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1、-三、无源滤波电路和有源滤波电路三、无源滤波电路和有源滤波电路无源滤波电路:若滤波电路仅由无源元件(电阻、电容、电感)组成。有源滤波电路:若滤波电路不仅由无源元件,还由有源元件(双极型管、单极型管、集成运放)组成。1 无源低通滤波器如图所示为 RC 低通滤波器及其幅频特性, 当信号频率趋于零时,电容的容抗趋于无穷大,故低频信号顺利通过。带负载后,通带放大倍数的数值减小,通带截止频率升高。可见,无源滤波电路的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化,这一缺点不符合信号处理的要求,因而产生有源滤波器。2.有源滤波电路为了使负载不影响滤波特性, 可在无源滤波电路和负载之间加一个高输入电阻低输出电阻的隔
2、离电路, 最简单的方法是加一个电压跟随器,如右图所示, 这样就构成了有源滤波电路。在理想运放的条件下,由于电压跟随器的输入电阻为无穷大,输出电阻为零,因而仅决定于 RC 的取值。输出电压=,负载变化,输出不变。有源滤波必须在合适的直流电源供电的情况下才能起作用,还可以放大,只适合于信号处理,不适合高电压大电流的负载。R R低通滤波器的响应特性低通滤波器的响应特性-曲电阻(R)和电容(C)构成的 RC 电路是电子电路中使用最多的电路。首先,研究简单的 RC 电路的特性,针对在 COS 数字电路中的应用进行实验。图 1 是各使用一个电阻、一个电容的 R电路。这种电路从频率轴来看,可作为 1 次低通
3、滤波器处理。所谓低通滤波器是指低频率时通过、高频率时截止,能除去噪声等不需要的高频率的滤波器。图 1RC 电路的频率一增益相位特性使用比C 常数所决定的频率 f, (称截止频率)低的输人频率时,信号的衰减小;相反地,高频时,因电容 C 的阻抗(IoC)与电阻相比变小,故衰减将变大,并与频率成反比。一般将低通滤波器上增益为3dB()处的频率称为截止频率,表示为:超过截止频率 fc 的高频域的衰减特性,是以-GB/oct(频率为 2 倍时衰减 6dB)或0/c(频率为 10 倍时衰减 20dB,变为/10)特性的倾率使增益下降。另外,输入输出间的相位特性也与输人频率 f 有关。随着频率的上升,相位
4、延迟角 变大,在截止频率 fc 处,变为如下关系:高频处可接近-。图 1 是为研究 R10k、C=1000pF(fc=15.2kH)的增益本目位特性,用增益相位分析器测定出来的结果。照片上夂处放入的标识点()与理论值不同,增益为-.49 dB (正确值 0 d)、 相位为-46 8(正确值-45),这是因为分析器的输入阻抗及 R的值存在误差的原因。-图 1 R电路实际的频率-增益相位特性(表示截止频率)(F=100H1Mz,dB/div,2/div,R=10k,=1000pF)从时间轴来看的 RC 滤波器电路如图 2 所示, 阶跃响应特性的滤波器电路被广泛地使用。因其通过电阻对电容进行充放电,故也称为 R充放电电路。这种电路对应阶跃输人的响应用下式表示:输出电压 Vo 随着时间上升,但并不是直线上升。到达某输出电压 Vo 时所需要的时间可由推导出:一般地,时间常数 T(=RC)是到达输人电压 V1,的.2时的时间。-图 C 电路阶跃响应特性(R称为时间常数)图片是 R=10k、l00pF、V15V)时的阶跃响应,在 Vo=V 处放入光标。这里的=3V 表示后述的S-MOS 逻辑电路(4HC14A)的高电平阈值,TRC=1010()10010(12)1S为最接近的时间点。-