常見運放濾波電路

1、濾波電路 這節(jié)非常深入地介紹了用運放組成的有源濾波器。在很多情況中，為了阻 擋由于虛地引起的直流電平，在運放的輸入端串入了電容。這個電容實際上是 一個高通濾波器，在某種意義上說，像這樣的單電源運放電路都有這樣的電容。 設(shè)計者必須確定這個電容的容量必須要比電路中的其他電容器的容量大100 倍以上。這樣才可以保證電路的幅頻特性不會受到這個輸入電容的影響。如果 這個濾波器同時還有放大作用，這個電容的容量最好是電路中其他電容容量的 1000倍以上。如果輸入的信號早就包含了VCC/2的直流偏置，這個電容就可 以省略。 這些電路的輸出都包含了 VCC/2的直流偏置，如果電路是最后一級，那么 就必須串入輸出

2、電容。 這里有一個有關(guān)濾波器設(shè)計的協(xié)定，這里的濾波器均采用單電源供電的運 放組成。濾波器的實現(xiàn)很簡單，但是以下幾點設(shè)計者必須注意： 1.濾波器的拐點(中心)頻率 2. 3. 4. 濾波器電路的增益 帶通濾波器和帶阻濾波器的的Q值 低通和高通濾波器的類型(Butterworth 、Chebyshev、Bessell) 臺匕 不幸的是要得到一個完全理想的濾波器是無法用一個運放組成的。即使可 能，由于各個元件之間的負(fù)雜互感而導(dǎo)致設(shè)計者要用非常復(fù)雜的計算才能完成 濾波器的設(shè)計。通常對波形的控制要求越復(fù)雜就意味者需要更多的運放，這將 根據(jù)設(shè)計者可以接受的最大畸變來決定?；蛘呖梢酝ㄟ^幾次實驗而最終確定下

3、來。如果設(shè)計者希望用最少的元件來實現(xiàn)濾波器，那么就別無選擇，只能使用 傳統(tǒng)的濾波器，通過計算就可以得到了。 3. 1 階濾波器 一階濾波器是最簡單的電路，他們有20dB每倍頻的幅頻特性 3. 1. 1低通濾波器 典型的低通濾波器如圖十三所示。 精品文庫 歡迎下載3 INVERTIIING F0= l/(2pR2CU Gaihi = - R2/R1 *Vce Vctfl cm Te, VquI N0NINVER7ING Fo = 1/(2pR1C1) Gatn = 1 * R3fR2 圖十三 3. 1. 2高通濾波器 典型的高通濾波器如圖十四所示。 VIII *VCG Cl INOMINVERT

4、IIHG Vend Gain 1 FO = 1l/(2plR1C1) *Vcc Vin ； Cl INOMINVERTING tVoiit Fo = 1l/(2pR1C1) Gain - 1 + R3/R2 ni lU R3 圖十四 3.1. 3文氏濾波器 文氏濾波器對所有的頻率都有相同的增益，但是它可以改變信號的相角， 同時也用來做相角修正電路。圖十五中的電路對頻率是F的信號有90度的相 移，對直流的相移是0度，對高頻的相移是180度。 3. 2二階濾波器 二階濾波電路一般用他們的發(fā)明者命名。 他們中的少數(shù)幾個至今還在使用。 有一些二階濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以組成低通、高通、帶通、帶阻濾波器，有

5、些 則不行。這里沒有列出所有的濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只是將那些容易實現(xiàn)和便于調(diào) 整的列了出來。 圖十五（見圖十七上） 二階濾波器有40dB每倍頻的幅頻特性。 通常的同一個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的帶通和帶阻濾波器使用相同的元件來調(diào)整他 們的Q值，而且他們使濾波器在 Butterworth 和Chebyshev濾波器之間變化。 必須要知道只有Butterworth 濾波器可以準(zhǔn)確的計算出拐點頻率，Chebyshev 和Bessell濾波器只能在Butterworth 濾波器的基礎(chǔ)上做一些微調(diào)。 我們通常用的帶通和帶阻濾波器有非常高的Q值。如果需要實現(xiàn)一個很寬 的帶通或者帶阻濾波器就需要用高通濾波器和低通濾波器串連

6、起來。對于帶通 濾波器的通過特性將是這兩個濾波器的交疊部分，對于帶阻濾波器的通過特性 將是這兩個濾波器的不重疊部分。 這里沒有介紹反相 Chebyshev和Elliptic濾波器，因為他們已經(jīng)不屬于 電路集需要介紹的范圍了。 不是所有的濾波器都可以產(chǎn)生我們所設(shè)想的結(jié)果一一比如說濾波器在阻帶 的最后衰減幅度在多反饋濾波器中的會比在Sallen Key濾波器中的大。由于 這些特性超出了電路圖集的介紹范圍，請大家到教科書上去尋找每種電路各自 的優(yōu)缺點。不過這里介紹的電路在不是很特殊的情況下使用，其結(jié)果都是可以 接受的。 3. 2. 1 Sallen Key濾波器 Salle n-Key 濾波器是一種

7、流行的、廣泛應(yīng)用的二階濾波器。他的成本很低， 僅需要一個運放和四個無源器件組成。但是換成Butterworth 或Chebyshev濾 波器就不可能這么容易的調(diào)整了。請設(shè)計者參看參考條目【1】和參考條目【2】， 那里介紹了各種拓?fù)涞募?xì)節(jié)。 這個電路是一個單位增益的電路，改變Sallen Key濾波器的增益同時就 改變了濾波器的幅頻特性和類型。實際上Sallen Key濾波器就是增益為1的 Butterworth濾波器。 圖十六（見圖十七中） 3. 2. 2多反饋濾波器 多反饋濾波器是一種通用，低成本以及容易實現(xiàn)的濾波器。不幸的是，設(shè) 計時的計算有些復(fù)雜，在這里不作深入的介紹。請參看參考條目【1

8、】中的對多 反饋濾波器的細(xì)節(jié)介紹。如果需要的是一個單位增益的 Butterworth濾波器， 那么這里的電路就可以給出一個近似的結(jié)果。 精品文庫 LOW PASS Cm Teof 1 Vcl4 fi 亠 C V Urbity Udin Bunrworih Fa - 1J2Efiq R1 bRb rm FU 電櫓崗 Cl C2 = 4C MiG HI PASS Uniry Gn Buttnrorlh Rb制怙國創(chuàng) R1 = 0 4rR HJ2 IR Cl C3*C1*C G1n 3 1.3 dB Fo W 3Z jtn conrod b ft4 and 貝S K4 * 100 RS Q turd

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