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1、有 源 滤 波 电路滤波器是一种能使有用信号通过，滤除信号中无 用频率，即抑制无用信号的电子装置。滤波器的用途滤波器的用途例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高 频率成分的干扰。有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的 放大器。它是在运算放大器的基础上增加一些放大器。它是在运算放大器的基础上增加一些R、 C等无源元件而构成的。等无源元件而构成的。低通滤波器（低通滤波器（LPF）高通滤波器（高通滤波器（HPF）带通滤波器（带通滤波器（BPF）带阻滤波器（带阻滤波器（BEF）有源滤波电路的分类有源滤波电路的分类低通滤波器的主要技术指标（1）通带增益Av
2、p通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大 倍数，性能良好的倍数，性能良好的LPF通带内的幅频特性曲线是通带内的幅频特性曲线是 平坦的，阻带内的电压放大倍数基本为零。平坦的，阻带内的电压放大倍数基本为零。（2）通带截止频率fp其定义与放大电路的上限截止频率相同。其定义与放大电路的上限截止频率相同。 通带与阻带之间称为过渡带，过渡带越窄，说通带与阻带之间称为过渡带，过渡带越窄，说 明滤波器的选择性越好。明滤波器的选择性越好。一阶有源滤波器电路特点是电路简单，阻 带衰减太慢，选择性较差。101RRAAf VFRCVVAVj11io RC+-io.VVRC低通 电
3、压放大倍数 (传递函数)为SRC11iVSRCV11 0)(11)(sVSRCsViPSRCAsVsVsAVF i11 )()()(0nSA 10称特征频率，)/(1 RCn2.传递函数传递函数当 f = 0时，电容视为开路，通 带内的增益为1.1.通带增益通带增益3.幅频响应幅频响应一阶LPF的幅频特性曲线 )(1)()()(00nijA jVjVjA niSA sVsVsA 1)()()(00200)(1)()()(niA jVjVjA 简单二阶低通有源滤波器为了使输出电压在高频段以更快的速率下降，以改善滤波效果，再加一节RC低通滤波环节，称为二阶有源滤波电路。它比一阶低通滤波器的滤波效果
4、更好。二阶LPF二阶LPF的幅频特性曲线（1 1）通带增益）通带增益当当 f = 0, 或频率很低时，各或频率很低时，各 电容视为开路，通带内的增电容视为开路，通带内的增 益为益为1f p1RRAv（2 2）传递函数）传递函数RsCsVsVsVAsVv2N)()(po11)()()()( )( )1(1)1(1i2121 NsVsCRsCRsCRsCsV 通常有C1=C2=C，联立求解以上三式，可得 滤波器的传递函数 2pIO 31sCRsCRAsVsVsAv v(3)(3)通带截止频率通带截止频率将s换成 j，令,可得020pj3)(1ff ffAAv v 2j3)(10p20pffff解得
5、截止频率解得截止频率RCfff237. 037. 02753 00p当当 时，上式分母的模时，上式分母的模pff 与理想的二阶波特图相比，在超过与理想的二阶波特图相比，在超过 以后，以后， 幅频特性以幅频特性以- -40 dB/dec的速率下降，比一阶的的速率下降，比一阶的 下降快。但在通带截止频率下降快。但在通带截止频率 之间幅频之间幅频 特性下降的还不够快。特性下降的还不够快。0f0pff RCf/1200二阶压控型低通有源滤波器中的一个电容器C1原来是接 地的，现在改接到输出端。显然C1的改接不影响通带增益。二阶压控型二阶压控型LPF二阶压控型低通滤波器二阶压控型低通滤波器二阶压控型二阶
6、压控型LPF的幅频特性的幅频特性2.2.二阶压控型二阶压控型LPFLPF的传递函数的传递函数sCRsVsVsVAsVv11)()()()(N)()(po上式表明，该滤波器的通带增益应小于上式表明，该滤波器的通带增益应小于3 3，才，才 能保障电路稳定工作。能保障电路稳定工作。0)()()()()()(+)N oNNi RsVsVsCsVsVRsVsVN节点的电流节点的电流方程：方程： 2ppio )3(1sCRsCRAAsVsVsAvv v联立求解以上三式，可得联立求解以上三式，可得LPF的传递函数的传递函数3.频率响应频率响应由传递函数可以写出频率响应的表达式由传递函数可以写出频率响应的表达
7、式0p20p)-j(3)(1ffAffAAvv v 当当 时，上式可以化简为时，上式可以化简为)j(3pp )(-0 vv ffvAAA0ff 定义有源滤波器的品质因数定义有源滤波器的品质因数Q值为值为 时的时的 电压放大倍数的模与通带增益之比电压放大倍数的模与通带增益之比 0ff p-31vAQ p)0(vffvQAA以上两式表明，当 时，Q1，在 处的电压增益将大于 ，幅频特性在 处将抬高。32pvA0ff pvA0ff p p) 0(31 vv vQAAAQffpvA 当 3时，Q =，有源滤波器自激。由于将 接到输出端，等于在高频端给LPF加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高
8、，甚至可能引起自激。1C二阶反相型低通有源滤波器二阶反相型LPF是在反相比例积分器的输入端再 加一节RC低通电路而构成。反相型二阶LFP改进型反馈反相二阶LFP由图)(1)(N 22osVRsCsV传递函数为 f2212f21f221f)111(1/RRCCsRRRRRsCRRsAv 频率响应为0)()()()()()(foN2N 1N 1Ni RsVsV RsVsCsVRsVsVN节点的电流方程以上各式中1f pRRAvf221021 RRCCf 2f21 f21)(CRRCRRRQ二阶压控型HPF有源高通滤波器由此绘出的频率响应特性曲线 (1)通带增益1f p+1=RRAv(2)传递函数2
9、 pp2)()3(1)(=)(sCRsCRAAsCRsAvv v(3)频率响应令则可得出频响表达式,31 21p0 vAQCRf，)(1j)(1020pff QffAAv v 结论：当 时，幅频特性曲线的斜率 为+40 dB/dec； 当 3时，电路自激。0ff pvA二阶压控型HPF 频率响应有源带通滤波器(BPF)和带阻滤波器(BEF)二阶压控型BPF二阶压控型BEF带通滤波器是由低通RC环节和高通RC环节组合而成的。要将 高通的下限截止频率设置的小于低通的上限截止频率。反之则为 带阻滤波器。要想获得好的滤波特性，一般需要较高的阶数。滤波器的设计 计算十分麻烦，需要时可借助于工程计算曲线和
10、有关计算机辅助 设计软件。有源带通滤波器(BPF)和带阻滤波器(BEF)解：根据f 0 ，选取C再求R。 1. C的容量不易超过 。因大容量的电容器体积大，价格高，应尽量避免使用。取F1, F1 . 0C,M1k1RHz400101 . 021 2160RRCf计算出 ，取3979Rk9 . 3R例1:要求二阶压控型LPF的 Q值为0.7， 试求电路中的电阻、电容值。Hz,4000f2根据值求 和 ，因为 时 ， ，根据 与 、 的关系，集成运放两输 入端外接电阻的对称条件1RfR0ff 7 . 031PvAQ57. 1PvAPvA1RfR57. 11P 1fvARR2/f1RRRRRk9 . 3,14. 3,51. 5f1RRRRR解得：k2 .12k9 . 314. 314. 3k5 .21k9 . 351. 551. 5f1 RRRR实验八实验八 运算放大器在信号方面的应用运算放大器在信号方面的应用调零电路调零电路 调整RW使输出为零。1.反相比例放大器反相比例放大器测量u0=？，计算Auf = u0/ui 。ui2.同相比例放大器同相比例放大器ui测量u0=？，计算Auf = u0/ui 。3.跟随器跟随器ui测量u0 =？，计算Auf = u0/ui 。4.微分电路微分电路观察 u0 的输出波形。ui
