心頻率fo=1kHz，Q=10。帶通和帶阻濾波器的中心頻率相差＜0.1%。輸出電壓幅度：帶通：1Vpp~3Vpp、帶阻：小于10mV。記錄其幅頻特性曲線。分析測量結(jié)果與理論計算的誤差原因。RC振蕩器與有源濾波器※帶通帶阻濾波器的應用舉例失真度（Distortion）定義

A1——基波幅度A2~An——諧波幅度RC振蕩器與有源濾波器※帶通帶阻濾波器的應用舉例RC振蕩器與有源濾波器十一、無限增益多路反饋濾波器①容易出現(xiàn)自激振蕩。低通和高通帶內(nèi)平坦度因Q值影響不易調(diào)整。帶通濾波器性能較好。有限增益單路反饋濾波器討論RC振蕩器與有源濾波器十一、無限增益多路反饋濾波器RC振蕩器與有源濾波器十一、無限增益多路反饋濾波器

RC振蕩器與有源濾波器十一、無限增益多路反饋濾波器

兩級RC級聯(lián)無源低通濾波器RC振蕩器與有源濾波器十一、無限增益多路反饋濾波器

RC振蕩器與有源濾波器十一、無限增益多路反饋濾波器RC振蕩器與有源濾波器十一、無限增益多路反饋濾波器

無限增益多路反饋濾波器性能討論RC振蕩器與有源濾波器十一、無限增益多路反饋濾波器問題——積分電路輸入電阻的影響積分電路輸入電阻：RRC振蕩器與有源濾波器十一、無限增益多路反饋濾波器問題——積分電路輸入電阻的影響RC振蕩器與有源濾波器十一、無限增益多路反饋濾波器問題——積分電路輸入電阻的影響RC振蕩器與有源濾波器十一、無限增益多路反饋濾波器問題——積分電路輸入電阻的影響——改進電路RC振蕩器與有源濾波器十一、無限增益多路反饋濾波器如果不做任何改進

RC振蕩器與有源濾波器十一、無限增益多路反饋濾波器第二路反饋的引入遏制了積分電路低頻增益的無限擴大，保證了帶內(nèi)平坦度。第二路反饋的引入使得積分電路在低頻時雖然對輸入Ui的增益無限擴大，但是同時對輸出Uo的增益同步擴大，故Uo/Ui的比值在低頻時才能保持恒定。從表達式來看，就是在分母中引入了一個常數(shù)1。正是這個常數(shù)才保證了帶內(nèi)平坦度。無限增益多路反饋濾波器物理意義討論RC振蕩器與有源濾波器十一、無限增益多路反饋濾波器所以必須保證Uo的反饋通路與Ui的饋入通路參數(shù)一致，因為這樣才能保證積分電路對Ui的增益與對Uo的增益一致，從而造成表達式分母中的常數(shù)，即才能保證帶內(nèi)平坦度。這就決定了反饋支路的反饋元件的性質(zhì)和大小。無限增益多路反饋濾波器物理意義討論RC振蕩器與有源濾波器十一、無限增益多路反饋濾波器高通濾波器RC振蕩器與有源濾波器十一、