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时间:2019-03-23
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1、有源滤波电路设计总结 摘要:滤波器是一种能使有用信号通过而大幅抑制无用信号的电子装置。在电子电路中常用来进行信号处理、数据传输和抑制噪声等。在运算放大器广泛应用以前滤波电路主要采用无源电子元件一电阻、电容、电感连接而成,由于电感体积大而且笨重导致整个滤波器功能模块体积大而且笨重。本文介绍由集成运算放大器、电阻和电容设计有源滤波器,着重讲解低通、高通、带通滤波电路。 1.一阶有源滤波电路 电路设计图如图1所示,通带电压增益A0等于同相比例放大电路的电压增益Avf,即:A0=Avf=l+Rf/Rl,而从对RC低通电路的分析可知Vp(s)
2、=Vi(s)/(1+sRC),故可导出电路的传递函数为:A(s)=V0(s)/Vi(s)=Avf/(1+s/ωn),式中ωn=l/(RC),ωn是特征角频率。令s=jω可得:。当ω=ωn时就是-3dB截止频率,当ω=1Oωn时衰减率是20dB/十倍频程,可见一阶滤波器的滤波效果还不够好,若要求滤波响应以更高的衰减率衰减,则需采用高阶次滤波。 在图1中将R和C交换位置即是一阶高通滤波电路,如图2所示,对应的幅频响应为当ω=ωn时就是-3dB截止频率,当ω=ωn/10时衰减率是20dB/十倍频程。 2二阶有源滤波电路 电路设计图如图3所示,
3、如前所述,同相比例放大电路的电压增益就是低通滤波器的通带电压增益,即A0=Avf=1+Rf/R1。 运放的同相输入端电压关系为: 联立上述三个方程可得到计算电路的传递函数表达式: 很显然这是低通滤波电路的基本幅频特性。当Q>O.707时,幅频响应图像将出现峰值,当Q≤0.707时,幅频响应比较平坦。令Q=O.707,当ω/ωn=1时,20lg
4、A(jω)/AVF
5、=3dB:当ω/ωn=10时,20lg
6、A(jω)/AVF
7、=-40dB。将二阶低通滤波特性与一阶低通滤波特性相比较,不难发现,二阶比一阶低通滤波电路的滤波效果要好很多。由此推
8、断,若阶数越高,幅频响应特性曲线越接近理想状况。 若将图3中的R和C互换,就可得到二阶有源高通滤波电路,如图4所示。 由于二阶高通和低通电路在结构上存在对偶关系,它们的传递函数和幅频响应也存在对偶关系,用1/(sRC)替换sRC可得二阶高通滤波电路的传递函数为: 3二阶带通滤波电路 由理想滤波电路图可知,将低通与高通滤波电路相串联就可构成带通滤波电路,前提条件是低通滤波电路的截止频率大于高通滤波电路的截止频率。带通滤波电路如图5所示。 通过以上类似计算可得带通滤波电路的传递函数为: 这就是带通滤波电路的通带电压增益。
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