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1、有源滤波电路基础点击次数：1140发布时间：2010-6-117:32:41有源滤波电路基础1简介1.1滤波器的分类；有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。它是在运算放大器的基础上增加一些R、C等无源元件而构成的。通常有源滤披器分为：低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器它们的幅度频率特性曲线如图1所示。I纠初岛1....阻通帝阻0%通蒂胆帝oCD%低通阻帝通帝高通%少必帝通®CL帝阻图1有源滤波器的频响滤波器也可以由无源的电抗性元件或品体构成，称为无源滤波器或晶体滤波器。1.2滤波器的
2、用途滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。滤波过程如图2所示。图2滤波过程2有源低通滤波器(LPF)2.1低通滤波器的主要技术指标(1)通带增益Avp通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数，如图3所示。性能良好的LPF通带内的幅频特性曲线是平坦的，阻带内的电压放大倍数基本为零。(2)通带截止频率fp其定义与放大电路的上限截止频率相同，见图3。通带与阻带之间称为过渡带，过渡带越窄，说明滤波器的选择性越好。2.2简单一阶低通有源滤波器一阶低通滤波器的电路如图4所
3、示，其幅频特性见图5,图中虚线为理想的情况，实线为实际的情况。特点是电路简单，阻带衰减太慢，选择性较差。201g图4一阶低通电路（LPF）图5—阶LPF的幅频特性曲线当40时，电容器可视为开路，通带内的增益为-阶低通滤波器的传递函数如K其中1RC该传递函数式的样子与一节RC低通坏节的增益频率表达式差不多，只是缺少通带增益Avp这一项。2.3简单二阶低通有源滤波器为了使输出电压在高频段以更快的速率下降，以改善滤波效果，再加一节RC低通滤波环节，称为二阶冇源滤波电路。它比一阶低通滤波器的滤波效果更好。二阶LPF的电路图如图6所
4、示，幅频特性曲线如图7所示。（1）通带增益当f=0时，各电容器可视为开路，通带内的增益为（2）二阶低通有源滤波器传递函数根据图8-2.06可以写出瓷（s）=Ap%（s）士#（R+幺）外（s）=——冬（S）/?+[—//（/?+—）]SOISC/2通常有，联立求解以上三式，可得滤波器的传递函数恥）熾=1+3盘脚）2（3）通带截止频率将s换成job令u）0=2nf0=l/（RC）可得当f二fp时，上式分母的模=a/20.372反RC与理想的二阶波特图相比，在超过fo以后，幅频特性以-40dB/dec的速率下降，比一阶的下降快。
5、但在通带截止频率fpTfO之间幅频特性下降的还不够快。2.4二阶压控型低通有源滤波器(1)二阶压控型LPF二阶压控型低通有源滤波器如图8所示。其中的一个电容器C1原来是接地的，现在改接到输出端。显然，C1的改接不影响通带增益。图8二阶压控型LPF图9二阶压控型LPF的幅频特性(1)二阶压控型LPF的传递函数人(s)=ApN(s)N)(s)十(s)1+sCR对于节点N,可以列出下列方程-久(s)g-f)%(s)=0RR联立求解以上三式，可得LPF的传递函数4(S)=咲)=片瓦矿1+(3-QsCR+(£7?)2上式表明，该滤波
6、器的通带增益应小于3,才能保障电路稳定工作。(1)频率响应由传递函数可以写出频率响应的表达式当仁f0时，上式可以化简为定义有源滤波器的品质因数Q值为f=fO时的电压放大倍数的模与通带增益之比(/-/0)以上两式表明，当21,在性fO处的电压增益将大于Avp,幅频特性在f=fO处将抬高，具体请参阅图9。当Avp23时，Q=oo,有源滤波器自激。由于将C1接到输出端，等于在高频端给LPF加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高，甚-至可能引起自激。2.5二阶反相型低通有源滤波器二阶反相型LPF如图&2
7、.10所示，它是在反相比例积分器的输入端再加一节RC低通电路而构成。二阶反相型LPF的改进电路如图8-2.11所示。vit>oo+RfIov0图10反相型二阶LPF图11多路反馈反相型二阶LPF由图11可知-1sCqRq$（s）对于节点N,可以列岀下列方程空比斗（S）0-込込陛=0传递函数为以上各式中3有源高通滤波器（HPF）二阶压控型有源高通滤波器的电路图如13.12图所示018220=52.5=-30-/~40$“H~_
8、—>/■/<0.20.512510丿5图12二阶压控型HPF图13二阶压控型HPF频率特性（1）通
9、带增益（2）传递函数4（s）二l+(3-4p)sC7?+(sC7?)2（3）频率响应Jo=令Q=彳-比，则可得岀频响表达式由此绘出的频率响应特性曲线如图13所示。结论：当彳《fO时，幅频特性曲线的斜率为+40dB/dec；当Avp>3时，电路自激。4有源带通滤波器（BPF）和带阻滤波器（BEF）有源带通
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