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(shuō)起——

A——放大器增益（常數(shù)）F(jω)——反饋網(wǎng)絡(luò)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(shuō)起——

RC振蕩器與有源濾波器一、從振蕩器原理說(shuō)起——結(jié)論：振蕩器在不滿足幅度條件時(shí)，本質(zhì)上就是一個(gè)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(shuō)起——RC振蕩器與有源濾波器二、從文氏電橋振蕩器說(shuō)起——反饋網(wǎng)絡(luò)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(shuō)起——反饋網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性

設(shè)fo=100Hz

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

設(shè)fo=100Hz

RC振蕩器與有源濾波器二、從文氏電橋振蕩器說(shuō)起——文氏橋振蕩器反饋網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù)的特點(diǎn)：①在f=fo處，反饋系數(shù)為一個(gè)常數(shù)1/3，并且是最大值。②在f=fo處，反饋網(wǎng)絡(luò)的相移為零（所以反饋系數(shù)為一個(gè)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(shí)，反饋網(wǎng)絡(luò)等效為一個(gè)高通網(wǎng)絡(luò)，故具有正的相移，而在f＞fo時(shí)，則等效為一個(gè)低通網(wǎng)絡(luò)，故具有負(fù)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(jí)級(jí)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(hào)源內(nèi)阻的影響

②R1和Rf的準(zhǔn)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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?。。?/p>

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(shí)，電路將產(chǎn)生自激振蕩，不能正常工作。調(diào)試時(shí)，R1和Rf電阻均需要通過(guò)高精度電阻測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)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(shè)Q=5

Q值越低，電阻誤差造成的影響越小。所以，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，Q值不宜超過(guò)10，否則調(diào)試?yán)щy。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(shè)電阻精度1%要求：采用電位器調(diào)節(jié)Rf，使得Q值可以達(dá)到10，但是無(wú)論如何調(diào)節(jié)都不會(huì)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(shè)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(shè)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(hào)源內(nèi)阻信號(hào)源內(nèi)阻通常按照50Ω計(jì)。信號(hào)源內(nèi)阻使得R1變成R1+50Ω。（如果前級(jí)電路輸出阻抗大于50Ω，則影響更大）為減小信號(hào)源內(nèi)阻影響，取R1=100kΩ，則實(shí)際上R1=100.05kΩ，改變量0.05%。完全可以忽略不計(jì)。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(yùn)算放大器型號(hào)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(yùn)算放大器型號(hào)的考慮①只要同相比例放大器的表達(dá)式準(zhǔn)確，則整個(gè)電路的傳輸函數(shù)就會(huì)準(zhǔn)確。②只要同相比例放大器的輸入阻抗遠(yuǎn)大于電阻R就不會(huì)對(duì)文氏橋正反饋網(wǎng)絡(luò)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(yùn)算放大器型號(hào)的考慮輸入阻抗過(guò)低。工作頻率上運(yùn)放增益下降導(dǎo)致反饋深度不足。工作頻率上運(yùn)放產(chǎn)生相移導(dǎo)致中心頻率相對(duì)理論值偏差較大。但是真正要考慮的是運(yùn)放參數(shù)不理想所帶來(lái)的對(duì)同相比例放大器的影響。運(yùn)放不理想表現(xiàn)在（設(shè)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(yùn)算放大器型號(hào)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(shí)帶寬：大于1MHz同相比例放大器輸入阻抗Rif=（1+AF）Ri遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R=100kΩ（Aup＜3，F(xiàn)＞1/3）。

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

fc≈700Hz，A|1kHz≈100dBRC振蕩器與有源濾波器運(yùn)算放大器型號(hào)的考慮運(yùn)放帶寬的影響（設(shè)fo=1kHz）NE5532當(dāng)運(yùn)放構(gòu)成同相比例放大器時(shí)，為什么帶寬擴(kuò)展不是（1+AF）倍？——波特圖的概念BodeGraphRC振蕩器與有源濾波器運(yùn)算放大器型號(hào)的考慮運(yùn)放帶寬的影響（設(shè)fo=1kHz）NE5532當(dāng)運(yùn)放構(gòu)成同相比例放大器時(shí)，為什么帶寬擴(kuò)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(kuò)展越少，則fc=(1+AF)fo越準(zhǔn)確，反之則誤差越大。RC振蕩器與有源濾波器運(yùn)算放大器型號(hào)的考慮運(yùn)放相移的影響（設(shè)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(luò)

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(jí)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(jí)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(shuō)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(shuō)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(shuō)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(shuō)起——

當(dāng)f=fo時(shí)

當(dāng)

時(shí)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(shuō)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(dāng)做帶通濾波器使用，其近帶特性往往可以通過(guò)Q值設(shè)計(jì)達(dá)到要求，但是其遠(yuǎn)帶衰減特性惡化。無(wú)源RC高通低通級(jí)聯(lián)構(gòu)成的帶通濾波器相反，其近帶特性很差，但是其遠(yuǎn)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(lái)說(shuō)，二階有源濾波器的Q值不可超過(guò)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(cè)量可以通過(guò)濾波器峰值增益的測(cè)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(gè)數(shù)值等于峰值的常數(shù)與曲線相減，則應(yīng)該可以得到帶阻特性。但是，因?yàn)椴煌l率相位不同，所以結(jié)果需要求出表達(dá)式予以仿真驗(yàn)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(dá)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(shè)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(wú)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(cè)試測(cè)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(hào)幅度：Ui=100mVpp，Uo=2.9VppQ值的測(cè)量：調(diào)節(jié)信號(hào)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(dá)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(cè)量：采用函數(shù)信號(hào)源的掃頻模式，設(shè)置合適的初

始頻率和終止頻率（例如設(shè)置初始頻率=0，

終止頻率=2kHz），設(shè)置合適的掃描時(shí)間（例

如設(shè)置掃描時(shí)間=100mS）相應(yīng)地設(shè)置示波器合適的水平偏轉(zhuǎn)因數(shù)（例

如設(shè)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(yīng)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(cè)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(hào)源的掃頻模式，設(shè)置合適的初

始頻率和終止頻率（例如設(shè)置初始頻率=0，

終止頻率=2kHz），設(shè)置合適的掃描時(shí)間（例

如設(shè)置掃描時(shí)間=100mS）相應(yīng)地設(shè)置示波器合適的水平偏轉(zhuǎn)因數(shù)（例

如設(shè)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(yīng)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(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)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(cè)量結(jié)果與理論計(jì)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(yīng)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(yīng)用舉例RC振蕩器與有源濾波器十一、無(wú)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(wú)限增益多路反饋濾波器RC振蕩器與有源濾波器十一、無(wú)限增益多路反饋濾波器

RC振蕩器與有源濾波器十一、無(wú)限增益多路反饋濾波器

兩級(jí)RC級(jí)聯(lián)無(wú)源低通濾波器RC振蕩器與有源濾波器十一、無(wú)限增益多路反饋濾波器

RC振蕩器與有源濾波器十一、無(wú)限增益多路反饋濾波器RC振蕩器與有源濾波器十一、無(wú)限增益多路反饋濾波器

無(wú)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(wú)限增益多路反饋濾波器問(wèn)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(wú)限增益多路反饋濾波器問(wèn)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(wú)限增益多路反饋濾波器問(wèn)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(wú)限增益多路反饋濾波器問(wèn)題——積分電路輸入電阻的影響——改進(jìn)電路RC振蕩器與有源濾波器十一、無(wú)限增益多路反饋濾波器如果不做任何改進(jìn)

RC振蕩器與有源濾波器十一、無(wú)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(wú)限擴(kuò)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(shí)雖然對(duì)輸入U(xiǎn)i的增益無(wú)限擴(kuò)大，但是同時(shí)對(duì)輸出Uo的增益同步擴(kuò)大，故Uo/Ui的比值在低頻時(shí)才能保持恒定。從表達(dá)式來(lái)看，就是在分母中引入了一個(gè)常數(shù)1。正是這個(gè)常數(shù)才保證了帶內(nèi)平坦度。無(wú)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(wú)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?yàn)檫@樣才能保證積分電路對(duì)Ui的增益與對(duì)Uo的增益一致，從而造成表達(dá)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(wú)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(wú)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、