1、1,第二十四讲 有源滤波电路,一、概述,二、低通滤波器,三、高通、带通、带阻滤波器,四、状态变量型滤波器,2,1.滤波电路的功能使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。,2.滤波电路的种类:按工作f ：LPF、HPF、BPF、BEF、APF按电路组成：无源滤波器、有源滤波器,低通滤波器（LPF）,f0：Aup通带放大倍数,通带截止频率,理想幅频特性 无过渡带,7.3.1 基础知识,下降速率,用幅频特性描述滤波特性，要研究Aup、Au ( fP、下降速率)。,7.3 有源滤波电路,3,(a)高通滤波器（HPF）,(b)带通滤波器（BPF）,(c)带阻滤波器（BEF）,(d)全通滤波器（A
2、PF）,理想滤波器的幅频特性,阻容耦合,通信电路,抗已知频率的干扰,f-转换,4,空载时,带负载时,3.无源和有源滤波电路,|Aup|1；负载能力差，RLAup、fp,(通带放大倍数),截止 频率,5,无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电路的滤波参数不随负载变化，可放大，不能输出高电压大电流。,有源滤波电路,用电压跟随器隔离滤波电路与负载电阻,理想情况：Rif=、Rof=0Uo=Up，Uo仅取决于RC值，不受RL影响。,6,7.3.2 低通滤波器 1.同相输入低通滤波器,对于LPF，f0时Au=Aup通带放大倍数。求解传递函数时，只需将放大倍数中的 j用 s 取代即可。s 的方次就是滤
3、波器的阶数。,f0时的Au为通带放大倍数Aup,高频段的下降速率为 20dB/十倍频,（1）一阶电路(一个RC环节),一阶LPF,UN=UP,f0时：,f 从0：,7,一阶电路的幅频特性, Au、fP表达式与无源LPF相同,压-串-负Ro负载能力,问题：-20dB/十倍频，滤波效果不理想,图 7.3.5,8,（2）简单二阶LPF,截止频率 fp 0.37f0,利用节点电流法求解输出电压与输入电压的关系:,令C1=C2=C,图 7.3.7,9,（3）压控电压源二阶LPF,为使 fp=f0，且在f=f0时幅频特性按40dB/十倍频下降，改接C1 引入反馈，极性随 f 不同。, f0时，1/jC1正
4、反馈很弱，Au=Aup；,f ， C2短路，正反馈不起作用，Au0 .,定性分析,单节低通RC电路：, f=fP，=-45o,两节RC=-90o 即ffP, |90o正反馈，Au, ffP(f=10fP)，单节RC=-90o； 两节=-180o负反馈，Au： “-40dB/十倍频”,图 7.3.9,10,压控电压源二阶LPF定量分析,列P、M点的节点电流方程，整理可得：,Q越大，f=f0处|Au|值越大；当Aup=3时，Q，A=Uo/Ui=，f0处自激。 不自激条件：Aup=1+R2/R13R22R1,11,*2.反相输入LPF,如果R2=积分运算电路 传递函数为,f=0时,Aup,Aup,R
5、2=积分电路：f0|Au|,12,7.3.3 其它有源滤波电路 1. 高通滤波电路（HPF）,与LPF有对偶性，将LPF的电阻和电容互换，就可得一阶HPF、简单二阶HPF、压控电压源二阶HPF电路。,13,有源二阶HPF,40dB/十倍频,HPF-LPF“镜像”,图 7.3.16,14,2.带通滤波器（BPF）,(1)组成：LPF+HPF串联,压控电压源二阶带通滤波电路,fPLfPH,15,(2) 二阶带通滤波电路分析,同相运算,通带放大倍数,中心频率,16,（2）二阶BPF幅频特性, Q 越大，Aup愈大，曲线越尖锐，选择性越好，但 fbw 愈窄；,调整R、Rf值，可改变 fbw。,17,3
6、. 带阻滤波器（BEF）,fPHfPL,（1）组成：LPF/HPF并联,双T型BEF,18,(2) 有源带阻滤波电路分析,ffPHC、C、R/2通路,ffPLR、R、2C通路,fPLfPH阻断,19,运算电路与有源滤波器的比较,相同之处 电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在线性区。 均具有“虚短”和“虚断”的特点，均可用节点电流法求解电路。 不同之处 运算电路研究的是时域问题，有源滤波电路研究的是频域问题；测试时，前者是在输入信号频率不变或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅值的关系，后者是在输入电压幅值不变的情况下测量输出电压幅值与输入电压频率的关系。 运算电路用运算关系式描述
7、输出电压与输入电压的关系，有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述滤波特性。,20,第七章 信号的运算和处理 一、重点掌握的内容 1理想集成运放的概念、各项指标；“虚短”和“虚断”的含义。 2比例电路、反相输入求和电路、积分电路的工作原理及运算关系（输出uO和输入uI间关系）。 二、一般掌握的内容 1.同相输入求和电路及微分电路的工作原理及运算关系。 2.低通、高通、带通和带阻滤波电路的功能及根据要求选择合适的滤波电路。 典型题例：自测题：二；习题7-6、7-10、7-11,21,7.3.4 状态变量型滤波器,要点： 将比例、积分、求和等基本运算电路组合成自由设置传递函数、实现各种滤波功能的电路，称为状态变量型滤波器。 通带放大倍数决定于负反馈网络。 利用“逆运算”方法。,f0时负反馈最强， A1输出电压0； f 时C 相当于短路，A2输出电压0，电路开环， A1输出电压UOM，工作到非线性区；需引入负反馈决定通带放大倍数。,22,四、状态变量滤波器 二阶电路的组成,23,双T网络,A1组成 HPF,电路为LPF,讨论,
