模電-第九章p9.1濾波電路基本概念與分類

9.1

濾波電路的基本概念與分類1.基本概念濾波器：是一種能使有用頻率信號通過而同時抑制或衰減無用頻率信號的電子裝置。有源濾波器：由有源器件構(gòu)成的濾波器。濾波電路傳遞函數(shù)定義A(s)

Vo

(s)Vi

(s)s

j

時，有

A(j

)

A(j

)

ej

(

)

A(j

)

(

)其中A(j

)

——模，幅頻響應(yīng)

(

)

——相位角，相頻響應(yīng)群時延響應(yīng)d

(

)

d

(

)

(

s)9.1

濾波電路的基本概念與分類2.

分類低通（LPF）高通（HPF）帶通（BPF）帶阻（BEF）全通（APF）end9.2

一階有源濾波電路1.低通濾波電路cA01

sA(s)

傳遞函數(shù)c1

(

)2A0A(

j

)

其中同相比例放大系數(shù)特征角頻率1

f0A

1

RRRC1c

故，幅頻相應(yīng)為9.2

一階有源濾波電路2.高通濾波電路低通電路中的R和C交換位置便構(gòu)成高通濾波電路一階有源濾波電路通帶外衰率慢（-20dB/十倍頻程），與理想情況相差較遠(yuǎn)。一般用在對濾波要求不高的場合。end9.3

高階有源濾波電路有源低通濾波電路有源高通濾波電路有源帶通濾波電路二階有源帶阻濾波電路9.3.1

有源低通濾波電路二階有源低通濾波電路傳遞函數(shù)1RVFA

1

Rf

Vo

(s)PV

(s)AVFR

1/

sC1/

sCAV

(s)PV

(s)

對于濾波電路，有Vi

(s)

VA

(s)

VA

(s)

Vo

(s)

VA

(s)

VP

(s)

0R

1/

sC

R得濾波電路傳遞函數(shù)i

VFAVFV

(s) 1

(3

-

A

)sCR

(sCR)2A(s)

Vo

(s)（二階）（同相比例）2.傳遞函數(shù)令

A0

AVFRC1c

稱為通帶增益稱為等效品質(zhì)因數(shù)iV

(s)VFAVF1

(3

-

A

)sCR

(sCR)2A(s)

Vo

(s)3

AVF1Q稱為特征角頻率則cs2c

n

s

2A(s)

QA0

2濾波電路才能穩(wěn)定工作。VFVF注意：當(dāng)3

A

02.傳遞函數(shù)用

s

j代入，可得傳遞函數(shù)的頻率響應(yīng)：歸一化的幅頻響應(yīng))21A0cQc

()2

21

(20lg

A(

j

)

20lg相頻響應(yīng)c1

(

)2cQ

(

)

arctg3.幅頻響應(yīng))21A0cQc

()2

21

(20lg

A(

j

)

20lg歸一化的幅頻響應(yīng)曲線傳遞函數(shù)4.n階傳遞函數(shù)為A0A(

j

)

1

(

/c

)2n式中n為階濾波電路階數(shù)，c為3dB載止角頻率，A0為通帶電壓增益。9.3.2

有源高通濾波電路1.二階高通濾波電路將低通電路中的電容和電阻對換，便成為高通電路。傳遞函數(shù)cs2A(s)

c

s

2QA0

s21A0Q

2(

c

)2

1

(

c

)220lg

A(j

)

20lg歸一化的幅頻響應(yīng)2.傳遞函數(shù)及其歸一化幅頻響應(yīng)1

(c

/

)2nA0A(

j

)

歸一化幅頻響應(yīng)9.3.3

有源帶通濾波電路1.電路組成原理可由低通和高通串聯(lián)得到必須滿足

L

H1

1H1R

C

低通截止角頻率2

2L1R

C

高通截止角頻率2.例9.3.29.3.3

有源帶通濾波電路3.二階有源帶通濾波電路傳遞函數(shù)令VF1

(3

-

A

)sCR

(sCR

)2AVF

sCRA(s)

VF03

-

AAVFA

RC110

3

AVFQ得)2

s

sQ0

00

Q0A(s)

sA

(1

9.3.4

二階有源帶阻濾波電路可由低通和高通并聯(lián)得到必須滿足

L

H雙T選頻網(wǎng)絡(luò)9.3.4

二階有源帶阻濾波電路雙T帶阻濾波電路9.3.4

二階有源帶阻濾波電路阻濾波電路的幅頻特性9.3.4

二階有源帶阻濾波電路end9.5

正弦波振蕩電路的振蕩條件1.

振蕩條件正反饋放大電路框圖（注意與負(fù)反饋方框圖的差別）若環(huán)路增益A

F

1則

X

Xa

f去掉

X

，

X

仍有穩(wěn)定的輸出。i

of又

A

F

A

F

AF

a

f

a所以振蕩條件為A(

)

F

(

)

1

振幅平衡條件a

()

f

()

2nπ相位平衡條件2.

起振和穩(wěn)幅信號源來自何處？電路器件 噪聲以及電源接通擾動起振條件A(

)

F

(

)

1a

()

f

()

2nπ#振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò)，無須輸入信號就能起振，起振的噪聲中，滿足相位平衡條件的某一頻率0的噪聲信號被放大，成為振蕩電路的輸出信號。當(dāng)輸出信號幅值增加到一定程度時，就要限制它繼續(xù)增加，否則波形將出現(xiàn)失真。穩(wěn)幅的作用就是，當(dāng)輸出信號幅值增加到一定程度時，使振幅平衡條件從AF

回

1到AF

1

。end放大電路（包括負(fù)反饋放大電路）反饋網(wǎng)絡(luò)（構(gòu)成正反饋的）選頻網(wǎng)絡(luò)（選擇滿足相位平衡條件的一個頻率。經(jīng)常與反饋網(wǎng)絡(luò)合二為一。）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)3.

振蕩電路基本組成部分9.6

RC正弦波振蕩電路電路組成RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性振蕩電路工作原理穩(wěn)幅措施1.

電路組成RC橋式振蕩電路反饋網(wǎng)絡(luò)兼做選頻網(wǎng)絡(luò)反饋系數(shù)2.

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性ofV

(s)V

(s)VF

(s)

幅頻響應(yīng)又

s

j則Z1

Z2Z21

3sCR

(sCR)2sCRRC10且令

10

0

)3

j(VF32

0

0

)2

(1VF

相頻響應(yīng)3(

0f

arctg

0

)2.

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性32

0

0

)2

(1FV

幅頻響應(yīng)有最大值3(

0f

arctg

0

)RC2πRC1100或

f

f

當(dāng)

3

1VmaxF相頻響應(yīng)f

03.

振蕩電路工作原理用瞬時極性法判斷可知，電路滿足相位平衡條件a

f

2nπ此時若放大電路的電壓增益為f時，

0RC10當(dāng)

1RA

1

Rf

3V3

3

1

1V

V則振蕩電路滿足振幅平衡條件

A

F電路可以輸出頻率為

f的正弦波2πRC10RC正弦波振蕩電路一般用于產(chǎn)生頻率低于1

MHz

的正弦波采用非線性元件熱敏元件4.

穩(wěn)幅措施熱敏電阻起振時，A1R

1

Rf

3V即

AV

FV

1熱敏電阻的作用

o

oV

IfR

功耗fR

溫度fR

阻值VA

3V

VA

F

1

穩(wěn)幅VA

采用非線性元件