任務(wù)一

濾波電路模擬電子技術(shù)1.有源濾波電路概述

有源濾波電路

濾波器主要用來濾除信號中無用的頻率成分，例如，有一個較低頻率的信號，其中包含一些較高頻率成分的干擾。人也要有一個濾波器，濾除掉沒用的信息，會辨別信息有源濾波電路概述濾波器：有用頻率信號通過，無用頻率信號被抑制的電路。其實就是一種選頻電路1.分類按所處理信號分模擬濾波器數(shù)字濾波器按構(gòu)成器件分無源濾波器有源濾波器按頻率特性分低通濾波器高通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器按傳遞函數(shù)分一階濾波器二階濾波器

:n

階濾波器由無源元件R、L、C

構(gòu)成的濾波電路。由有源器件

+R、C

構(gòu)成。體積小、增益高，帶負載能力強2.各種濾波器理想的幅頻特性：理想狀態(tài)：通帶范圍內(nèi)信號無衰減地通過；阻帶范圍內(nèi)無信號輸出通帶與阻帶之間的過渡帶為零。

fH為上限截止頻率；fL下限截止頻率有源濾波電路概述3.無源濾波器1）.RC高通電路RC2).RC低通電路RC

f越高，得到的輸出電壓越大

f越低，得到的輸出電壓越大無源濾波器—由無源元件R、L、C

構(gòu)成的濾波電路。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單。缺點：1)由于R及C上有信號壓降，使輸出信號幅值下降；

2)帶負載能力差，當(dāng)RL變化時，輸出信號的幅值將隨之改變，濾波特性也隨之變化；

3)過渡帶較寬，幅頻特性不理想。有源濾波電路概述優(yōu)點：體積小、重量輕、能放大、帶載能力強。缺點：受集成運放上限頻率限制，一般使用頻率在幾kHz以下。高于幾kHz采用LC帶通濾波器，陶瓷濾波器、石英晶體濾波器、聲表面波濾波器等。4.有源濾波器無源濾波器—由無源元件R、L、C構(gòu)成的濾波電路。有源濾波器—由有源器件+

R、C構(gòu)成。有源濾波電路概述5.分析方法①推導(dǎo)傳遞函數(shù)，確定濾波電路的階數(shù)。

通過“拉氏變換”，將電壓或電流變換成“象函數(shù)”U(s)、I(s)。再根據(jù)理想運放“虛斷”和“虛短”的特點列出方程，導(dǎo)出傳遞函數(shù)。并由傳遞函數(shù)分母中拉氏算子“s”的最高指數(shù)確定濾波器的“階數(shù)”。一般階數(shù)越高，幅頻特性曲線越接近理想形狀。②確定通帶截止頻率，畫出濾波電路的幅頻特性曲線。

將s=jω代入傳遞函數(shù)中，得到頻率特性方程，進而解出濾波電路的通帶截止頻率，畫出濾波電路的幅頻特性曲線。一階濾波電路過渡帶的變化速率為±20dB/dec。二階濾波電路過渡帶的變化速率為±40dB/dec。有源濾波電路概述模擬電子技術(shù)2.低通有源濾波電路內(nèi)容提要一、

一階低通有源濾波電路LPF(LowPassFilter)二、

二階低通有源濾波電路LPF(LowPassFilter)一、

一階低通有源濾波電路LPF(LowPassFilter)

低通有源濾波電路1.傳遞函數(shù)：令A(yù)up為通帶電壓放大倍數(shù)（即f=0時的增益）：則一階有源低通濾波電路傳遞函數(shù)為：s指數(shù)為1，故稱為一階有源低通濾波一、

一階低通有源濾波電路LPF(LowPassFilter)

有源濾波電路2.對數(shù)幅頻特性曲線：可用j

取代s，令特征頻率：當(dāng)f=f0

時，當(dāng)f<<f0

時，當(dāng)f>>f0

時，fH=f0

此時，衰減斜率為-20dB/dec。如果想得到更好的濾波效果，使

f>f0時，衰減更快，可將兩節(jié)RC串聯(lián)起來，形成二階低通有源濾波電路0.11100f/f0·-3–20-20dB/十倍頻二、

二階低通有源濾波電路LPF(LowPassFilter)

有源濾波電路1.傳遞函數(shù)：s指數(shù)為2，故稱為二階有源低通濾波二、

二階低通有源濾波電路LPF(LowPassFilter)

有源濾波電路j

取代s當(dāng)f=f0

時，當(dāng)f<<f0

時，當(dāng)f>>f0

時，2.對數(shù)幅頻特性曲線：當(dāng)式中分母為時，可得fH

≈0.37f0

此時，衰減斜率為-40dB/dec。

有源濾波電路二、

二階低通有源濾波電路LPF(LowPassFilter)

特點：二階低通濾波電路在f>>fo時的衰減斜率比一階低通理想得多。但不足的是在f=fo處，放大倍數(shù)已急劇下降，對應(yīng)為-9.5dB。

解決方法：合理引入正反饋，構(gòu)成壓控電壓源二階低通濾波電路，使fH

≈f0f

放大倍數(shù)提高2.對數(shù)幅頻特性曲線：引入正反饋的二階低通濾波電路無正反饋的二二階低通濾波電路

有源濾波電路二、

二階低通有源濾波電路LPF(LowPassFilter)3.壓控電壓源二階低通有源濾波電路引入正反饋，提高fH

≈f0

處放大倍數(shù)。電路仍保證負反饋為主，運放工作在線性區(qū)

f→0時，正反饋C斷路，正反饋斷開，放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù)。

f→∞，C2短路，正反饋不起作用，放大倍數(shù)→0。

有源濾波電路二、

二階低通有源濾波電路LPF(LowPassFilter)3.壓控電壓源二階低通有源濾波電路j

取代s

有源濾波電路二、

二階低通有源濾波電路LPF(LowPassFilter)3.壓控電壓源二階低通有源濾波電路當(dāng)f=f0

時，當(dāng)f<<f0

時，當(dāng)f>>f0

時，衰減斜率為-40dB/dec。取不同Q值，可使幅頻特性曲線接近理想形狀任務(wù)二

頻率特性模擬電子技術(shù)1.頻率特性的基本概念放大電路的頻率特性一、頻率特性的基本概念二

、單級放大電路頻率特性分xi三、對數(shù)頻率響應(yīng)——波特圖Au(f)—

幅頻特性

(f)—相頻特性1.頻率響應(yīng)——放大電路對不同頻率的正弦信號的放大效果放大器的電壓放大倍數(shù)及輸入與輸出相位差和頻率的關(guān)系放大電路的頻率特性一、頻率特性的基本概念二

、單級放大電路頻率特性分析+VCCRcC1C2RL+Rb+us

+uo

+RSCbcCbe1.中頻區(qū)可視Cbe、Cbc開路，C1、C2短路。中頻區(qū)Ausm和

不受影響。2.低頻區(qū)容抗變大可視Cbe、Cbc開路；C1、C2與輸入電阻、負載串聯(lián)并對信號分壓，形成高通電路，使Au減小、

超前。放大電路的頻率特性具體問題具體分析二

、單級放大電路頻率特性分析+VCCRcC1C2RL+Rb+us

+uo

+RSCbcCbe放大電路的頻率特性3.高頻區(qū)容抗變小C1、C2短路，Cbe、Cbc分流作用隨頻率升高顯著，形成低通電路，使Au減小、

滯后。具體問題具體分析0.707Aumf

L

—下限截止頻率

電壓放大倍數(shù)Au下降到中頻放大倍數(shù)Aum的0.707倍時所對應(yīng)的低頻頻率點。f

H

—上限截止頻率

電壓放大倍數(shù)Au下降到中頻放大倍數(shù)Aum的0.707倍時所對應(yīng)的高頻頻率點。2.通頻帶頻帶寬度(帶寬)BW(BandWidth)BW=f

H

-

f

L

f

BW放大電路的頻率特性注意：設(shè)計電路時要考慮信號的頻率范圍。如果電路頻帶不夠?qū)挘瑢a(chǎn)生頻率失真，由于是線性電抗元件引起，故稱為線性失真。放大電路的頻率特性三、對數(shù)頻率響應(yīng)——波特圖(H.W.Bode提出)

橫坐標(biāo)的取法：用對數(shù)刻度，十倍頻程（記為dec）例如從1~10Hz，從10~100Hz等?？v坐標(biāo)的取法：幅頻特性采用對數(shù)刻度，記作“20lgAu”，單位為分貝；對于相頻特性仍用“度”（o）表示。模擬電子技術(shù)2.頻率特性的基本概念RC高通電路的頻率特性RC低通電路的頻率特性一階RC電路的頻率特性一、RC高通電路的頻率特性

RC一階RC電路的頻率特性一、RC高通電路的頻率特性

RC高通電路幅值和相角數(shù)據(jù)

RC高通電路波特圖

特點：幅頻特性最大誤差在fL處，誤差值-3dB相頻特性最大誤差在0.1fL和10fL處，誤差值

5.71o≈90