第23讲 有源滤波电路PPT讲稿.ppt

第23讲 有源滤波电路1第1页，共23页，编辑于2022年，星期一1.1.滤波电路的功能滤波电路的功能 使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。2.2.滤波电路的种类滤波电路的种类:按工作按工作f：LPF、HPF、BPF、BEF、APF 按电路组成：按电路组成：无源滤波器、有源滤波器无源滤波器、有源滤波器低通滤波器低通滤波器（LPF）f0：Aup通带放大倍数通带截止频率理想幅频特性无过渡带7.3.1 7.3.1 基础知识基础知识下降速率用幅频特性描述滤波特性，要研究用幅频特性描述滤波特性，要研究Aup、Au(fP、下降速率、下降速率)。7.3 7.3 有源滤波电路有源滤波电路2第2页，共23页，编辑于2022年，星期一(a)(a)高通滤波器（高通滤波器（HPFHPF）(b)(b)带通滤波器（带通滤波器（BPFBPF）(c)(c)带阻滤波器（带阻滤波器（BEFBEF）(d)(d)全通滤波器（全通滤波器（APFAPF）理想滤波器的幅频特性理想滤波器的幅频特性阻容耦合阻容耦合通信电路通信电路抗已知频率的干扰抗已知频率的干扰f-转换转换3第3页，共23页，编辑于2022年，星期一空载时带负载时3.3.无源和有源滤波电路无源和有源滤波电路|Aup|1；负载能力差，负载能力差，RLAup、fp(通带放大倍数通带放大倍数)截止截止频率频率4第4页，共23页，编辑于2022年，星期一 无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电路的滤无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电路的滤波参数不随负载变化，可放大，不能输出高电压大电流。波参数不随负载变化，可放大，不能输出高电压大电流。有源滤波电路有源滤波电路 用电压跟随器隔离滤波电路与负载电阻 理想情况：理想情况：Rif=、Rof=0Uo=Up，Uo仅取决于仅取决于RC值，不值，不受受RL影响。影响。5第5页，共23页，编辑于2022年，星期一7.3.2 7.3.2 低通滤波器低通滤波器1.1.同相输入低通滤波器同相输入低通滤波器 对于对于LPF，f0时时Au=Aup通带放大倍数。求解传递函数时，只需将通带放大倍数。求解传递函数时，只需将放大倍数中的放大倍数中的 j用用 s 取代即可。取代即可。s 的方次就是滤波器的阶数。的方次就是滤波器的阶数。f0时的Au为通带放大倍数Aup高频段的下降速率为20dB/十倍频（1）一阶电路）一阶电路(一个一个RC环节环节)一阶LPFUN=UPf0时：时：f 从从0：6第6页，共23页，编辑于2022年，星期一一阶电路的幅频特性一阶电路的幅频特性Au、fP表达式与无源表达式与无源LPF相同相同压压-串串-负负Ro负载能力负载能力问题：问题：-20dB/十倍频，滤波效果不理想十倍频，滤波效果不理想图图 7.3.57第7页，共23页，编辑于2022年，星期一（2 2）简单二阶）简单二阶LPFLPF截止频率 fp 0.37f0 利用节点电流法求解输出电压与输入电压的关系利用节点电流法求解输出电压与输入电压的关系:令令C1=C2=C图图 7.3.78第8页，共23页，编辑于2022年，星期一（3 3）压控电压源二阶）压控电压源二阶LPFLPF为使为使 fp=f0，且在，且在f=f0时幅频特性按时幅频特性按40dB/十倍频下降，改接十倍频下降，改接C1引入反馈，极性随引入反馈，极性随 f 不同。不同。f0时，时，1/jC1正反馈很弱，正反馈很弱，Au=Aup；f，C2短路，正反馈不起作用，短路，正反馈不起作用，Au0.定性分析定性分析单节低通单节低通RC电路：电路：f=fP，=-45o,两节两节RC=-90o即即ffP,|90o正反馈，正反馈，Au ffP(f=10fP)，单节，单节RC=-90o；两节两节=-180o负反馈，负反馈，Au：“-40dB/十倍频十倍频”图图 7.3.99第9页，共23页，编辑于2022年，星期一压控电压源二阶压控电压源二阶LPFLPF定量分析定量分析列列P P、M M点的节点电流方程，整理可得：点的节点电流方程，整理可得：Q越大，越大，f=f0处处|Au|值越大；值越大；当当Aup=3时，时，Q，A=Uo/Ui=，f0处自激。处自激。不自激条件：不自激条件：Aup=1+R2/R13R2fPH14第14页，共23页，编辑于2022年，星期一(2)(2)二阶带通滤波电路分析二阶带通滤波电路分析同相运算同相运算通带放大通带放大倍数倍数中心频率中心频率15第15页，共23页，编辑于2022年，星期一（2 2）二阶）二阶BPFBPF幅频特性幅频特性 Q 越大，越大，Aup愈大，曲线越尖锐，选愈大，曲线越尖锐，选择性越好，但择性越好，但 fbw 愈窄；愈窄；调整调整R、Rf值，可改变值，可改变 fbw。16第16页，共23页，编辑于2022年，星期一OOO3.3.带阻滤波器（带阻滤波器（BEFBEF）fPHfPL（1 1）组成：）组成：LPF/HPFLPF/HPF并联并联双双T型型BEF17第17页，共23页，编辑于2022年，星期一(2)(2)有源带阻滤波电路分析有源带阻滤波电路分析ffPHC、C、R/2通路通路ffPLR、R、2C通路通路fPLfPH阻断阻断18第18页，共23页，编辑于2022年，星期一运算电路与有源滤波器的比较o相同之处相同之处n电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在线性电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在线性区。区。n均具有均具有“虚短虚短”和和“虚断虚断”的特点，均可用节点电流法求的特点，均可用节点电流法求解电路。解电路。o不同之处不同之处n运算电路研究的是时域问题，有源滤波电路研究的是频运算电路研究的是时域问题，有源滤波电路研究的是频域问题；测试时，前者是在输入信号频率不变或直流信域问题；测试时，前者是在输入信号频率不变或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅值的关系，后号下测量输出电压与输入电压有效值或幅值的关系，后者是在输入电压幅值不变的情况下测量输出电压幅值与者是在输入电压幅值不变的情况下测量输出电压幅值与输入电压频率的关系。输入电压频率的关系。n运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的关系，有源滤运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的关系，有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述滤波特性。波器用电压放大倍数的幅频特性描述滤波特性。19第19页，共23页，编辑于2022年，星期一第七章第七章 信号的运算和处理信号的运算和处理一、重点掌握的内容一、重点掌握的内容1 1理想集成运放的概念、各项指标；理想集成运放的概念、各项指标；“虚短虚短”和和“虚断虚断”的的含义。含义。2 2比例电路、反相输入求和电路、积分电路的工作原理及比例电路、反相输入求和电路、积分电路的工作原理及运算关系（输出运算关系（输出uO和输入和输入uI间关系）。间关系）。二、一般掌握的内容二、一般掌握的内容1.1.同相输入求和电路及微分电路的工作原理及运算关系。同相输入求和电路及微分电路的工作原理及运算关系。2.2.低通、高通、带通和带阻滤波电路的功能及根据要求选低通、高通、带通和带阻滤波电路的功能及根据要求选择合适的滤波电路。择合适的滤波电路。典型题例：典型题例：自测题：二；习题自测题：二；习题7-67-6、7-107-10、7-117-1120第20页，共23页，编辑于2022年，星期一7.3.4 7.3.4 状态变量型滤波器状态变量型滤波器要点：要点：o将比例、积分、求和等基将比例、积分、求和等基本运算电路组合成自由设本运算电路组合成自由设置传递函数、实现各种滤置传递函数、实现各种滤波功能的电路，称为状态波功能的电路，称为状态变量型滤波器。变量型滤波器。o通带放大倍数决定于负反馈通带放大倍数决定于负反馈网络。网络。o利用利用“逆运算逆运算”方法。方法。f0时负反馈最强，时负反馈最强，A1输出电压输出电压0；f 时时C 相当于短路，相当于短路，A2输出电压输出电压0，电路开环，电路开环，A1输出电压输出电压UOM，工作到非线性区；，工作到非线性区；需引入负反馈决定通带放大倍数。需引入负反馈决定通带放大倍数。21第21页，共23页，编辑于2022年，星期一四、状态变量滤波器四、状态变量滤波器 二阶电路的组成二阶电路的组成22第22页，共23页，编辑于2022年，星期一双T网络A1组成组成 HPF电路为电路为LPF讨论23第23页，共23页，编辑于2022年，星期一