為反相輸入低通濾波器電路課件

模擬電子技術(shù)吳曉燕模擬電子技術(shù)吳曉燕項(xiàng)目四擴(kuò)音器的制作項(xiàng)目描述2.1項(xiàng)目資訊

2.2項(xiàng)目實(shí)施

2.3項(xiàng)目評(píng)價(jià)與總結(jié)

2.4項(xiàng)目四擴(kuò)音器的制作項(xiàng)目描述2.1項(xiàng)目資訊2.2項(xiàng)目實(shí)施4.1項(xiàng)目描述在大型的會(huì)議室、商場(chǎng)、學(xué)校里，在促銷(xiāo)、旅游及健身等活動(dòng)中，有一種電子設(shè)備是必備的，那就是擴(kuò)音器。最簡(jiǎn)易的擴(kuò)音器整機(jī)電路，可分為前置放大級(jí)、音調(diào)控制級(jí)和功率放大級(jí)三部分。其中前置放大級(jí)我們第二個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)學(xué)習(xí)了，而音調(diào)控制級(jí)由低通濾波器和高通濾波器共同組成，所以需要先從各種濾波器的特性講述。4.1項(xiàng)目描述在大型的會(huì)議室、商場(chǎng)、學(xué)校里，在促銷(xiāo)、旅游輸入放大電路:主要完成輸入的微弱信號(hào)的放大，可以有分立元件的放大電路構(gòu)成，也可以采用集成運(yùn)放完成。

音調(diào)調(diào)整電路:主要完成音頻信號(hào)的高低音控制，以滿足人們對(duì)聲音個(gè)性化的要求。

功率放大電路:對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行電壓和電流放大，以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，要求功率足夠大、失真度要小。

直流穩(wěn)壓電源:為整機(jī)提供穩(wěn)定的直流電壓。簡(jiǎn)易擴(kuò)音器電路輸入放大電路:主要完成輸入的微弱信號(hào)的放大，可以有分任務(wù)引入最簡(jiǎn)易的擴(kuò)音器整機(jī)電路，可分為前置放大級(jí)、音調(diào)控制級(jí)和功率放大級(jí)三部分。其中前置放大級(jí)我們第二個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)學(xué)習(xí)了，而音調(diào)控制級(jí)由低通濾波器和高通濾波器共同組成，所以需要先從各種濾波器的特性講述。任務(wù)4-1集成運(yùn)放構(gòu)成的低通、高通濾波電路的組建與測(cè)試任務(wù)引入最簡(jiǎn)易的擴(kuò)音器整機(jī)電路，可分為前置放大級(jí)、音調(diào)控制級(jí)相關(guān)知識(shí)1）濾波電路的基礎(chǔ)知識(shí)。2）濾波電路的分類(lèi)3）有源濾波器與無(wú)源濾波器的特性差別。相關(guān)知識(shí)1）濾波電路的基礎(chǔ)知識(shí)。濾波電路—

有用頻率信號(hào)通過(guò)，無(wú)用頻率信號(hào)被抑制的電路。分類(lèi)：按處理方法分硬件濾波軟件濾波按所處理信號(hào)分模擬濾波器數(shù)字濾波器按構(gòu)成器件分無(wú)源濾波器有源濾波器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理想濾波器的頻率特性f·f·f·f·通通通

阻

通阻通阻阻阻低通高通帶通帶阻按傳遞函數(shù)分一階濾波器二階濾波器N

階濾波器:濾波電路—有用頻率信號(hào)通過(guò)，無(wú)用頻率信號(hào)被抑制的電路。分類(lèi)4.1有源低通濾波電路(LPF—LowPassFilter)—通帶放大倍數(shù)···一、一階

LPFRf8CR1R··其中，

Auf=1+Rf/R1fH=1/2

RC—上限截止頻率··fH歸一化幅頻特性f·0-3-20dB/十倍頻4.1有源低通濾波電路(LPF—LowPassFil二、二階LPF1.簡(jiǎn)單二階LPF8CR1RCRRf···通帶增益：Auf=1+Rf/R1問(wèn)題：在f=fH

附近，輸出幅度衰減大。–40dB/十倍頻-40f/fH0-10-2010-301·改進(jìn)思路：在提升fH

附近的輸出幅度。二、二階LPF1.簡(jiǎn)單二階LPF8CR1RCRRf·4.2有源高通濾波電路(HPF—High

Pass

Filter)8CR1RfRCR··通帶增益：Auf=1+Rf/

R1Q=1/(3-Auf)f/fn0-3-10-2010-30-40Q=0.707Q=1Q=2Q=51·Auf=3時(shí)，Q

，電路產(chǎn)生自激振蕩二階低通、高通，為防止自激，應(yīng)使Auf<3。4.2有源高通濾波電路(HPF—HighPassFil本次任務(wù)一階、二階有源低通濾波器組建與幅頻特性測(cè)試一階、二階有源高通濾波器組建與幅頻特性測(cè)試本次任務(wù)一階、二階有源低通濾波器組建與幅頻特性測(cè)試知識(shí)目標(biāo)1、理解有源濾波器的構(gòu)成及分類(lèi)特點(diǎn)；2、熟悉有源濾波器的頻率特性。知識(shí)目標(biāo)1、理解有源濾波器的構(gòu)成及分類(lèi)特點(diǎn)；能力目標(biāo)1、會(huì)對(duì)運(yùn)算放大器構(gòu)成的低通濾波電路進(jìn)行分析和參數(shù)測(cè)量；2、會(huì)對(duì)運(yùn)算放大器構(gòu)成的高通濾波電路進(jìn)行分析和參數(shù)測(cè)量。能力目標(biāo)1、會(huì)對(duì)運(yùn)算放大器構(gòu)成的低通濾波電路進(jìn)行分析和參數(shù)測(cè)素質(zhì)目標(biāo)1、培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力與團(tuán)隊(duì)合作能力；2、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、勤于思考、善于提問(wèn)的學(xué)習(xí)習(xí)慣；3、培養(yǎng)學(xué)生良好的溝通交流能力1。素質(zhì)目標(biāo)1、培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力與團(tuán)隊(duì)合作能力；布置課堂操作任務(wù)本次課堂訓(xùn)練操作將記錄成績(jī)上頁(yè)下頁(yè)布置課堂操作任務(wù)本次課堂訓(xùn)練操作將記錄成績(jī)上頁(yè)下頁(yè)任務(wù)1：一階、二階有源低通濾波器組建與幅頻特性測(cè)試第二步

用示波器觀察輸入、輸出波形。第三步

用波特儀觀察幅頻特性、相頻特性上頁(yè)下頁(yè)第一步搭接一階、二階有源低通濾波器；任務(wù)1：一階、二階有源低通濾波器組建與幅頻特性測(cè)試第二步用有源濾波器（a）電路

（b）幅頻特性圖8-1一階同相輸入有源低通濾波器理論上在濾波器通帶內(nèi)電壓放大倍數(shù)，上截止頻率

，用波特圖示儀測(cè)得

，。將電路相關(guān)元件參數(shù)代入公式計(jì)

=1.592kHz，

（20lg3=9.542dB），理論計(jì)算和仿真儀器測(cè)量結(jié)果基本一致。有源濾波器（a）電路 （b）幅頻特性理論上在濾波器通帶2.反相輸入低通濾波器電路（a）電路

（b）幅頻特性圖8-2一階有源反相輸入低通濾波器圖8-2（a）為反相輸入低通濾波器電路，電路的電壓放大倍數(shù)

（20lg2=6.02dB），上截止頻率

。圖8-2（b）為幅頻特性,測(cè)量出放大器增益為6dB，上截止頻率為1.585kHz。理論計(jì)算和儀器測(cè)量結(jié)果基本一致。圖8-2（a）中將低通濾波電路R、C原件接入負(fù)反饋電路。雖然前后兩個(gè)濾波電路不同，但R、C元件參數(shù)相同，所以幅頻特性是一樣的。上述兩個(gè)電路也可應(yīng)用“交流分析”法測(cè)量它們的幅頻特性。2.反相輸入低通濾波器電路（a）電路 （b）幅頻特性4.1.2二階有源低通濾波器（LPF）

在一階低通濾波器電路的基礎(chǔ)上，再加上一級(jí)RC低通電路構(gòu)成了二階低通濾波電路。圖8-3（a）低通濾波器電路圖圖8-3（a）中第一級(jí)RC低通電路中的C1的下端沒(méi)有接地，而是接到運(yùn)算放大器的輸出端，目的是在截止頻率附近引入正反饋，使幅頻特性得到改善。該電路的電壓放大倍數(shù)：

濾波器的特征頻率：

，等效品質(zhì)因數(shù)

。4.1.2二階有源低通濾波器（LPF） 在一階低通濾波器電有源濾波器圖8-3（b）Q=0.707當(dāng)Rf=5.85kΩ時(shí)，Q=0.707，這時(shí)的幅頻特性比較平坦，電路的特征頻率

的上截止頻率

，如圖8-3（b）所示。有源濾波器圖8-3（b）Q=0.707當(dāng)Rf=5.85kΩ時(shí)有源濾波器圖8-3（c）Q=2當(dāng)Rf=15kΩ時(shí)，Q=2，幅頻特性出現(xiàn)升峰現(xiàn)象，如圖8-3（c）所示。有源濾波器圖8-3（c）Q=2當(dāng)Rf=15kΩ時(shí)，Q=2

有源濾波器圖8-3

(d)Q=∞當(dāng)Rf=20kΩ時(shí)，Q將趨于無(wú)窮大，電路會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，如圖8-3（d）所示，為避免這種情況，選擇電路元件參數(shù)時(shí)，應(yīng)使Rf<2R3。有源濾波器圖8-3(d)Q=∞當(dāng)Rf=20kΩ時(shí)，Q任務(wù)2：一階、二階有源高通濾波器組建與幅頻特性測(cè)試。第二步

將輸入端接信號(hào)發(fā)生器，濾波器的輸入、輸出端分別接毫伏表，同時(shí)在輸出端接示波器，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器使其輸出電壓幅值Ui一1V的正弦波信號(hào)（毫伏表指示），第三步觀察輸出端的毫伏表的讀數(shù)與示波器的波形。

上頁(yè)下頁(yè)第一步按圖完成連線。測(cè)試相關(guān)數(shù)據(jù)。任務(wù)2：一階、二階有源高通濾波器組建與幅頻特性測(cè)試。第二步有源濾波器4.1.3二階有源高通濾波器（HPF）圖8-4（a）低通濾波器電路圖高通濾波器電路與低通濾波器電路具有對(duì)偶關(guān)系，即將低通濾波器中濾波元件R、C的位置互換，即可得到高通濾波電路，如圖8-4（a）所示，電路性能參數(shù)如下；通帶電壓增益

特征頻率

等效品質(zhì)因數(shù)

有源濾波器4.1.3二階有源高通濾波器（HPF）圖8-4（8.1有源濾波器圖8-4（b）Q=0.707當(dāng)Rf=5.85kΩ時(shí)，Q=0.707，Avf=1.585，根據(jù)公式計(jì)算 =1.592kHz，這時(shí)高通濾波器的幅頻特性比較平滑，

≈1.6kHz，如圖8-4（b）所示。8.1有源濾波器圖8-4（b）Q=0.707當(dāng)Rf=5.有源濾波器圖8-4

（c）Q=2當(dāng)Rf=15kΩ時(shí)，Avf=2.5，Q=2，高通濾波器的幅頻特性出現(xiàn)升峰現(xiàn)象，如圖8-4（c）所示。有源濾波器圖8-4（c）Q=2當(dāng)Rf=15kΩ時(shí)，Avf=8.1有源濾波器圖8-4

（d）Q=∞當(dāng)Rf=20kΩ時(shí)，Q將趨于無(wú)窮大，電路會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，如圖8-4（d）所示，實(shí)際中應(yīng)避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象。8.1有源濾波器圖8-4（d）Q=∞當(dāng)Rf=20kΩ時(shí)，有源濾波器圖8-4

（e）參數(shù)掃描分析結(jié)果圖8-4（e）是用“參數(shù)掃描分析”法得出的結(jié)果，將（b）、（c）、（d）三種情況放在一個(gè)坐標(biāo)系中作對(duì)比。有源濾波器圖8