模电第八章PPT课件

UUR1R 1RFUoA Uuop
U i R U M U R U M (U o U M )jC 0
U MU R
jCU
A uU U o i 1(3A u)pjA R up C (j R)2 C 1(
Aup
f )2 j 1
f0
Q
f f0
其中
Aup
1 RF R1
1
f0 2RC
1 Q
第八章 信号处理电路
理想滤波器的幅频特性
低通滤波器（LPF）
高通滤波器（HPF）
直流电源的滤波
阻容耦合
带通滤波器（BPF）
通信电路
带阻滤波器（BEF））
抗已知频率的干扰
第八章 信号处理电路
3. 无源滤波电路和有源滤波电路
空载时 带负载时
空A 载 u p1：
1 fp2 π RC
A u1 1 jf
Au
•
UO
•
Ui
1 R2
R1
Aup
1 jRC 1j f
f0
第八章 信号处理电路
A up
1
R2 R1
频率趋于0时的 放大倍数为通带 放大倍数
1 f0 2πRC
特征频率 决定于RC环节
A u
A up 1 j f
f0
表明进入高频段 的下降速率为 －20dB/十倍频
一阶低通有源滤波器与无源低通滤波器的通带截止频率相同；
[解]: 特征频率
1
1
f0 2 R 2 C 1 6 1 0 3 0 0 .0 1 1 6 0 9 .5 ( 9 z
Aup1R R1f 11170001.588
Q = 1/(3 Aup) = 1/(3 1.588) = 0.708
一阶、二阶低通有源滤波电路幅频特性的比较
20lg Au / dB Aup
-0
-20
理想特性 －20dB/十倍频
－40dB/十倍频
-40
0.1
1
f
10
f0
第八章 信号处理电路
例 8.1 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。
第八章 信号处理电路
8.1.2 低通滤波器(LPF)
一、一阶低通滤波器（同相输入）
低通滤波器用来通过低频信号，抑制或衰减高频信号。
Af(ω)=Uo/Ui称为滤波电路增益或电压传递函数。
1
•
u
jC
1
R
•
Ui
Ui
1 jRC
jC
u
R1 R1 R2
•
UO
根据“虚短”，“虚断”：
u u
电压串联负反馈
带A 载 u pR R ： L R L
1 fp2 π (R ∥ R L )C
A uA u p ffp 1 j
fp
存在问题：1、电压放大倍数低，最大为1；2、带负载 能力差：负载变化，通带放大倍数和截止频率均变化。
解决办法：利用集成运放与 RC 电路组成有源滤波器。
有源滤波电路
第八章 信号处理电路
3 Aup
Au
1 第八章Q 信 号处1 理电路
Aup 1( f )2 j 1 f
3 Aup
f0
Q f0
ff0时A u ， 3 A u A pup Q A up
当 2 A u p 3 时 A u f f ， 0 A u p
Q — 等效品质因数 物理意义：f=f0时的电压放大 倍数与通带放大倍数之比。
缺点：在 f > f 0 时，对数幅频特 性下降速度为 20 dB / 十倍频， 过渡带太宽，与理想的幅频特性 相差甚远。
为了使过渡带变窄，采用多阶滤波器，即增加 RC 环节。
第八章 信号处理电路
二、二阶低通滤波器
1、简单二阶LPF
-3dB
电路引入了负反馈，利用 虚短，虚断求解可得：
Au
(1R2) R1 1(
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 C1 作用，放大倍数小→0 ；
C2
引入正反馈
在 f=f0附近形成正反馈，不致造成自激振荡，使f0附近的电压 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。
定量计算：
第八章 信号处理电路
用电压跟随器 隔离滤波电路 与负载电阻
无源滤波电路的电路特点：无源滤波电路的滤波参数 随负载变化；可以用于高电压输入、大电流负载的情况。
有源滤波电路的电路特点：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，只适用于信 号处理，输出电压受电源电压的限制，输入电压应保证集成 运放工作在线性区；频率响应受组成它的晶体管、集成运放 频率参数的限制。
模拟滤波器 数字滤波器
按传递 函数分
一阶滤波器
二阶滤波器 :
N 阶滤波器
第八章 信号处理电路
低通滤波器（LPF）的频率 （幅频）特性
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
通带放大倍数
理想幅频特性 无过渡带
通带截止频率
下降速率
用幅频特性描述滤波特性，要研究 Aup、Au ( fP、下降速率)。
但通带电压放大倍数得到提高。
（1）改变电阻R2和R1的阻值可调节通带电压放大倍数 （2）改变截止频率，应调整RC
第八章 信号处理电路
一阶低通滤波器幅频特性 •
理想低通滤波器
Au
•
Aup
1
1 jf
/
f0
•
20lgA•u Auf
20lg
1 1(f / f0)2
归一化幅频特性
通带截止频率fP ＝ 特征频率f0
f
1 )23j
f
f0
f0
由幅频特性可见，在高频段，衰
减的斜率为 40 dB /十倍频，但 fp远离f0 ，其幅频特性与理想低 通滤波器相差较大。
1 f0 2πRC
特征频率百度文库
截止频率 fp ≈ 0.37f0
第八章 信号处理电路
2、实用二阶LPF（压控电压源二阶LPF）
为使 fp=f0，且在f=f0时幅频特性按－40dB/十倍频下降。 定性分析：只要参数选择合适 C1=C2=C
第八章 信号处理电路
8.1 有源滤波器 8.2 电压比较器
第八章 信号处理电路
8.1 有源滤波器
8.1.1 滤波电路的作用和分类
1. 滤波电路的作用
选频－－使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。
2、滤波器的分类
按处理 方法分
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 的信号分
Aup = 3 时 Q f = f0 A·u
电路产生自激振荡
正反馈提升了 f 0 附近的 Au。 Q=1, 幅频特性较理想 为保证电路稳定工作，要求RF< 2R1
第八章 信号处理电路
结论：将电容C1接地的一端改接到运放的输出端，形成正反 馈后，可使输出电压的幅度在f = f0范围内得到加强，如果Q值 合适，其幅频特性比较接近理想情况。