《模电第八章》PPT课件

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1、第八章信号处理电路8.1有源滤波器8.2电压比较器8.1有源滤波器8.1.1滤波电路的作用和分类1.滤波电路的作用选频－－使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。按处理方法分硬件滤波软件滤波按所处理的信号分模拟滤波器数字滤波器按构成器件分无源滤波器有源滤波器2、滤波器的分类按传递函数分一阶滤波器二阶滤波器N阶滤波器:低通滤波器（LPF）的频率（幅频）特性通带放大倍数通带截止频率下降速率理想幅频特性无过渡带用幅频特性描述滤波特性，要研究、(fP、下降速率)。按频率特性分低通滤波器高通滤波器带通滤

2、波器带阻滤波器高通滤波器（HPF）带通滤波器（BPF）带阻滤波器（BEF））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低通滤波器（LPF）直流电源的滤波空载时带负载时3.无源滤波电路和有源滤波电路存在问题：1、电压放大倍数低，最大为1；2、带负载能力差：负载变化，通带放大倍数和截止频率均变化。解决办法：利用集成运放与RC电路组成有源滤波器。无源滤波电路的电路特点：无源滤波电路的滤波参数随负载变化；可以用于高电压输入、大电流负载的情况。有源滤波电路用电压跟随器隔离滤波电路与负载电阻有源滤波电路

3、的电路特点：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，只适用于信号处理，输出电压受电源电压的限制，输入电压应保证集成运放工作在线性区；频率响应受组成它的晶体管、集成运放频率参数的限制。一、一阶低通滤波器（同相输入）8.1.2低通滤波器(LPF)根据“虚短”，“虚断”：低通滤波器用来通过低频信号，抑制或衰减高频信号。Af(ω)=Uo/Ui称为滤波电路增益或电压传递函数。电压串联负反馈频率趋于0时的放大倍数为通带放大倍数特征频率决定于RC环节表明进入高频段的下降速率为－20dB/十

4、倍频一阶低通有源滤波器与无源低通滤波器的通带截止频率相同；但通带电压放大倍数得到提高。（1）改变电阻R2和R1的阻值可调节通带电压放大倍数（2）改变截止频率，应调整RC一阶低通滤波器幅频特性为了使过渡带变窄，采用多阶滤波器，即增加RC环节。归一化幅频特性缺点：在f>f0时，对数幅频特性下降速度为-20dB/十倍频，过渡带太宽，与理想的幅频特性相差甚远。通带截止频率fP＝特征频率f0理想低通滤波器二、二阶低通滤波器截止频率fp≈0.37f0电路引入了负反馈，利用虚短，虚断求解可得：1、简单二阶LPF由幅

5、频特性可见，在高频段，衰减的斜率为-40dB/十倍频，但fp远离f0，其幅频特性与理想低通滤波器相差较大。-3dBC1C2C1=C2=C2、实用二阶LPF（压控电压源二阶LPF）引入正反馈f→0时，C1断路，正反馈断开,放大倍数为通带放大倍数；f→∞，C2短路，正反馈不起作用，放大倍数小→0；对于不同频率的信号正反馈的强弱不同。定性分析：只要参数选择合适为使fp=f0，且在f=f0时幅频特性按－40dB/十倍频下降。在f=f0附近形成正反馈，不致造成自激振荡，使f0附近的电压放大倍数等于或大于通带放大

6、倍数。其中定量计算：Q—等效品质因数物理意义：f=f0时的电压放大倍数与通带放大倍数之比。Aup=3时Q·电路产生自激振荡f=f0Q=1,幅频特性较理想正反馈提升了f0附近的Au。为保证电路稳定工作，要求RF<2R1－40dB/十倍频0.1-40-20-0110－20dB/十倍频一阶、二阶低通有源滤波电路幅频特性的比较理想特性结论：将电容C1接地的一端改接到运放的输出端，形成正反馈后，可使输出电压的幅度在f=f0范围内得到加强，如果Q值合适，其幅频特性比较接近理想情况。例8.1已知R=160k，

7、C=0.01F，R1=170k，Rf=100k，求该滤波器的截止频率、通带增益及Q值。[解]:特征频率Q=1/(3-Aup)=1/(3-1.588)=0.708Q=0.707时，f0=fH上限截止频率：fH=99.5Hz8.1.3高通滤波器(HPF)通带截止频率：无源高通滤波器如下图所示理想高通滤波器高通滤波器与低通滤波器具有对偶关系，低通滤波器电阻与电容位置互易就可得到高通滤波器。二阶有源高通滤波器其中：与LPF有对偶性，将二阶LPF的电阻和电容互换，就可以得到二阶HPF电路。电路产生自激振

8、荡二阶低通、高通滤波器，为防止自激，应使Aup<3，即要求RF<2R1。若f=f0Aup=3时，Q可见高通滤波电路与低通滤波电路的对数幅频特性互为“镜像”关系。8.1.4带通滤波器(BPF)只允许某一段频带内的信号通过，将此频带以外的信号阻断。低通高通f2fO低通ff1O高通阻阻f2f1fO通要求：f2>f1带通滤波器的典型电路——中心频率——通带电压放大倍数BW=f2-f1=f0/Q8.1.5带阻滤波器(BEF)在规定的频带内，信号被阻断，在此频带