19、滤波电路ppt课件

模拟电子技术基础 第九章信号处理与产生电路 滤波电路 信号产生电路 信号处理电路 运算电路 滤波电路 电压比较电路信号产生电路 正弦波产生电路 锯齿波产生电路 三角波产生电路 信号处理与信号产生电路 滤波电路 是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无用频率信号的电子装置 一 滤波电路的基本概念与分类 滤波电路传递函数定义 时 有 其中 模 幅频响应 相位角 相频响应 时延响应为 按信号性质分类模拟滤波器 数字滤波器按所用元件分类无源滤波器 有源滤波器按电路功能分类低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器按阶数分类一阶 二阶 高阶 滤波电路的分类 1 模拟滤波器 模拟滤波器实际上是一种具有特定频率响应的电路 它可以是一些R C L等无源元件构成的无源滤波器 也可以在运算放大器的基础上增加一些R C等无源元件而构成有源滤波器 工程上常用它来做信号处理 数据传送和抑制干扰等 2 无源滤波电路和有源滤波电路 无源滤波器 这种电路主要有无源元件R C组成 1 带负载能力差 2 无放大作用 3 特性不理想 边沿不陡 无源滤波的缺点 4 构成多阶各级互相影响严重 空载时 带负载时 负载变化 通带放大倍数和截止频率均变化 通过幅频特性看缺点 无源滤波电路的滤波参数随负载变化 有源滤波电路的滤波参数不随负载变化 可放大 不能输出高电压大电流 用电压跟随器隔离滤波电路与负载电阻 有源滤波器 在集成运放基础上增加R C环节组成 有源滤波器的优点 1 有源滤波电路中可加电压串联负反馈 使输入电阻高 输出电阻低 输入输出之间具有良好的隔离 只需把几个低阶滤波电路串起来就可构成高阶滤波电路 无需考虑级间影响 2 除滤波外 还可放大信号 放大倍数容易调节 有源滤波器的缺点 1 不宜用于高频 2 不宜在高电压 大电流情况下使用 3 可靠性较差 4 使用时需外接直流电源 有源滤波器的优点和缺点 有源滤波器的幅频特性 通带放大倍数 通带截止频率 下降速率 理想幅频特性无过渡带 1 通带增益Ao通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数 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 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 3 有源滤波电路的分类 依据幅频响应来区分 高通滤波器 HPF 带通滤波器 BPF 带阻滤波器 BEF 通信电路 抗已知频率的干扰 低通滤波器 LPF 选择填空 在下列几种情况下应该选择哪种类型的滤波电路 低通 高通 带通 带阻 如果有用信号频率为100Hz 如果希望抑制50Hz交流电源的干扰 3 如果有用信号频率低于为400Hz 4 如果希望抑制500Hz以下的信号 回顾与思考 如果把前面所学的阻容耦合放大电路看成一个滤波电路 它属于什么类型 通带电压增益又是多少 二 一阶有源低通滤波电路 对于LPF 频率趋于0时的放大倍数即为通带放大倍数 求解传递函数时 只需将放大倍数中的j 用s取代即可 一阶LPF 经拉氏变换得传递函数 频率趋于0时的放大倍数为通带放大倍数 决定于RC环节 表明进入高频段的下降速率为 20dB 十倍频 为了使过渡带变窄 需采用多阶滤波器 即增加RC环节 在A s 表达式分母中s的方次就是滤波器的阶数 特征角频率 一阶高通滤波电路就是将一阶低通滤波电路中的R和C互换位置 一阶滤波电路的滤波效果还是不够好 过渡带不够陡 所以要用到如二阶 三阶的高阶滤波电路 高阶滤波电路可由一阶滤波电路构成 三 高阶有源滤波电路 两个问题 1 为什么要用高阶滤波电路2 高阶滤波电路的阶数怎么看 截止频率fp 0 37f0 分析方法 电路引入了负反馈利用节点电流法求解输出电压与输入电压的关系 1 简单二阶LPF 引入正反馈 为使fp f0 且在f f0时幅频特性按 40dB 十倍频下降 f 0时 C1断路 正反馈断开 放大倍数为通带放大倍数 f C2短路 正反馈不起作用 放大倍数小 0 因而有可能在f f0时放大倍数等于或大于通带放大倍数 对于不同频率的信号正反馈的强弱不同 2 压控电压源二阶LPF 列P M点的节点电流方程 整理可得 压控电压源二阶LPF的计算 3 二阶有源高通滤波电路 二阶有源高通滤波电路与二阶有源低通滤波电路在电路结构存在对偶关系 同样他们的传递函数和幅频响应也存在着对偶关系 分析过程略 4 二阶有源带通滤波电路 分析略 巴特沃斯巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦 没有起伏 而在阻频带则逐渐下降为零切比雪夫切比雪夫滤波器在过渡带比巴特沃斯滤波器的衰减快 但频率响应的幅频特性不如后者平坦 切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小 但是在通频带内存在幅度波动 贝塞尔贝塞尔 Bessel 滤波器具有最平坦的幅度和相位相应 其相移与频率基本成正比 5 三个名词 运算电路与有源滤波器的比较 相同之处电路中均引入深度负反馈 因而集成运放均工作在线性区 均具有 虚短 和 虚断 的特点 均可用节点电流法求解电路 不同之处运算电路研究的是时域问题 有源滤波电路研究的是频域问题 测试时 前者是在输入信号频