模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程模擬電路第八章 信號(hào)處理電路二

濾波電路基礎(chǔ)知識(shí)低通濾波電路（LPF）高通濾波電路(HPF)帶通濾波器(BPF)帶阻濾波器(BEF)開關(guān)電容濾波器第八章信號(hào)處理電路8.1濾波電路基礎(chǔ)知識(shí)一.無源濾波電路和有源濾波電路無源濾波電路:由無源元件

(R,C,L)

組成有源濾波電路:用工作在線性區(qū)的集成運(yùn)放和RC網(wǎng)絡(luò)

組成，實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。CRLCRLRLViViVoVo濾波電路基礎(chǔ)知識(shí)1.按所處理的信號(hào)可分為

模擬

的和數(shù)字的兩種2.按所采用的元器件可分為有源和無源3.按通過信號(hào)的頻段可分為以下五種:a.低通濾波器(LPF)二.濾波電路的分類和主要參數(shù)Avp:通帶電壓放大倍數(shù)fp:通帶截至頻率過渡帶:越窄表明選頻性能越好,理想濾波器沒有過渡帶濾波電路基礎(chǔ)知識(shí)b.高通濾波器(HPF)c.帶通濾波器(BPF)濾波電路基礎(chǔ)知識(shí)d.帶阻濾波器(BEF)e.全通濾波器(APF)4.按頻率特性在截止頻率fp附近形狀的不同可分為Butterworth,Chebyshev和Bessel等濾波電路基礎(chǔ)知識(shí)理想有源濾波器的頻響：濾波器的用途濾波器主要用來濾除信號(hào)中無用的頻率成分，例如，有一個(gè)較低頻率的信號(hào)，其中包含一些較高頻率成分的干擾。濾波過程如圖所示。8.1.2低通濾波電路(LPF)一階低通濾波電路(LPF)簡單二階LPF二階壓控電壓源LPF無限增益多路反饋有源濾波器濾波器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）通帶增益Avp通帶增益是指濾波器在通頻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)，如圖所示。性能良好的LPF通帶內(nèi)的幅頻特性曲線是平坦的，阻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)基本為零。

（2）通帶截止頻率fp其定義與放大電路的上、下限截止頻率相同。通帶與阻帶之間稱為過渡帶，過渡帶越窄，說明濾波器的選擇性越好。一階低通濾波電路(LPF)組成：簡單RC濾波器同相放大器特點(diǎn)：│Avp│

>0，帶負(fù)載能力強(qiáng)缺點(diǎn)：阻帶衰減太慢，選擇性較差一.電路構(gòu)成RC環(huán)節(jié)一階低通通濾波電電路(LPF)有源濾波波電路的的分析方方法:1.電路路圖電路路的傳遞遞函數(shù)Av(s)頻率率特性Av(j)2.根根據(jù)定義義求出主主要參數(shù)數(shù)3.畫畫出電路路的幅頻頻特性二.性性能分析析一階低通通濾波電電路(LPF)通帶帶截止頻頻率通帶電壓放大倍數(shù)傳遞函數(shù)一階LPF的幅幅頻特性性:一階低通通濾波電電路(LPF)過渡帶緩緩慢,選選頻性能能差簡單二階階LPF1.傳傳遞函數(shù)數(shù):一.電電路構(gòu)構(gòu)成組成:二二階RC網(wǎng)絡(luò)絡(luò)同相放大大器二.主主要性性能M通帶增益：簡單二階階LPF2.通帶帶截止頻頻率:3.幅頻頻特性:特點(diǎn)：在在f>f0后幅頻特特性以-40dB/dec的速度下下降；缺點(diǎn)：f=f0時(shí)，放大大倍數(shù)的的模只有有通帶放大倍倍數(shù)模的的三分之之一二階壓控控電壓源源LPF二階壓控電壓源一般形式二階壓控電壓源LPF二階壓控控電壓源源LPFAvp同前分析：上式表明明，該濾濾波器的的通帶增增益應(yīng)小小于3，，才能保保障電路路穩(wěn)定工工作。聯(lián)立求解以上三式，可得LPF的傳遞函數(shù)：對(duì)節(jié)點(diǎn)N,可以列出下列方程：二階壓控控電壓源源LPF頻率特性性:當(dāng)Q=0.707時(shí)時(shí)，fp=f0當(dāng)Avp=3時(shí)，，Q=∞，有源濾波波器自激激。二階壓控控電壓源源LPF二階壓控控電壓源源LPF的幅頻頻特性巴特沃思思（壓控控）LPFVo仿真結(jié)果果Q=0.707fp=f0=100Hz無限增益益多路反反饋濾波波器無限增益多路反饋LPF要求集成成運(yùn)放的的開環(huán)增增益遠(yuǎn)大大于60DB無限增益多路反饋有源濾波器一般形式無限增益益多路反反饋有源源濾波器器由圖可知：對(duì)節(jié)點(diǎn)N,列出下列列方程：：無限增益益多路反反饋有源源濾波器器頻率響應(yīng)為：通帶電壓放大倍數(shù)巴特沃思思（無限限增益））LPF仿真結(jié)果果Q=0.707fp=f0=1000Hz8.1.3高通濾濾波電路(HPF)HPF與LPF的對(duì)對(duì)偶關(guān)系二階壓控電電壓源HPF無限增益多多路反饋HPFHPF與LPF的對(duì)對(duì)偶關(guān)系1.電路路結(jié)構(gòu)對(duì)偶偶將起濾波作用的電容換成電阻將起濾波作用的電阻換成電容RCViVo低通濾波電路RC高通濾波電路ViVoHPF與LPF的對(duì)對(duì)偶關(guān)系2.傳遞遞函數(shù)對(duì)偶偶低通濾波器傳遞函數(shù)高通濾波器傳遞函數(shù)HPF與LPF的對(duì)對(duì)偶關(guān)系3.幅幅頻特性對(duì)對(duì)偶(相頻特性性不對(duì)偶)二階壓控電電壓源HPF電路形式相相互對(duì)偶二階壓控電壓源LPF二階壓控電壓源HPF二階壓控電電壓源HPF傳遞函數(shù):高通:低通:二階壓控電電壓源HPF二階壓控電電壓源HPF幅頻特特性無限增益多多路反饋HPF無限增益多路反饋LPF無限增益多路反饋HPFvo(s)vi(s)8.1.4帶帶通濾波器器(BPF)BPF的一一般構(gòu)成方方法：優(yōu)點(diǎn):通帶帶較寬,通通帶截至頻率容易易調(diào)整缺點(diǎn):電路路元件較多多一般帶通濾濾波電路BPFLPFHPF仿真結(jié)果二階壓控電電壓源BPF二階壓控電壓源一般形式二階壓控電壓源BPFvo(s)vi(s)二階壓控電電壓源BPF傳遞函數(shù):vo(s)vi(s)二階壓控電電壓源BPFs換成j且令：f0是濾波器的中心頻率通帶電壓放大倍數(shù)二階壓控電電壓源BPF截止頻率:頻帶寬度:RC選定后,改變R1和Rf即可改變頻帶寬度二階壓控電電壓源BPF仿真電路仿真結(jié)果8.1.5帶帶阻濾波器器(BEF)BEF的一一般形式缺點(diǎn):電路路元件較多多且HPF與與LPF相相并比較困難基本BEF電路無源帶阻(雙T網(wǎng)絡(luò))同相比例雙T帶阻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)雙T帶阻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)頻率特特性二階壓控電電壓源BEF電路正反饋,只在f0附近起作用傳遞函數(shù)傳遞函數(shù):截至頻率:阻帶寬度:二階壓控電電壓源BEF仿真電路仿真結(jié)果例題6要求二階壓壓控型LPF的f0=400Hz,Q值為0.7，試求電電路中的電電阻、電容容值。解：根據(jù)f0，選取C再求R。1.C的容量不易超過。因大容量的電容器體積大，價(jià)格高，應(yīng)盡量避免使用。取計(jì)算出，取例題62．根據(jù)Ｑ值求和，因?yàn)闀r(shí)，，根據(jù)與、的關(guān)系，集成運(yùn)放兩輸入端外接電阻的對(duì)稱條件解得：例題6仿真結(jié)果例7LPF例7仿真結(jié)結(jié)果例8HPF例8仿真結(jié)結(jié)果例9例9仿真結(jié)結(jié)果vo1:紅色vo:藍(lán)色開關(guān)電容濾濾波器開關(guān)電容濾濾波器開關(guān)電容濾濾波器使用有源電電感的帶通通濾波器開關(guān)電容濾濾波器利用開關(guān)電電容組成的的帶通濾波波器有源濾波器器總結(jié)濾波器傳遞遞函數(shù)一般般表達(dá)式:本節(jié)要求濾波器分類類定性分析濾濾波器濾波器分析析一般步驟