二阶有源低通滤波器LPF
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• 1、理解有源滤波器的构成及分类特点； • 2、熟悉有源滤波器的频率特性。
能力目标
• 1、会对运算放大器构成的低通滤波电路进 行分析和参数测量； • 2、会对运算放大器构成的高通滤波电路进 行分析和参数测量。
素质目标
• 1、培养学生自学能力与团队合作能力； • 2、培养学生独立思考、勤于思考、善于提 问的学习习惯； • 3、培养学生良好的沟通交流能力1。
任务4-1 集成运放构成的低通、高通滤波电
路的组建与测试
任务引入
•最简易的扩音器整机电路，可分为前置放大 级、音调控制级和功率放大级三部分。其中 前置放大级我们第二个项目已经学习了，而 音调控制级由低通滤波器和高通滤波器共同 组成，所以需要先从各种滤波器的特性讲述 。
相关知识
1）滤波电路的基础知识。 2）滤波电路的分类 3）有源滤波器与无源滤波器的特性差别。
简易扩音器电路
输入放大电路:主要完成输入的微弱信号的放大，可以有分立元件 的放大电路构成，也可以采用集成运放完成。 音调调整电路:主要完成音频信号的高低音控制，以满足人们对声 音个性化的要求。 功率放大电路:对音频信号进行电压和电流放大，以驱动扬声器发 声，要求功率足够大、失真度要小。 直流稳压电源:为整机提供稳定的直流电压。
布置课堂操作任务
本次课堂训练操作将记录成绩
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任务1：一阶、二阶有源低通滤波器组建与幅频特性测试
第一步 第二步 第三步 搭接一阶、二阶有源低通滤波器； 用示波器观察输入、输出波形。 用波特仪观察幅频特性、相频特性
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有源滤波器
（a）电路 （b）幅频特性 图8-1 一阶同相输入有源低通滤波器
4.1.2 二阶有源低通滤波器（LPF）
在一阶低通滤波器电路的基础上，再加上一级RC低通电路构成了二 阶低通滤波电路。 图8-3（a）中第一级RC低通电 路中的C1的下端没有接地，而 是接到运算放大器的输出端， 目的是在截止频率附近引入正 反馈，使幅频特性得到改善。 该电路的电压放大倍数：
滤波器的特征频率：
H
改进思路：在提升 fH 附近的输出幅度。
4.2 有源高通滤波电路(HPF—High Pass Filter)
Rf R1
· A 20lg u / dB Auf · Uo
10
Q=5 Q=2
8
C
C R R
· Ui
0 3
10
Q=1
Q = 0.707
Auf = 1 + Rf / 通带增益： R1 1 fn 2RC
8 R
· U
i
· U
o
其中， Auf = 1 + Rf / — R1通带放大倍数
fH = 1/2RC — 上限截止频率
C
归一化 · Au 20lg / dB 幅频特 Auf 性 20 dB /十倍频
0 3 f fH
· A 1 u Auf 1 j f / f H
Au 1 20 lg 20 lg Auf 1 ( f / f H )2 arctan( f / f H )
滤波电路 分类： 按处理 方法分
— 有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。
硬件滤波 软件滤波
按构成 器件分
无源滤波器 有源滤波器
按所处理 信号分
模拟滤波器 ห้องสมุดไป่ตู้字滤波器
低通滤波器 按频率 特性分 高通滤波器 按传递 函数分
一阶滤波器 二阶滤波器 : N 阶滤波器
带通滤波器
带阻滤波器
理想滤波器的频率特性
模拟电子技术
吴晓燕
项目四 扩音器的制作
2.1
2.2 2.3
项目描述 项目资讯
项目实施
2.4
项目评价与总结
4.1 项目描述
在大型的会议室、商场、学校里，在促销、旅游及健身等活动中， 有一种电子设备是必备的，那就是扩音器。最简易的扩音器整机电路，可 分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分。其中前置放大级我们 第二个项目已经学习了，而音调控制级由低通滤波器和高通滤波器共同组 成，所以需要先从各种滤波器的特性讲述。
·
二、 二阶 LPF 1. 简单二阶 LPF
Rf
A 20lg u / dB Auf
10 0 –40 dB/ 十倍频
·
R1
8 R R C
U· i
· U P
C
Uo
·
10 20 30 40
1 通带增益： Auf = 1 + R= f/ R 问题：在 f f 1 附近，输出幅度衰减大。
f / fH
图8-3（a）低通滤波器电路图 ，等效品质因数 。
有源滤波器
图8-3（b）Q=0.707 当Rf=5.85kΩ 时，Q=0.707，这时的幅频特性比较平坦，电路的特征频率 的 上截止频率 ，如图8-3（b）所示。
有源滤波器
20lg Au
·
20lg Au
f
·
20lg Au
f
·
20lg Au
f
·
通 阻 低通
阻 通 高通
阻 通 阻 通阻通 带通 带阻
f
4.1 有源低通滤波电路(LPF—Low Pass 1 Filter ) 一、一阶 LPF · Auf U Rf j C Rf o · Au · (1 ) f 1 Ui R1 1 j R1 R fH j C
理论上在滤波器通带内电压放大倍数 ，上截止频率 ，用波特 图示仪测得 ， 。将电路相关元件参数代入公式计 =1.592kHz， （20lg3=9.542dB），理论计算和 仿真仪器测量结果基本一致。
2. 反相输入低通滤波器电路
（a）电路 （b）幅频特性 图8-2 一阶有源反相输入低通滤波器 图8-2（a）为反相输入低通滤波器电路，电路的电压放大倍数 （20lg2=6.02dB），上截止频率 。图8-2（b）为 幅频特性,测量出放大器增益为6dB，上截止频率为1.585kHz。理论计算和仪 器测量结果基本一致。图8-2（a）中将低通滤波电路R、C原件接入负反馈电 路。虽然前后两个滤波电路不同，但R、C元件参数相同，所以幅频特性是一 样的。上述两个电路也可应用“交流分析”法测量它们的幅频特性。
20
30 40 1
f / fn Q = 1/(3 Auf) ，电路产生自激振荡 Auf = 3 时， Q ， A u
二阶低通、高通，为防止自激，应使 Auf < 3。
本次任务
• 一阶、二阶有源低通滤波器组建与幅频特性 测试
• 一阶、二阶有源高通滤波器组建与幅频特性 测试
知识目标
能力目标
• 1、会对运算放大器构成的低通滤波电路进 行分析和参数测量； • 2、会对运算放大器构成的高通滤波电路进 行分析和参数测量。
素质目标
• 1、培养学生自学能力与团队合作能力； • 2、培养学生独立思考、勤于思考、善于提 问的学习习惯； • 3、培养学生良好的沟通交流能力1。
任务4-1 集成运放构成的低通、高通滤波电
路的组建与测试
任务引入
•最简易的扩音器整机电路，可分为前置放大 级、音调控制级和功率放大级三部分。其中 前置放大级我们第二个项目已经学习了，而 音调控制级由低通滤波器和高通滤波器共同 组成，所以需要先从各种滤波器的特性讲述 。
相关知识
1）滤波电路的基础知识。 2）滤波电路的分类 3）有源滤波器与无源滤波器的特性差别。
简易扩音器电路
输入放大电路:主要完成输入的微弱信号的放大，可以有分立元件 的放大电路构成，也可以采用集成运放完成。 音调调整电路:主要完成音频信号的高低音控制，以满足人们对声 音个性化的要求。 功率放大电路:对音频信号进行电压和电流放大，以驱动扬声器发 声，要求功率足够大、失真度要小。 直流稳压电源:为整机提供稳定的直流电压。
布置课堂操作任务
本次课堂训练操作将记录成绩
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任务1：一阶、二阶有源低通滤波器组建与幅频特性测试
第一步 第二步 第三步 搭接一阶、二阶有源低通滤波器； 用示波器观察输入、输出波形。 用波特仪观察幅频特性、相频特性
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有源滤波器
（a）电路 （b）幅频特性 图8-1 一阶同相输入有源低通滤波器
4.1.2 二阶有源低通滤波器（LPF）
在一阶低通滤波器电路的基础上，再加上一级RC低通电路构成了二 阶低通滤波电路。 图8-3（a）中第一级RC低通电 路中的C1的下端没有接地，而 是接到运算放大器的输出端， 目的是在截止频率附近引入正 反馈，使幅频特性得到改善。 该电路的电压放大倍数：
滤波器的特征频率：
H
改进思路：在提升 fH 附近的输出幅度。
4.2 有源高通滤波电路(HPF—High Pass Filter)
Rf R1
· A 20lg u / dB Auf · Uo
10
Q=5 Q=2
8
C
C R R
· Ui
0 3
10
Q=1
Q = 0.707
Auf = 1 + Rf / 通带增益： R1 1 fn 2RC
8 R
· U
i
· U
o
其中， Auf = 1 + Rf / — R1通带放大倍数
fH = 1/2RC — 上限截止频率
C
归一化 · Au 20lg / dB 幅频特 Auf 性 20 dB /十倍频
0 3 f fH
· A 1 u Auf 1 j f / f H
Au 1 20 lg 20 lg Auf 1 ( f / f H )2 arctan( f / f H )
滤波电路 分类： 按处理 方法分
— 有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。
硬件滤波 软件滤波
按构成 器件分
无源滤波器 有源滤波器
按所处理 信号分
模拟滤波器 ห้องสมุดไป่ตู้字滤波器
低通滤波器 按频率 特性分 高通滤波器 按传递 函数分
一阶滤波器 二阶滤波器 : N 阶滤波器
带通滤波器
带阻滤波器
理想滤波器的频率特性
模拟电子技术
吴晓燕
项目四 扩音器的制作
2.1
2.2 2.3
项目描述 项目资讯
项目实施
2.4
项目评价与总结
4.1 项目描述
在大型的会议室、商场、学校里，在促销、旅游及健身等活动中， 有一种电子设备是必备的，那就是扩音器。最简易的扩音器整机电路，可 分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分。其中前置放大级我们 第二个项目已经学习了，而音调控制级由低通滤波器和高通滤波器共同组 成，所以需要先从各种滤波器的特性讲述。
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二、 二阶 LPF 1. 简单二阶 LPF
Rf
A 20lg u / dB Auf
10 0 –40 dB/ 十倍频
·
R1
8 R R C
U· i
· U P
C
Uo
·
10 20 30 40
1 通带增益： Auf = 1 + R= f/ R 问题：在 f f 1 附近，输出幅度衰减大。
f / fH
图8-3（a）低通滤波器电路图 ，等效品质因数 。
有源滤波器
图8-3（b）Q=0.707 当Rf=5.85kΩ 时，Q=0.707，这时的幅频特性比较平坦，电路的特征频率 的 上截止频率 ，如图8-3（b）所示。
有源滤波器
20lg Au
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20lg Au
f
·
20lg Au
f
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20lg Au
f
·
通 阻 低通
阻 通 高通
阻 通 阻 通阻通 带通 带阻
f
4.1 有源低通滤波电路(LPF—Low Pass 1 Filter ) 一、一阶 LPF · Auf U Rf j C Rf o · Au · (1 ) f 1 Ui R1 1 j R1 R fH j C
理论上在滤波器通带内电压放大倍数 ，上截止频率 ，用波特 图示仪测得 ， 。将电路相关元件参数代入公式计 =1.592kHz， （20lg3=9.542dB），理论计算和 仿真仪器测量结果基本一致。
2. 反相输入低通滤波器电路
（a）电路 （b）幅频特性 图8-2 一阶有源反相输入低通滤波器 图8-2（a）为反相输入低通滤波器电路，电路的电压放大倍数 （20lg2=6.02dB），上截止频率 。图8-2（b）为 幅频特性,测量出放大器增益为6dB，上截止频率为1.585kHz。理论计算和仪 器测量结果基本一致。图8-2（a）中将低通滤波电路R、C原件接入负反馈电 路。虽然前后两个滤波电路不同，但R、C元件参数相同，所以幅频特性是一 样的。上述两个电路也可应用“交流分析”法测量它们的幅频特性。
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f / fn Q = 1/(3 Auf) ，电路产生自激振荡 Auf = 3 时， Q ， A u
二阶低通、高通，为防止自激，应使 Auf < 3。
本次任务
• 一阶、二阶有源低通滤波器组建与幅频特性 测试
• 一阶、二阶有源高通滤波器组建与幅频特性 测试
知识目标