第五章 有源濾波器及比較器

1、 有源濾波器實際上是一種具有特定頻率響應有源濾波器實際上是一種具有特定頻率響應的放大器。的放大器。 濾波器的功能：對頻率進行選擇濾波器的功能：對頻率進行選擇, ,過濾掉噪聲過濾掉噪聲和干擾信號，保留下有用信號。和干擾信號，保留下有用信號。 5.4 有源濾波電路有源濾波電路 濾波器的分類： 低通濾波器（低通濾波器（LPF） 高通濾波器（高通濾波器（HPF） 帶通濾波器（帶通濾波器（BPF） 帶阻濾波器（帶阻濾波器（BEF） 有源濾波器的頻響有源濾波器的頻響 本章討論由運放及RC元件構成的濾波器。 濾波器的用途 濾波器主要用來濾除信號中無用的頻率成分，例如，有一個較低頻率的信號，其中包含一些較高頻

2、率成分的干擾。RCR1. 一階一階RC低通濾波器低通濾波器(無源無源)iU oU RC10 j1Rj1UUioRCj11 0j11 CC0j11)j (T 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)20)(11)j (T 幅頻特性幅頻特性一一. 低通有源濾波器低通有源濾波器20)(11)j (T ioUU0 10.707 0截止頻率截止頻率此電路的缺點：此電路的缺點：1、帶負載能力差。、帶負載能力差。2、無放大作用。、無放大作用。3、特性不理想，邊沿不陡。、特性不理想，邊沿不陡。幅頻特性、幅頻特性曲線幅頻特性、幅頻特性曲線iU oU RCRoF11URRRU UURR1RFC+-+iU oU 2.一階有源低通濾波器一階

3、有源低通濾波器Cj11)RR1(UU1Fio 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)RCiUCj1RCj1U iUCj11 RC傳遞函數(shù)中出現(xiàn)傳遞函數(shù)中出現(xiàn) 的一次項的一次項,故稱為一故稱為一階濾波器階濾波器幅頻特性：幅頻特性：201Fio)(11)RR1(UU )RC1(0 相頻特性：相頻特性：0arg RR1RFC+-+iU oU 幅頻特性及幅頻特性曲線幅頻特性及幅頻特性曲線ioUU0 1+RF/R10.707(1+RF/R1) 0Cj11)RR1(UU1Fio 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)RC1、0 時：時：)RR1(UU1Fio 有放大作用有放大作用3、運放輸出，帶負載能力強。運放輸出，帶負載能力強。2、0 時：時：2

4、1)RR1(UU1Fio 幅頻特性與一階無幅頻特性與一階無源低通濾波器類似源低通濾波器類似電路特點電路特點:3.二階有源低通濾波器二階有源低通濾波器UAUOoCj1UURUURUUoPPPi PPURCj11UCj1RCj1U Qj)(1AUUjo2oOio）（ARR1RFC+-+iU oU CRP，A0=1+RF/R1傳遞函數(shù)中出現(xiàn)傳遞函數(shù)中出現(xiàn) 的二次項的二次項,故稱為二階濾波器故稱為二階濾波器RC1A31QoO， 以上兩式表明，當 時，Q1，在 處的電壓增益將大于 ，幅頻特性在 處將抬高。 32O A0ff OA0ff OO)0(31QAAAQff 當Ao3時，Q =，有源濾波器自激。由

5、于將C1接到輸出端，等于在高頻端給LPF加了一點正反饋，所以在高頻端的放大倍數(shù)有所抬高，甚至可能引起自激。幅頻特性曲線幅頻特性曲線二二. . 高通有源濾波器高通有源濾波器oF11URRRU UUiUCj1RCj1U iUCj11 R1 RCRR1RFC+-+iU oU 高通高通Cj11)RR1(UU1Fio 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)1 RC1.一階有源高通濾波器一階有源高通濾波器幅頻特性及幅頻特性曲線幅頻特性及幅頻特性曲線Cj11)RR1(UU1Fio 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)1 RC幅頻特性：幅頻特性：201Fio)(11)RR1(UU 0 ioUU0 1+RF/R10.707(1+RF/R1) 0RR1R

6、FC+-+iU oU 2. 二階有源高通濾波器二階有源高通濾波器由此繪出頻率響應特性曲線由此繪出頻率響應特性曲線 (1)(1)通帶增益通帶增益1fO+1=RRA(2)(2)頻率響應頻率響應其中：其中：Qj)(1AUUjo2oOio）（ARC1A31QoO，結論：當ff0時，幅頻特性曲線的斜率 為+40 dB/dec； 當AO3時，電路自激。頻率響應特性曲線頻率響應特性曲線 可由低通和高通串聯(lián)得到可由低通和高通串聯(lián)得到1111CR 必須滿足必須滿足A0A2A1A0阻阻帶帶通通帶帶阻阻帶帶通通帶帶OO 1 2 AA0O 2 1通通帶帶阻阻帶帶阻阻帶帶低通特征角頻率低通特征角頻率2221CR 高通特

7、征角頻率高通特征角頻率12 三三. 有源帶通濾波器有源帶通濾波器 可由低通和高通并聯(lián)得到可由低通和高通并聯(lián)得到必須滿足必須滿足12 A0A2A1A0阻阻帶帶通通帶帶阻阻帶帶通通帶帶OO 1 2 AA0O 1 2通通帶帶阻阻帶帶通通帶帶四四. 有源帶阻濾波器有源帶阻濾波器5.5 5.5 比較器比較器 將一個模擬電壓信號與一將一個模擬電壓信號與一參考電壓參考電壓相比較，輸相比較，輸出一定的高低電平。出一定的高低電平。功能：功能：特性：特性：運放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入運放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入的關系的關系uo=f(ui)是非線性函數(shù)。是非線性函數(shù)。1. 1. 運放工作在非

8、線性狀態(tài)的判定：電路開環(huán)或引入正反饋。運放工作在非線性狀態(tài)的判定：電路開環(huán)或引入正反饋。運放工作在非線性狀態(tài)基本分析方法運放工作在非線性狀態(tài)基本分析方法2. 2. 運放工作在非線性狀態(tài)的分析方法：運放工作在非線性狀態(tài)的分析方法： 若若U+U- 則則UO=+UOM； 若若U+U- 則則UO=-UOM。 虛斷（運放輸入端電流虛斷（運放輸入端電流=0） 注意：此時不能用虛短！注意：此時不能用虛短！uoui0+UOM-UOM+uoui1. 過零比較器過零比較器: （門限電平（門限電平=0）+uouiuoui0+UOM-UOM一一. .單門限電壓比較器單門限電壓比較器+uouituituo+Uom-Uo

9、m例題：利用電壓比例題：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)檩^器將正弦波變?yōu)榉讲?。方波?. 單門限比較器（與參考電壓比較）單門限比較器（與參考電壓比較）+uouiUREFuoui0+Uom-UomUREFUREF為參考電壓為參考電壓當當ui UREF時時 , uo = +Uom當當ui UREF時時 , uo = -Uom 運放處于運放處于開環(huán)狀態(tài)開環(huán)狀態(tài)+uouiUREFuoui0+Uom-UomUREF當當ui UREF時時 , uo = -Uom 若若ui從反相端輸入從反相端輸入+uiuoui0+UZ-UZ用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓uo UZuoui0+UOM-UOM+uoui忽略

10、了忽略了UD3. 限幅電路限幅電路使輸出電壓穩(wěn)定使輸出電壓穩(wěn)定穩(wěn)幅電路的另一種形式：穩(wěn)幅電路的另一種形式：將雙向穩(wěn)壓管接在負反饋回路上將雙向穩(wěn)壓管接在負反饋回路上+uiuo UZR R_uoui0+UZ-UZR =R二二. 遲滯比較器遲滯比較器1.遲滯比較器遲滯比較器特點特點:電路中使用正反饋。電路中使用正反饋。1、因為有正反饋，所以輸、因為有正反饋，所以輸出飽和。出飽和。2、當、當uo正飽和時正飽和時(uo =+UOM) ：+om211+UURRRUT T 3、當、當uo負飽和時負飽和時(uo =-UOM) ：-om211+UURRRUT T +uoRR2R1uiU+uoRR2R1uiU+遲

11、滯比較器遲滯比較器uoui0+Uom-UomUT+UT-設設ui , 當當ui = UT+, uo從從+UOM -UOM傳輸特性傳輸特性uoui0+Uom-UomUT+UT-UT+上門限電壓上門限電壓UT-下門限電壓下門限電壓UT+- UT-稱為回差稱為回差om211URRR +UT Tom211URRR -UT TtuiUT+UT-tuoUom-Uom例例:設輸入為正弦波設輸入為正弦波, 畫出輸出的波形。畫出輸出的波形。+uoRR2R1uiU+REFZURRRURRRU212211TREFZURRRURRRU212211T加上參考電壓后的遲滯比較器：加上參考電壓后的遲滯比較器：上下限：上下限

12、：uoui0UT-UT+傳輸特性傳輸特性+UZ-UZ例題：例題：R1=10k ，R2=10k ，UZ=6V， UR=10V。當。當輸入輸入ui為如圖所示的波形時，畫為如圖所示的波形時，畫 出輸出出輸出uo的波形。的波形。上下限：上下限：V8212211TRZURRRURRRUV3212211TRZURRRURRRU3V8Vuiuo+UZ-UZ1.電路結構電路結構由滯回比較電路和由滯回比較電路和RC定時電路構成的定時電路構成的omURRRU211TomURRRU211T上下限上下限:+RR1R2Cucuo5.6 方波發(fā)生器方波發(fā)生器2.工作原理：工作原理：(1) 設設 uo = + UOM , 此時，輸出給此時，輸