基于集成运算放大器的有源+滤波器分析与设计1

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1、模拟电子电路及技术基础孙肖子西安电子科技大学《模拟电子电路与技术基础》课程的特点是“概念性、工程性、实践性“强！“注重物理概念，采用工程观点；重视实验技术，善于总结对比；理论联系实际，注意应用背景；寻求内在规律，增强抽象能力。”6.1滤波器的概念滤波器是一种实现频率选择的信号处理电路。按其幅频特性可分为低通、高通、带通、带阻和全通五种电路。滤波电路的模型电压传递函数6.1.1滤波器的特性有源滤波器优点1．输入阻抗高，输出阻抗低，输入、输出之间具有优良的隔离性能,所以各级之间均无阻抗匹配的要求；2．由于不使用电感，体积和重量大幅度减小；3．

2、在低频段及超低频段的滤波功能上，具有LC滤波器无法比拟的优越性，低端截止频率甚至可以扩展到Hz,如果使用电位器、可变电容器，有源滤波器的频率精度可以达到0.5%；4．在通频带内传递函数的系数可以灵活调整,易于制作截止频率或中心频率连续可调的滤波器，且调整容易；5、设计有源滤波器比设计LC滤波器更具灵活性，也可得到电压增益。五种常用滤波器特性(a)低通滤波器(b)高通滤波器(c)带通滤波器(d)带阻滤波器(e)全通滤波器6.1.2理想滤波器的逼近方法理想滤波器的幅频特性曲线在工程上是不可能实现的，一可取的可实现方法是采用物理可实现函数来逼近

3、这个传输特性，常用的逼近理想特性的可实现函数最平幅度滤波器（Butterworth滤波器），通带等波纹滤波器（Chebyshev滤波器），阻带等波纹滤波器（InverseChebyshev滤波器），通、阻带等波纹滤波器（椭圆函数滤波器）线性相位滤波器（又称Bessel滤波器）波器的传输函数和…………系数决定了滤波器的类型巴特沃斯滤波器巴特沃斯滤波器是一种最平低通响应滤波器。其特点是幅频响应在通带内具有最平坦的幅度，由通带到阻带衰减陡度较缓，相频特性具有非线性的特点。切比雪夫滤波器是在通带内具有等纹波响应特性的滤波器2.切比雪夫滤波器3.椭

4、圆滤波器椭圆滤波器的特点是在通带和阻带中幅频特性都不是单调平滑的，但有最陡峭的边界特性。4.贝塞尔滤波器贝塞尔滤波器是群延迟具有最大平坦（线性相位响应）特性的滤波器,巴特沃思滤波器的幅频特性与相频特性都比较均衡，在实际中应用最广。切比雪夫滤波器的相位响应较差。因此当主要着眼于传输对各频率分量的相对幅度要求较高而对它们的相位关系要求不严的信号（例如声音信号）时，可选用切比雪夫滤波器。若所传输的是图象，情况将完全相反。这时要求有线性的相频特性而对幅度的某些变化则不作苛求。为此，应选择以逼近相频特性为侧重点的贝塞尔近似函数。6.1.3二阶滤波器

5、的传递函数：传输函数的分子、分母都是s的二次多项式的滤波器叫双二次滤波器。其传输函数可表示为1.二阶低通滤波器2.二阶高通滤波器二阶高通滤波器的传输函数3.二阶带通滤波器传输函数4.二阶带阻滤波器：传输函数为5、二阶全通滤波器二阶全通滤波器的传输函数6．2一阶有源RC滤波器的电路实现6.2.1无源滤波电路无负载负载时带虚线所示负载时通带的电压放大倍数为截止频率6.2.2一阶有源低通滤波器通带增益上限频率1）图（a）2）图（b）幅频特性相频特性6．3二阶有源RC滤波器的电路实现及工程设计6.3.1二阶压控电压源型（Shallen-key）滤

6、波器的电路实现及工程设计Shallen-key滤波器也称为有限增益正反馈滤波器，解得选取电阻和电容来代替中相应的导纳可构成低通、高通、带通等二阶有源滤波电路列方程、二阶有源低通滤波电路设构成右图所示的二阶有源低通滤波器传递函数式中对于正弦稳态系统；（1）Q值的大小对幅频特性在附近的影响较大（2）当Q=0.578时，称为Bessel滤波器，低通特性单调下降且通带较窄（3）当时，幅频特性曲线最平坦（Butterworth）（4）当Q=0.943时，称为Chebyshev滤波器，（5）当时，电路将产生自激振荡。后，特性曲线将出现峰值，Q值越大，

7、峰值越高（6）当二、二阶有源高通滤波电路设则得到Sallen-Key二阶有源高通滤波器传输函数为整理得式中稳态响应幅频响应相频响应三、二阶Sallen-Key带通滤波器设得到二阶有源带通滤波电路其传输函数为整理得稳态响应幅频响应相频响应6.3.2二阶无限增益多路反馈(MFB)滤波器的电路实现及工程设计列出节点方程得适当的选择可构成低通、高通、带通和带阻滤波器1.低通设就构成了二阶低通滤波器传输函数通带增益中心频率式中：等效品质因数，，2.高通设就构成二阶多路负反馈高波滤波器传输函数通带增益中心频率等效品质因数3.带通将就构成二阶多路负反馈

8、带通滤波器传输函数通带增益中心频率等效品质因数6.3.3二阶带阻滤波器的电路实现及工程设计1.双T网络有源带阻滤波器无源双T型电路等效电路（1）无源RC双T网络的频率特性双T网络的传递函数稳态