模擬電子技術(shù) 課件 22 有源濾波器

模擬電子技術(shù)梁長(zhǎng)垠教授梁長(zhǎng)垠教授項(xiàng)目三集成運(yùn)算放大電路的制作與測(cè)試有源低通濾波器01有源高通濾波器02有源帶通濾波器03有源帶阻濾波器04全通型濾波器05一、有源低通濾波器1.一階有源低通濾波器在無(wú)源低通濾波電路的輸出接同相比例運(yùn)算放大器的輸入端，即可組成一階有源低通濾波器電路。根據(jù)運(yùn)算放大器的“虛短”和“虛斷”的概念，可得出電路的電壓放大倍數(shù)為其中，（a）一階有源低通濾波器

（b）一階有源低通濾波器幅頻特性Aup和f0分別是通帶放大倍數(shù)（頻率f=0時(shí)的電壓放大倍數(shù)）和特征頻率。通帶截止頻率與一階無(wú)源低通濾波器完全相同，只是引入集成運(yùn)算放大器后，通帶的放大倍數(shù)與帶負(fù)載能力得到了提高。一、有源低通濾波器

一階有源低通濾波器電路與幅頻特性仿真波形一階無(wú)源低通濾波器電路幅頻特性仿真波形一、有源低通濾波器2.二階有源低通濾波器為了使輸出電壓在高頻段以最快的速度下降，加大斜率衰減，使過(guò)渡帶變窄以改善濾波，效果，可采用再增加一階RC低通濾波電路的方法，稱為二階有源低通濾波器。電路結(jié)構(gòu)與幅頻特性如圖。將兩級(jí)RC低通環(huán)節(jié)串在一起，信號(hào)經(jīng)過(guò)二階低通削減后由運(yùn)放進(jìn)行放大，其通帶放大倍數(shù)與一階電路相同，即最大放大倍數(shù)為運(yùn)放的最大放大倍數(shù)，不受其他限制，但其阻帶衰減數(shù)率為-40dB/十倍頻。電路的電壓放大倍數(shù)為通帶截止頻率為一、有源低通濾波器

二階有源低通濾波器電路與幅頻特性仿真波形二階有源低通濾波器電路幅頻特性仿真波形一、有源低通濾波器3.二階有源壓控低通濾波器將第一階RC的電容不直接接地，而是接在運(yùn)放的輸出端，通過(guò)引入反饋以改善截止頻率附近的幅頻特性。因電路引入正反饋后使電壓放大倍數(shù)在一定程度上受輸出電壓控制，且輸出電壓近似為恒壓源，所以該電路也稱壓控電壓源二階低通濾波器。電路結(jié)構(gòu)如圖。當(dāng)R=R1=R2,C=C1=C2時(shí)，稱f0=1/2πRC為電路的特征頻率。通過(guò)調(diào)試電路相關(guān)參數(shù)，使其帶通截止頻率與一階低通濾波器相同。當(dāng)信號(hào)頻率趨于零時(shí)，由于電容C1的電抗趨于無(wú)窮大，因而正反饋很弱；當(dāng)信號(hào)頻率趨于無(wú)窮大時(shí)，由于C2的電抗趨于零，此時(shí)運(yùn)放同相端的電位趨于零。

當(dāng)信號(hào)頻率為零時(shí)，集成運(yùn)放的同相輸入端電位與輸入信號(hào)信號(hào)相

等，因此電路的通帶放大倍數(shù)、特征頻率與一階低通濾波器相同有源低通濾波器01有源高通濾波器02有源帶通濾波器03有源帶阻濾波器04全通型濾波器05二、有源高通濾波器1.一階有源高通濾波器由RC與集成電路組成的一階無(wú)源高通濾波器電與幅頻特性路如左圖所示，高通濾波器從電阻兩端取輸出電壓。一階有源高通濾波器二階有源高通濾波器一階有源HPF的幅頻特性二階有源HPF的幅頻特性2.二階有源高通濾波器在輸入路徑中使用額外的RC網(wǎng)絡(luò)，即可將一階高通有源濾波器轉(zhuǎn)換為二階高通濾波器對(duì)一階有源高通濾波器：二階高通濾波器的頻率響應(yīng)與一階類型的相同，只是阻帶滾降將是一階濾波器的兩倍，頻率為

40dB/十倍頻程。二、有源高通濾波器3.二階有源壓控高通濾波器實(shí)用的二階有源高通濾波器電路如圖所示。同樣的分析可得二階有源壓控高通濾波器二、有源高通濾波器

一階有源高通濾波器電路與幅頻特性仿真波形一階有源高通濾波器電路幅頻特性仿真波形二階有源高通濾波器電路幅頻特性仿真波形有源低通濾波器01有源高通濾波器02有源帶通濾波器03有源帶阻濾波器04全通型濾波器05三、有源帶通濾波器1.有源帶通濾波器組成若將有源低通濾波器與有源高通濾波器串聯(lián)在一起，并且使有源低通濾波器的通帶截止頻率fH大于有源高通濾波器的通帶截止頻率fL，則頻率在fL<f<fH范圍內(nèi)的信號(hào)就可以通過(guò)，其余頻率的信號(hào)不能通過(guò)，這樣就構(gòu)成了帶通濾波器。實(shí)用的壓控電壓源帶通濾波器電路。電路中，R1、C1組成低通濾波器，R2、C2組成高通濾波器，R3引入正反饋，實(shí)現(xiàn)輸出電壓（電壓源）對(duì)電壓放大倍數(shù)的控制。2.實(shí)用有源帶通濾波器通常選取C1=C2=C,R1=R，R2=2R有源低通濾波器01有源高通濾波器02有源帶通濾波器03有源帶阻濾波器04全通型濾波器05四、有源帶阻濾波器1.有源帶阻濾波器組成帶阻濾波器可以由低通濾波器與高通濾波器并聯(lián)組合得到。2.有源帶阻濾波器原理電路由RC組成的雙T型網(wǎng)絡(luò)與集成運(yùn)算放大器組成。其中，R1、R2和電容C1組成的T型網(wǎng)絡(luò)為低通濾波器，C2、C3與R3組成的T型網(wǎng)絡(luò)為高通濾波器；并將電阻R3接在集成運(yùn)算放大器的輸出端引入正反饋，以提高通帶截止頻率處的電壓放大倍數(shù)，減小阻帶寬度，提高電路的選擇性。通常選取C2=C3=C，C1=2C，R1=R2=R，R3=R/2。當(dāng)信號(hào)頻率趨于零活無(wú)窮大時(shí)，集成運(yùn)放的同相輸入端電位，故通帶電壓放大倍數(shù)就是集成運(yùn)放電路的比例系數(shù)，有源低通濾波器01有源高通濾波器02有源帶通濾波器03有源帶阻濾波器04全通型濾波器05五、全通型濾波器1.全通濾波器的定義從零到無(wú)窮大頻率的信號(hào)都可以通過(guò)，即只有通帶而沒(méi)有阻帶。理想全通濾波器的幅頻特性為一條與橫坐標(biāo)平行的直線。全通濾波器雖然在全頻帶范圍內(nèi)沒(méi)有衰減，但信號(hào)通過(guò)濾波器后存在有相移特性。在工業(yè)界全部濾波器得到廣泛的應(yīng)用，例如數(shù)字通信領(lǐng)域中的延時(shí)均衡器。由于全通濾波器的輸出信號(hào)只在相位上有變化，因此有時(shí)也被稱為時(shí)延濾波器。（a）一階滯后全通濾波器

（b）一階超前全通濾波器五、全通型濾波器2.全通濾波器的原理對(duì)一階滯后全通濾波器，其通帶電壓放大倍數(shù)為1，特征頻率為1/2πRC，輸出信號(hào)相位滯后輸入信號(hào)相位變化范圍為0°~180°，具體可表示為

=-2arctanf/f0。由于全通濾波器的中心頻率在最大相移的一半處，對(duì)一階滯后全通濾波器來(lái)說(shuō)，中心頻率在相移為-90°的頻率處。對(duì)一階超前全通濾波器，其通帶電壓放大倍數(shù)為1，特征頻率為1/2πRC，輸出信號(hào)相位超前輸入信號(hào)相位變化范圍為180°~0°，具體可表示為

=2arctanf/f0。二階全通濾波器用兩節(jié)RC與基本運(yùn)放電路則可以構(gòu)成二階