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1、信号运算与信号运算与滤滤波波Qchsh28.3 有源有源滤波波电路路滤波波器器：是是一一种种能能使使有有用用频率率信信号号通通过而而同同时抑抑制制或或衰衰减无用减无用频率信号的率信号的电子装置。子装置。8.3.1 滤波波电路基路基础知知识1. 滤波器的种波器的种类按幅按幅频特性（即工作信号的特性（即工作信号的频率范率范围），分），分为四大四大类:低通低通滤波器（波器（LPF：Low Pass Filter）高通高通滤波器（波器（HPF：High Pass Filter）带通通滤波器（波器（BPF：Band Pass Filter）带阻阻滤波器（波器（BEF：Band Elimination F
2、ilter） 滤波波电路路的的功功能能: 使使指指定定频段段的的信信号号顺利利通通过，其其它它频率率的信号被衰减。的信号被衰减。南京信息工程大学信息与控制学院南京信息工程大学信息与控制学院_钱钱承山承山3低低通通滤波波器器（LPF）：用用于于工工作作信信号号为低低频（或或直直流流），并并且且需需要要削削弱弱高高次次谐波波或或频率率较高的干高的干扰和噪声等和噪声等场合合整流后整流后滤波。波。 高高通通滤波波器器（HPF） ：用用于于信信号号处于于高高频，并并且且需需要要削削弱弱低低频的的场合合阻阻容容放放大大器器的的耦耦合。合。 带通通滤波波器器（BPF） ：用用于于突突出出有有用用频段段的的信
3、信号号，削削弱弱其其它它频段段的的信信号号或或干干扰和和噪噪声声载波通信。波通信。 带阻阻滤波器（波器（BEF） ：用于抑制干：用于抑制干扰。 通通阻阻通通Au阻阻通通Au通通阻阻Au阻阻阻阻 通通Au理想理想滤波器的幅波器的幅频特性特性:允允许通通过信号的信号的频段段时为通通带；将信号衰减到零的；将信号衰减到零的频段称段称为阻阻带。南京信息工程大学信息与控制学院南京信息工程大学信息与控制学院_钱钱承山承山4实际上任何上任何滤波器在通波器在通带和阻和阻带之之间有着有着过渡渡带，如，如图所示所示为低通低通滤波器的波器的实际幅幅频特性。特性。其通其通带中中输出出电压与与输入入电压之比之比 称称为通
4、通带放大倍数。放大倍数。幅幅频特性中使放大倍数下降到特性中使放大倍数下降到0.707倍通倍通带放大倍数的放大倍数的频率率称称为通通带截止截止频率率fp。南京信息工程大学信息与控制学院南京信息工程大学信息与控制学院_钱钱承山承山5若若滤波波电路路仅由无源元件（由无源元件（电阻、阻、电容、容、电感）感）组成，成，则称称为无源无源滤波波电路；路；若若滤波波电路不路不仅由无源元件由无源元件还有有源元件（三极管、集成有有源元件（三极管、集成运放）运放）组成，成，则称称为有源有源滤波。波。按按滤波波电路的元件路的元件组成分成分为无源无源滤波和有源波和有源滤波：波：2. 无源无源滤波器波器无源无源滤波波电路
5、即路即由无源元件由无源元件R、L、C组成的成的滤波波电路，例如路，例如 下下图所示的低通所示的低通滤波器：波器：南京信息工程大学信息与控制学院南京信息工程大学信息与控制学院_钱钱承山承山6空空载时带负载时 负载变化，通化，通带放大倍数和截止放大倍数和截止频率均率均变化，化，带负载能力差。能力差。带负载时：空空载时:南京信息工程大学信息与控制学院南京信息工程大学信息与控制学院_钱钱承山承山7无源无源滤波波电路的路的滤波参数随波参数随负载变化；有源化；有源滤波波电路路的的滤波参数不随波参数不随负载变化，可放大。化，可放大。无源无源滤波波电路可用于高路可用于高电压大大电流，如直流流，如直流电源中的源
6、中的滤波波电路；有源路；有源滤波波电路是信号路是信号处理理电路，其路，其输出出电压和和电流的大小受有源元件自身参数和供流的大小受有源元件自身参数和供电电源的限制。源的限制。3.有源有源滤波波电路路 用用电压跟随跟随器隔离器隔离滤波波电路与路与负载电阻阻南京信息工程大学信息与控制学院南京信息工程大学信息与控制学院_钱钱承山承山88.3.2 低通低通滤波器（波器（LPF）频率率趋于于0时的放大的放大倍数倍数为通通带放大倍数放大倍数决定于决定于RC环节表明表明进入高入高频段段的下降速率的下降速率为20dB/十倍十倍频1.一一阶低通低通滤波器波器 求解求解传递函数函数时，只需将放大倍数中的，只需将放大
7、倍数中的 j用用 s 取代即可；取代即可； s 的方次称的方次称为阶数。数。经拉氏拉氏变换得得传递函数：函数：一一阶电路路南京信息工程大学信息与控制学院南京信息工程大学信息与控制学院_钱钱承山承山9幅幅频特性：特性： 为了使了使过渡渡带变窄，需窄，需采用多采用多阶滤波器，即增加波器，即增加RC环节。南京信息工程大学信息与控制学院南京信息工程大学信息与控制学院_钱钱承山承山102、常用、常用二二阶低通低通滤波器波器引入正反引入正反馈要求要求ff0时幅幅频特性按特性按40dB/十倍十倍频下降。下降。 f0时，C1断路，正反断路，正反馈断开，放大倍数断开，放大倍数为通通带放大放大倍数。倍数。 f ，
8、 C2短路，正反短路，正反馈不不起作用，放大倍数起作用，放大倍数0 。 对于不同于不同频率的信号正反率的信号正反馈的的强弱不同，因而有可能在弱不同，因而有可能在f = f 0时放大倍数等于或大于通放大倍数等于或大于通带放大倍数。放大倍数。C1=C2南京信息工程大学信息与控制学院南京信息工程大学信息与控制学院_钱钱承山承山11二二阶LPFLPF的分析的分析 列列P、M点的点的节点点电流方程，流方程，整理可得：整理可得：南京信息工程大学信息与控制学院南京信息工程大学信息与控制学院_钱钱承山承山12OOO 与与LPF有有对偶性，将偶性，将LPF的的电阻和阻和电容互容互换，就可得一，就可得一阶HPF、
9、简单二二阶HPF、压控控电压源二源二阶HPF电路。路。8.3.4 带通通滤波器（波器（BPF）8.3.5 带阻阻滤波器波器（BEF）8.3.3 高通高通滤波器（波器（HPF）南京信息工程大学信息与控制学院南京信息工程大学信息与控制学院_钱钱承山承山131. 反相反相输入低通入低通滤波器波器积分运算分运算电路的路的电压放大倍数放大倍数为加加R2后后 需有需有电阻构成的阻构成的负反反馈网网络来确定来确定通通带放大倍数。放大倍数。12lg20RR-8.3.6 状状态变量型量型滤波器波器南京信息工程大学信息与控制学院南京信息工程大学信息与控制学院_钱钱承山承山142. 状状态变量量滤波器的波器的组成成南京信息工程大学信息与控制学院南京信息工程大学信息与控制学院_钱钱承山承山15本章结束
