《有源滤波器》课件

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1、第九章信号处理与信号产生电路9.1滤波电路的基本概念与分类9.2有源低通滤波器(LPF)9.3有源高通滤波器(HPF)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R、C等无源元件而构成的。通常有源滤波器分为：低通滤波器（LPF）高通滤波器（HPF）带通滤波器（BPF）带阻滤波器（BEF）它们的幅度频率特性曲线如图所示。9.1.1滤波器的分类图9.01理想有源滤波器的频率响应滤波器也可以由无源的电抗性元件或晶体构成，称为无源滤波器或晶体滤波器。我们学过无源滤波器（即仅由R、

2、L、C等元件组成而无放大器的滤波器）我们还可以用低通和高通滤波器串联构成低频带通、带阻滤波器9.1.2滤波器的用途滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，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。滤波过程如图所示。图9.02滤波过程9.1.3滤波器的通式理想滤波器实际一阶滤波器理想滤波器的传递函数：n的阶次即滤波器的阶次，阶次越高，越逼近理想(见P.420,424)。分子分母都可以分解为若干个二次多项式（和一个一次多项式，n为奇数）之积的形式。所以，只要会设计一阶、二阶滤波器，串联起来就是

3、多阶滤波器。二阶滤波器通式其中Q为品质因数；α=1/Q称为阻尼系数；ωn为特征角频率，对于带通和带阻滤波器是中心频率；当时对于低通滤波器是高频截止频率ωH，对于高通滤波器是低频截止频率ωL，Avp是通带增益。对于实际频率来说S=jω。对于低通、高通，其通式很容易理解。对于带通和带阻：按滤波性能分类，滤波器又可分为：滤波器的电路形式：压控电压源型、无限增益多路反馈型、双二次型在实际应用中滤波器的问题分为“分析”与“设计”分析时，根据电路求出传递函数，归纳为“通式”的形式。与标准“通式”对比，便可知是哪种滤波

4、器（低通？…?)；通带增益是多少；特征频率是多少；是哪种性能（巴特沃思？…?)设计时，先选中滤波器电路形式（无限增益多路反馈型？…?)，再选电容器参数，然后根据题目要求的参数，依其公式便可设计出其它电路参数。Q对传输特性的影响见P.419本节参考书：李永敏编《检测仪器电子电路》西北工业大学出版社（1）二阶压控LPF二阶压控型低通有源滤波器如图9.08所示。图9.08二阶压控型LPF9.3.1三种低通滤波器分析二阶压控型LPF的传递函数频率响应由传递函数可以写出频率响应的表达式当时，可以化简为品质因数Q值为时

5、的电压放大倍数的模与通带增益之比以上两式表明，当时，Q>1，在处的电压增益将大于，幅频特性在处将抬高，具体见图。(2)二阶无限增益多路反馈型低通滤波器二阶无限增益多路反馈型LPF如图9.11所示图9.11无限增益多路反馈型LPF由图9.11可知传递函数为频率响应为对于节点N,可以列出下列方程图9.11多路反馈反相型二阶LPF(3)二阶双二次型低通有源滤波器滤波器设计：1、电容的选取2、由取R3=R4=R则可由设计要求的fn选取C，并求得R；再由设计要求的Avp求得R1；由设计要求的Q求得R2。由上面的公式可

6、以看出，调整C，可以单独调整fn，对Avp和Q无引响；调整R1可以单独调整Avp；调整R2可以单独调整Q。这是双二次型滤波器的优点。fc(Hz)1~1010~102102~103103~104104~105105~106C20~1μF1~0.1μF0.1~0.01μF104~103pF103~102pF102~10pF作业：证明如图所示电路为带通滤波器。设计这个滤波器，使其中心频率为1KHz，通频带宽度为100Hz，通带内放大倍数为10。要求计算出各个电阻与电容参数。图中运放选用μA741是否可行?为什么?

7、关于Q与通频带宽度的关系：如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振。为此振荡电路要有一个稳幅电路。由放大电路和正反馈组成9.5正弦波振荡电路的振荡条件10/7/2021为了获得单一频率的正弦波输出应该有选频网络正弦波发生电路的组成要素：放大电路正反馈网络选频网络稳幅电路振荡条件幅度平衡条件相位平衡条件AF=A+F=2n动画9-1(a)负反馈放大电路(b)正反馈振荡电路图9.01振荡器的方框图称为起振条件起振增

8、幅振荡非线性特性限制幅度的增加产生失真选频网络选出失真波形的基波分量正弦波输出。10/7/2021也可以在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益，从而达到稳幅的目的。10/7/2021图9.02(a)RC串并联网络9.6RC正弦波振荡电路1)122Cw1RCR1j()1(2121CRCRw-+++=R/j+)Cj/1(2122221112RCCRCRRRww+++=)j1]()Cj/1([22211