1、7.3 有源滤波电路,在一些实际的电子系统中，它的输入信号往往因受干扰等原因而含有一些不必要的成分，我们就应当设法将它衰减到足够小的程度；以达到滤除干扰的目的；而在另一些场合，有用信号将与别的信号混在一起，我们就应设法把有用信号选择出来。而解决这些问题的有效措施就是采用滤波电路。,一、基本概念,（1）滤波电路：即：对工作信号的频率具有选择性的电路。其基本功能是：让特定频率范围内的信号顺利通过，而阻止其它频率信号通过。也就是对其它频度信号要起衰减作用。比如：我们前面章节中讲到的低通电路，高通电路等。 （2）滤波器分类a. 按信号类型分：模拟滤波器和数字滤波器。b. 按照滤波器电路的工作频带来分：
2、,低通滤波器（LPF） ：频率低于截止频率fp的信号通过，高于fp的则被衰减； 高通滤波器（HPF） ：频率高于截止频率fp的信号通过，低于fp的则被衰减； 带通滤波器（BPF） ：频带范围在fp1和fp2之间的信号通过，其余被衰减； 带阻滤波器（BEF）：频带范围在fp1和fp2之间的信号被衰减，其余可以通过。 （带通滤波器常用于载波通信或弱信号提取等场合，以提高信噪比，带阻滤波器则用于已知干扰或噪声频率的情况下，阻止其通过）。 全通滤波器（APF）：对于频率从0的信号具有同样的放大倍数数，但对不同频率的信号将产生不同的相移。,c. 按电路构成中是否有有源器件来分：无源滤波器和有源滤波器 d
3、. 按工作信号来分：模拟滤波器和数字滤波器 e. 按截止频率fp附近的幅度特性和相频特性的不同，滤波电路又分为:巴特沃斯（Butterworth）滤波器切比雪夫（chebyshev）滤波器贝 塞 尔（Bessel）滤波器等。,（3）滤波器的幅频特性：,通带：允许通过的频段称为通带，阻带：将信号衰减到零的频段为阻带，过渡带：Avp在通带和阻带之间存在过渡带。Avp：通带放大倍数，等于通带内输出电压与输入电压之比；fp ：通带截止频率，使 的频率；显然，过渡带越窄，电路的选择性越好，滤波特性越理想。,（4）分析方法：,分析滤波电路，就是求解出电路频率特性，这意味要解出Avp、fp和过渡带的斜率。,
4、二、有源滤波电路的引入,无源滤波电路：仅由无源元件（电阻、电容、电感）组成，则称为无源滤波器。有源滤波电路：电路中不仅由无源元件，还有有源元件（晶体管、场效应管、集成运放）组成，称为有源滤波器。从无源低通滤波器看：在频率响应分析中，我们已推出无源低通滤波器的一些指标，如：通带放大倍数Avp（对低通，指f=0时的电压放大倍数）,无负载时：,有负载时：,结 论,加上负载后，通带放大倍数|Avp|，通带截止频率fp，也就是说，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，这是不符我们处理信号要求的。为改善无源滤波电路的这一缺陷，我们引入有源滤波器。,2、有源滤波电路,为改善无源滤波器的负载对
5、滤波特性的影响，采取的措施是：在无源滤波电路和负载之间加一个高输入电阻，低输出电阻的隔离电路，最简单的方法是加一个电压跟随器，这样即构成有源滤波电路。典型电路如图：,表明：在集成运放功耗允许的情况下，负载发生变化时，Vo总是随着VP变化，放大倍数的表达式不变，频率特性也不变。 即:负载不影响滤波特性。,有源滤波电路,有源滤波电路特点：,有源滤波电路一般由RC网络和集成运放组成，因而必须在适合直流电源作用下才能正常工作；不用电感，故体积小，重量轻，不需加磁屏蔽；可加电压串联负反馈，使Ri高、Ro低，在输入与输出之间有良好的隔离性。除能滤波外，还能将信号放大，而且Av容易调节。不适宜高电压大电流的
6、负载，只适用于信号处理。不适宜高频范围，一般使用频率在几十KHz以下。,三、有源低通滤波器,1、一阶低通：对低通，Avp指f=0时的电压放大倍数。电路构成：,2、二阶低通滤波器：由于一阶电路的过渡带比较宽，幅频特性最大衰减率仅为-20dB/十倍频。故可在一阶电路基础上增加RC环节，来增大衰减斜率。如图：,辐频特性： 不理想，因为在fo附近，衰减率不够高,虽然二阶LPF比一阶的幅频特性衰减率陡直得多，但还不算理想，如果要改善电路趋于理想，可设计二阶压控电压源LPF。,压控电压源滤波电路：因为该电路中同相输入电位V控制由集成运放和R1、R2组成的电压源，故称之为压控电压源滤波电路。,解出：,其中：
7、,压控电压源二阶有源低通滤波器,传递函数中出现 的二次项，故称为二阶滤波器。,R1= 时：AF=1, =o时：,由低阶有源滤波器构成高阶有源滤波器,例：两个一阶有源滤波器串接构成二阶有源滤波器。,分析简单,一阶低通和二阶低通幅频特性曲线的区别：,阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器。,3、反相输入低通滤波器4、高阶低通：由多个低通滤波器串联起来，可得高阶低通滤波器。,四、高通滤波器（HPF）,高通滤波电路与低通滤波电路具有对偶性，将LPF中滤波环节的电容、电阻对换就可得各种高通滤波器。,1、Avp：对HPF，当f足够高时，C1、C2视为短路，则对高通电路，Avp指f足够高时的电压放大倍数。2、R引入反馈，当参数合适时为正反馈，在fo附近可增大放大倍数。 3、高阶HPF可以由几个低阶HPF串联而成。,五、带通滤波器,将LPF和HPF相串联可以构成带通滤波器（BPF）,典型电路：,六、带阻滤波器BEF,常用两个RC网络（一个LPF和一个HPF）相并联构成无源BEF，再与集成运放级联或有源BEF。典型电路：,
