第五章二有源滤波电路

1 1 fn ;Q 2 RC 3 Auf
电压传输系数： Auf Au fn 2 fn 1 ( ) j f Qf
三、有源带通滤波电路(BPF—Band Pass Filter)
电路只允许某一频段内信号通过，有上限和下限两个截止频 率，将高通滤波电路与低通滤波电 路进行适当组合，就可获得 带通滤波电路。下图为二阶有源带通滤波电路，图中R、C组成低 通电成路，C1、R3组成高通电路，要求RC<R3C1，故低通电路的上 限截止频率fH大于高通电路的下限截止频率fL，两 者之间形成了 一个通带，从而构成了带通滤波电路。
四、有源带阻滤波电路 电路阻止某一频段的信号通过，而让该频段之外的所有信号通 过，从而达到抗干扰的目的。其电路如下图所示。带阻滤波电路可 由低通和高通滤波电路组成，其原理示意图如下图(a)所示，其中， 低通滤波电路的上限截止频率fH应小于高通滤波电路的下限截止频 率fL。因此，电路的阻带为(fL-fH)，如下图(b)所示。
Hale Waihona Puke Baidu
1 下限截止频率：fL 2 R1C1
通带内C1视为短路： 电压放大倍数 Au

Au 1 1 模： 2 2 Auf 12 （ L）

Rf R1

滤波电路—使有用的频率信号通过，同时抑制无用频率成分的电路。 分类： 按处 按处理 按构成 理信 方法 器件分 号分 按频率特性分 低 通 滤 波 器 高 通 滤 波 器 带 通 滤 波 器 带 阻 滤 波 器 一 阶 滤 波 器 按传递函数分 二 阶 滤 波 器 N 阶 …… 滤 波 器
1 解：f 0 2 RC 1 HZ 3 6 2 7.96 10 0.0110 2 KHZ
46.2 Auf 1 1 2.9 R1 24.3 1 1 Q 10 3 Auf 3 2.9
Rf
f 0 2000 BW 200HZ Q 10 Auf 2.9 Au 0 29 3 Auf 3 2.9

特征频率：f n Au

n 1 2 2 RC
Auf
Uo Ui


1 (
f 2 f ) j fn Qf n
RF U p Up Au (1 ) Auf R1 U U p Ui Ui i 由戴维宁定理： 1 R 1 1 jc U Aoc Ui Uo Ui Uo 1 1 1 1 j Rc R R 1 jc jc j Rc 1 R 1 R jc Z0 R / / jc R 1 1 j Rc jc 1 1 jc U p U Aoc U Aoc 1 1 j RC j Z 0C R Z0 jc Uo U p
2.TDA2040单电源（OTL）应用
3.TDA1512集成功放阅读：
课堂练习
课外作业：P200：5.26，5.27、5.28
预习资料：P201～P213 预习作业（准备下堂课回答的问题） 1、振荡的起振条件和振荡的平衡条件是什么？
2、何谓初始信号？振荡信号用什么电路在初始信号中选出？
3、振荡电路有哪几部分组成？各部分都有什么作用？ 4、RC桥式与移相式输入端引入反馈信号方式有何不同？ 5、LC振荡器有哪几种类型电路？ 6、石英晶体有几个谐振频率？各叫什么？
Au 1 ( 其中： fn
Auf f 2 f ) j fn Qf n
n 1 2 2 RC
1 Q 3 Auf
例1.已知 R = 160 k，C = 0.01 F， R1 = 170 k，Rf = 100 k 求该滤波器的截止频率、通带 增益及 Q值。
1 解：特征频率：f n 2 RC 1 fn 99.5 HZ 3 6 2 160 10 0.0110 Rf 100 Auf 1 1 1.588 R1 170 1 1 Q 0.708 3 Auf 3 1.588 Q 0.707时：f H f n 上限截止频率：fH 99.5 HZ
3.典型应用电路
5脚外接电容C3为功放输出电容，构成OTL电路；R1、C4是功率补 偿电路，以抵消扬声器音圈电 感在高频时产生的不良影响，改善 功率放大电路的高频特性和防止高频自激。输入信号ui由C1接同相 输入端3脚，反相输入端2脚接地，故构成单端输入方式。
三、TDA2040 集成功放及其应用
硬 件 滤 波
软 件 滤 波
无 源 滤 波 器
有 源 滤 波 器
模 拟 滤 波 器
数 字 滤 波 器
理想滤波器的频率特性
一、有源低通滤波电路(LPF—Low Pass Filter) 1、电压传输系数： （一）一阶 LPF 1 用简单的RC低通电路与集成运算放大器就可以构成一阶有源低 RF UO UO U p jc 通滤波电路。一阶有源低通滤波器通带内具有增益 Auf，同时，采 Au (1 ) 1 R 用同相输入比例运算电路，可将实际负载 RL与无源RC滤波电路隔开， 1 Ui U p Ui R jc 从而使RL对滤波器特性影响很小。
（二）二阶LPF 在一阶低通滤波电路的基础上，再加一级RC低通电路就构成二阶 有源低通滤波电路。 如下图(a)所示。但图中第一级RC低通电路中 C的下端不接地而接到集成运放的输出端，可在截止频率附近引入 正反馈，使其幅频特性得到改善。由于图中集成运放构成的同相比 例运算电路实际上就是所谓压控电压源，故称图(a)所示电路为二 阶压控电压源低通滤波电路，它的电压增益Auf=1+RF/R1即为滤波器 的通带电压增益。
二、有源高通滤波电路(HPF—High Pass Filter) 高通滤波电路与低通滤波电路具有对偶关系，所以将低通滤波 电路中滤波元件R和C的位置互换，即可得到高通滤波电路,其电路 如下图所示。
通带增益：Auf 1
Rf R1
对于二阶低通、高通电路， Auf 3时, Q 电路产生自激振荡。 为防止自激，应使： Auf<3
电压传输系数： Au Auo 1 jQ(
0 ) 0
Auo f f 1 jQ( 0 ) f0 f
例2.电路如图所示，已知 R = 7.96 k，C = 0.01 F， R3 = 15.92 k，R1= 24.3 k，Rf = 46.2 k 求该电路的中心 频率、带宽 BW及通带最大增益 Au0。
RF Auf 1 通带电压增益 Auf Auf R1 f f 1 上限截止频率 1 j 1 j H H fH 2 RC
Au 2、幅频特性： Auf 1 1 ( f / f H )2 f fH
3、相频特性： arctan
TDA2040集成功率放大器内部有独特的短路保护系统，可以自 动限制功耗，从而保证输出级三极管始终处于安全区域；TDA2040 内部还设置了过热关机等保护电路，使集成电路具有较高可靠性。 其主要参数有：直流电源： 2.5 - 20 V;开环增益：80 dB;功率 带宽：100 kHz;输入阻抗：50 k; 输出功率：22 W (RL = 4 ). 1.TDA2040双电源（OTL）应用 其电路如下图所示，大电容滤除低频成分 ，小电容滤除高频成分。
Up
1 1 [ Ui Uo] j RC 1 j RC 1 1 j RC 1 1 j RC j RC
1

Ui j RC Uo 2 2 (1 j RC ) j RC (1 j RC ) j RC
而： U o Auf U p [1 j RCAuf (1 j RC ) 2 j RC
1 、电压传输系数： Auf Au 0 1 j 2 Q (0 2) Auf f f0 1 j Q ( f 02 f
2
)
2、阻带中心频率：f0
0 1 2 2 RC
RF R1
3、同相比例电压增益：Auf 1 4、品质因数：Q= 1 2(2 Auf ) f0 Q
5、阻带：f L f H
§5.5 集成功率放大器及其应用
集成功率放大器组成：前置级、中间级、输出级、偏置电路 。 特点：输出功率大、效率高 ；有过流、过压、过热保护 ，以保 证器件在大功率状态下安全可靠工作。 一、LM386 集成功放及其应用 LM386 是一种低电压通用集成功率放大器。 1.引脚及其典型应用参数
Auf 1 RF R1

电压传递系数 Au

Uo Ui

1 (
2 ) j n Qn
Auf
1 等效品质因数：Q 3 Auf 正反馈提升了f n附近的Au . 当Auf 3时：Q 电路产生自激振荡。 当Q=0.707和f f n时： 20 lg Au / Auf 3dB 即：f f H 上限截止频率 f 10 f n时： 20 lg Au / Auf 40dB
2.内部电路:由输入级、中间级和输出级等组成。输入级有V2、V4组成双端输入 单端输出差分电路；V3、V5是其恒流源负载；V1、V6是射级跟随器，高 Ri；V7 V12为功率放大电路；V7 为驱动级(I0 为恒流源负载)；V11、V12 用于消除交越失 真 ；V8、V10 构成 PNP 准互补对称 ；1、 8 开路时，负反馈最强，整个 电路的电压放大倍数Au = 20 ，若在1、 8 间外接旁路电容，以短路R5两 端的 交流压降，可使电压放大倍数提高到200；调整RP（典型应用电路图），可使集 成功放电压放大倍数在20～200之间变化；管脚7与地之间外接电解电容C5（典 型应用电路图），C5可与R2组成直流电源去耦电路。
§5.4
例：反相交流放大电路
放大器输出电压： UO 放大电路电压增益： Au

有源滤波电路
Rf U i

R1 1/ jC1 Rf 1
Uo Ui




Rf R1 1/ jC1

R1 1 1 j R1C1
令：Auf
Rf R1
; L
1 R1C1
Au 1 1 则： f Auf 1 j L 1 j L f
2
]U p
Ui (1 j RC ) 2 j RC
解得：[1-( RC) j 3 RC j RCAuf ]U p U i Up Ui 1 ( 1 1 1 ( RC)2 j RC (3 Auf ) 1 ( ) 2 j n Qn 1 f 2 f ) j fn Qf n