有源低通滤波器简介

1、有源低通滤波器简介一、 滤 波 器 的 分 类有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。它是在运算放大器的基础上增加一些R 、C 等无源元件而构成的。通常有源滤波器分为: 低通滤波器(LPF 高通滤波器(HPF 带通滤波器(BPF 带阻滤波器(BEF 它们的幅度频率特性曲线如图1所示。1 滤波器也可以由无源的电抗性元件构成,称为无源滤波器或晶体滤波器 二、滤波器的用途 滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分,例如,有一个较低频率的信号,其中包含一些较高频率成分的干扰。滤波过程如图2所示。 图2低通滤波器的主要技术指标:(1通带增益A v p 通带增益是指滤波器在通 图3 LPF 的幅频特

2、性曲线频带内的电压放大倍数,如图3所示。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f p 其定义与放大电路的上限截止频率相同。见图自明。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。三、简单一阶低通有源滤波器一阶低通滤波器的电路如图4所示,其幅频特性见图5,图中虚线为理想的情况,实线为实际的情况。特点是电路简单,阻带衰减太慢,选择性较差。 图4 一阶LPF 图5 一阶LPF 的幅频特性曲线当 f = 0时,各电容器可视为开路,通带内的增益为一阶低通滤波器的传递函数如下其中该传递函数式的样子与一节RC 低通环节的频响表达式差不多

3、,只是后者缺少通带增益A v p 这一项。四、简单二阶低通有源滤波器为了使输出电压在高频段以更快的速率下降,以改善滤波效果,再加一节RC 低通滤波环节,称为二阶有源滤波电路。它比一阶低通滤波器的滤波效果更好。二阶LPF 的电路图如图6所示,幅频特性曲线如图7所示。 12p 1R R A v +=(10p I O s A s V s Vs Av +=RC 10=图6 二阶LPF 图7 二阶LPF 的幅频特性曲线(1通带增益 当 f = 0, 或频率很低时,各电容器可视为开路,通带内的增益为(2二阶低通有源滤波器传递函数 通常有C 1=C 2=C ,联立求解以上三式,可得滤波器的传递函数 (3通带

4、截止频率将s 换成 j ,令 可得当f=f p 时,上式分母的模为解得截止频率与理想的二阶波特图相比,在超过 fo 以后,幅频特性以-40 dB/dec 的速率下降,比一阶的下降快。但在通带截止频率 fp 到fo 之间幅频特性下降的还不够快。五、图8为现在普通DVD 上使用的音频滤波电路RR A v fp 1+=RsC s V s V s V A s V v 2N (p o 11(+=+(1(11(1i 2121N s V sC R sC R sC R sC s V +=RCf /1200=020pj3(1f ff f A A v v +=&2j3(10p20p =+f f f f R

5、C f f f 237.037.0275300p =图8这是一个有源低通滤波器,主要作用是对音频解码芯片CS4360输出的音频信号进行低通滤波,把无用的高频信号过滤掉。如果去掉前面一级的RC 低通滤波电路,如下图9, 图9可见这是一个二阶的低通有源滤波器,其中运放为反相输入,输出端通过C3、R4形成两条反馈支路,其优点是电路具有倒相作用,使用元件较少,输出阻抗小,但增益调节对其性能参数会有影响。 其传递函数为,通常取Q =0.707,频响特性如图10所示图10(222p /cc cv Q s s A s A +=24p R R A v =233421C C R R c =c 为了使高频信号在过渡阶段衰减得更快,可在前端再加一级RC滤波,形成一个3阶的低通有源滤波器来满足性能设计的要求。具有理想特性的滤波器是很难实现的,只有用