有源滤波器知识

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1、上页 下页返回 模拟电子技术基础 7.3.1 滤波器的基础知识 功能: 允许信号中某一部分频率的分量通过。 通带: 能够通过信号的频率范围。 阻带: 不能够通过信号的频率范围。 截止频率: 通带和阻带之间的分界频率。 7.3 有源滤波器 上页 下页返回 模拟电子技术基础 滤波器的分类 a. 根据处理的信号不同分为 b. 根据使用的滤波元件不同分为 数字滤波器 模拟滤波器 RC型 LC型 RLC型 上页 下页返回 模拟电子技术基础 c. 根据工作频率不同分为 低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器 全通滤波器 上页 下页返回 模拟电子技术基础 f A 0 理想滤波器的幅频特性 低 通 f

2、 A 0 通 带 高 通 带 阻 带 通 通 带 通 带 通 带 通 带 A f 0 f A 0 上页 下页返回 模拟电子技术基础 0 f A 0.707 实际低通滤波器的幅频特性 实际特性 理想特性 阻带 过渡带 通带 上页 下页返回 模拟电子技术基础 d. 根据滤波器的阶数分 一阶滤波器 二阶滤波器 高阶滤波器 e. 根据采用的元器件不同分 无源滤波器 有源滤波器 滤器的阶数越高,性能越好。 上页 下页返回 模拟电子技术基础 组成: 由电阻、电容、电感等无源器件组成。 体积和重量比较大,电感还会引起电磁干扰。 (a) 无源滤波器 电路简单 高频性能好 工作可靠 优点 通带信号有能量损耗 负

3、载效应比较明显缺点 C RRL 无源高通滤波器 上页 下页返回 模拟电子技术基础 (b) 有源滤波器 电路体积小、重量轻。 通带内的信号可以放大。 精度高、性能稳定、易于调试。 负载效应小。 组成:由电阻、电容和有源器件(如集成运放)组成。 优点 可以多级相连,用低阶来构成高阶滤波器。 上页 下页返回 模拟电子技术基础 通带范围小。 需要直流电源。 适用于低频、低压、小功率等场合。 缺点 上页 下页返回 模拟电子技术基础 1. 一阶低通有源滤波器 7.3.2 低通有源滤波器 (1) 电路组成 (2) 电路分析 a. 电路的传递函数 + _ + + 上页 下页返回 模拟电子技术基础 式中 Z1(

4、s) Z2(s) 故 + _ + + 上页 下页返回 模拟电子技术基础 令 滤波器的通带增益 + _ + + 上页 下页返回 模拟电子技术基础 b. 滤波器的频率特性 令 s=j,得滤波器的频率特性 上页 下页返回 模拟电子技术基础 式中 即 因电路的频率特性与f 的一次方有关 故称之为一阶RC有源滤波器 上页 下页返回 模拟电子技术基础 c. 滤波器的幅频特性 由得 d. 相频特性 上页 下页返回 模拟电子技术基础 讨论幅频和相频特性 (a) (b) (c) c、fc分别称为滤波器的截止角频率、截止频率。 滤波器具有低通的特性。 上页 下页返回 模拟电子技术基础 3dB 0 20lg|A(j

5、)|/dB 幅频特性曲线 20dB/十倍频 幅频特性曲线由 上页 下页返回 模拟电子技术基础 (3) 一阶滤波器特点 a. 电路简单。 b. 过渡带的衰减慢,衰减速率20dB /十倍频。 上页 下页返回 模拟电子技术基础 2. 二阶有源低通滤波器 (1) 电路组成 (2) 电路分析 a. 电路的传递函数 无限增益多路反馈型二 阶有源低通滤波器 12 + _ + _ . _ + 上页 下页返回 模拟电子技术基础 对节点1、2列节点电压方程 节点1 节点2 12 + _ + _ . _ + 上页 下页返回 模拟电子技术基础 由上两式得 其中 电路的品质因数 滤波器的特征角频率 上页 下页返回 模拟

6、电子技术基础 式中 为滤波器的通带增益 b. 滤波器的频率特性 令 s=j,得滤波器的频率特性 上页 下页返回 模拟电子技术基础 c. 滤波器的幅频特性 由得 d. 滤波器的相频特性 上页 下页返回 模拟电子技术基础 e. 幅频特性分析 当 n时, 电路具有低通滤波器特性 上页 下页返回 模拟电子技术基础 当=n时 由式知 或 上页 下页返回 模拟电子技术基础 幅频特性曲线 1 0 3 10 Q=10 5 2 1 0.707 0.5 40 上页 下页返回 模拟电子技术基础 这种滤波器称为切比雪夫(Chebyshev)型滤波器 a. 特性有峰值。 1 0 3 10 Q=10 5 2 1 0.70

7、7 0.5 40 当 时 b. Q值越大,尖峰 越高。 c. 当 时,电路 将产生自激振荡。 d. 过渡带衰减 速度较快。 上页 下页返回 模拟电子技术基础 c. Q值越小,幅频特性下降得越早。 a. 特性无峰值。 b. 通带有衰减。 当时 1 0 3 10 Q=10 5 2 1 0.707 0.5 40 上页 下页返回 模拟电子技术基础 c. 幅频特性最平坦 a. 无峰值 这种滤波器称为最大平坦或巴特沃斯(Butterworth )型滤波器。 当时 1 0 3 10 Q=10 5 2 1 0.707 0.5 40 b. 在n的频域 下降量最小 上页 下页返回 模拟电子技术基础 巴特沃斯(Bu

8、tterworth)型滤波器的幅频特性 当 此时的特征角频率n才是截止角频率c。 1 0 3 10 40 40dB/十倍频 上页 下页返回 模拟电子技术基础 1一阶高通有源滤波器 7.3.3 高通有源滤波器 (1) 低通与高通电路的对偶关系 C换成R R换成C 上页 下页返回 模拟电子技术基础 b. 电路分析 (2) 一阶高通滤波器 a. 电路组成 (a) 传递函数 Z1(s) Z2(s) + _ _ + _ 上页 下页返回 模拟电子技术基础 式中 通带增益 截止角频率 + _ _ + _ 上页 下页返回 模拟电子技术基础 滤波器的频率特性 令 (b) 频率特性 由得 滤波器的截止频率 上页

9、下页返回 模拟电子技术基础 (c) 滤波器的幅频特性 由得 幅频特性曲线 o 十倍频 上页 下页返回 模拟电子技术基础 2二阶高通有源滤波器 (1) 电路组成 (2) 电路分析 压控电压源型电路二 阶高通有源滤波器 + _ + _ + _ A 上页 下页返回 模拟电子技术基础 等效方框内的电路 等效电路 A0 3 2 + + + _ + _ + _ A 上页 下页返回 模拟电子技术基础 对节点3、2列节点 电压方程 节点3 节点2 a. 传递函数 A0 3 2 + + 上页 下页返回 模拟电子技术基础 由以上两式电路的传递函数为 其中 品质因数 通带增益 特征角频率 上页 下页返回 模拟电子技

10、术基础 b. 频率特性 令 由得 c. 幅频特性 上页 下页返回 模拟电子技术基础 幅频特性曲线 1 0 3 Q=10 5 2 1 0.707 0.5 上页 下页返回 模拟电子技术基础 7.3.4 带通和带阻有源滤波器 1 二阶带通有源滤波器 (1) 电路组成 (2) 电路分析 3 2 + _ _ + + A 上页 下页返回 模拟电子技术基础 等效方框内的电路 等效电路 3 2 + _ _ + + A 32 _ + A0 上页 下页返回 模拟电子技术基础 对节点3、2列节点电压方程 节点3 节点2 32 _ + A0 上页 下页返回 模拟电子技术基础 中心频率 通带增益 品质因数 a. 电路的

11、传递函数 上页 下页返回 模拟电子技术基础 得滤波器的频率特性 c. 频幅特性 b. 频率特性 将s=j 代入式 上页 下页返回 模拟电子技术基础 幅频特性分析 当 时,(a) 当 时,(b) 当 时, (c) 电路具有带通特性 称为中心角频率 上页 下页返回 模拟电子技术基础 知 在截止频率上满足 即 求解上式得 d. 通频带 由 上页 下页返回 模拟电子技术基础 故 滤波器的通频带宽 Q值越大,通频带越窄,滤波器 的选择性越强。 上页 下页返回 模拟电子技术基础 Q=10 5 2 1 0.5 0 20 40 /o 1 0.1 dB A jA / | )( | lg20 0 带通滤波器 的幅

12、频特性 上页 下页返回 模拟电子技术基础 2二阶带阻有源滤波器 (1) 电路组成 C 2C R 3 2 R C R/2 4 + _ + _ + _ 双T选频网络 上页 下页返回 模拟电子技术基础 列节点电压方程 节点2 (2) 电路分析 a. 传递函数 节点3 C 2C R 3 2 R C R/2 4 + _ + _ + _ 上页 下页返回 模拟电子技术基础 节点4 式中 C 2C R 3 2 R C R/2 4 + _ + _ + _ 上页 下页返回 模拟电子技术基础 其中: 故 传递函数 上页 下页返回 模拟电子技术基础 得滤波器的频率特性 将s=j 代入式 b. 频率特性 上页 下页返回 模拟电子技术基础 c. 滤波器的幅频特性 幅频特性分析 当 时,(a) 当 时,(b) 当 时, (c) 电路具有带阻特性 为中心角频率 上页 下页返回 模拟电子技术基础 故 滤波器的阻带宽为 上页 下页返回 模拟电子技术基础 带通滤波器 幅频特性 110 0 0.1 -50 Q小 Q大

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