有源滤波基础知识详解.doc

《有源滤波基础知识详解.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、有源滤波基础知识详解1有源滤波器的分类及用途1.1滤波器的分类；冇源滤波器实际上是一种具冇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。通常冇源滤波器分为：低通滤波器岛通滤波器带通滤波器带阻滤波器ML0MoHiMo阻1^11阻10Mo通•:阻帝0阻帯通帝0G%CDa2cQ｝」少CL少CN少3它们的幅度频率特性曲线如图1所示。(b〉高通帯通＜a＞低通阻帝區I♦CL少CH少(d＞帯阻图1冇源滤波器的频响滤波器也可以山无源的电抗性元件或晶体构成，称为无源滤波器或晶体滤波器。1.2滤波器的用途滤波

2、器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，冇一个较低频率的信号，其中包含一些较图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，阻带内的电压放人倍数基木为冬。(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Z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所示，其幅频特性见图5,图中虚线为理想的情况，实线为实

3、际的情况。特点是电路简单，阻带衰减太慢，选择性较差。图4一阶低通电路(LPF)图5一阶LPF的幅频特性曲线当f=0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下1RC该传递函数式的样子与一节RC低通环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髙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LP1；的电路图如图6所示,幅频特性曲线如图7所示。201g/dBo5oo-9.T-2J®

4、实际一4阴/十倍频-400*1Jp/^1认“猊图6二阶低通电路(LPF)图7二阶低通电路幅频特性曲线(1)通带增益当f二0时，各电容器可视为开路，通带内的增益为%R(2)一阶低通右源滤波器传递函数根協图8-2.06可以场出瞪(s)二血％(s)N)(s)二给(S)1I+sCqR冬(S)通常有，联立求解以上三式，可得滤波器的传递西数且㈢—7。($)一九久(s)1+3sCR+(sC7?)2(1)通带截I卜-频率将S换成j3,令30=2兀fo二1/(RC)可得当f二fp时，上式分母的模解得截止频率:0.372^RC与理想的二阶波特图相

5、比，在超过f0以后，幅频特性以-40dB/dec的速率下降，比一阶的下降快。但在通带截止频率fp-fOZ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二阶压控型低通仃源滤波器如图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。/D>D°VO图8二阶压控型LPF图9二阶圧控型LPF的幅频特性（2）二阶压控型LPF的传递函数瞪（S）心％（S）11+sCR对于节点N,可以列出卜列方程髒）％（s）_旳（S）-咲3-*）%（s）=0RR联立求解以上三式，可得IFF

6、的传递函数A(J=匕®=金d冬(s)1+(3-州)sCR+(sCR『上式表明，该滤波器的通带增益应小于3,才能保障电路稳定工作。(1)频率响应山传递函数可以坷出频率响应的表达式Ar=l-g)2+j(3-Ap)£JoJo当f=fO时，上式可以化简为九=血j(3-九)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Z比kl=。九(f=f0)以上两式表明，当21,在f=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Avp>3时,Q二8,有源滤波器白激。山于将C1接到

7、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8-2.10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。*cliAC1ILT各>00++Rf图10反相型二阶LPF图11多路反馈反相型二阶LPF山图11可知〈(帖寻给何对于节点N,可以列出下列方程兀(s)-0s)-~耳—一给(s)0-fd(s)&=0传递函数为3Z隔*巒以上各式中7/o=2T^cXTQ=(R』&瞰)3有源高

8、通滤波器（HPF）二阶压控型冇源高通滤波器的电路图如13.12图所示olg2图12二阶压控型HI）F图13二阶压控型HPF频率特性（1）通带增益（2）传递函数(2&人l+(3-Ap)sC7?+(sCR)2(3)频率响M则可得出频响表达式令山此绘出的频率响应特性曲