第五章 有源滤波器及比较器

1、 有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。的放大器。 滤波器的功能：对频率进行选择滤波器的功能：对频率进行选择, ,过滤掉噪声过滤掉噪声和干扰信号，保留下有用信号。和干扰信号，保留下有用信号。 5.4 有源滤波电路有源滤波电路 滤波器的分类： 低通滤波器（低通滤波器（LPF） 高通滤波器（高通滤波器（HPF） 带通滤波器（带通滤波器（BPF） 带阻滤波器（带阻滤波器（BEF） 有源滤波器的频响有源滤波器的频响 本章讨论由运放及RC元件构成的滤波器。 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

2、率成分的干扰。RCR1. 一阶一阶RC低通滤波器低通滤波器(无源无源)iU oU RC10 j1Rj1UUioRCj11 0j11 CC0j11)j (T 传递函数传递函数20)(11)j (T 幅频特性幅频特性一一. 低通有源滤波器低通有源滤波器20)(11)j (T ioUU0 10.707 0截止频率截止频率此电路的缺点：此电路的缺点：1、带负载能力差。、带负载能力差。2、无放大作用。、无放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。、特性不理想，边沿不陡。幅频特性、幅频特性曲线幅频特性、幅频特性曲线iU oU RCRoF11URRRU UURR1RFC+-+iU oU 2.一阶有源低通滤波器一阶

3、有源低通滤波器Cj11)RR1(UU1Fio 传递函数传递函数RCiUCj1RCj1U iUCj11 RC传递函数中出现传递函数中出现 的一次项的一次项,故称为一故称为一阶滤波器阶滤波器幅频特性：幅频特性：201Fio)(11)RR1(UU )RC1(0 相频特性：相频特性：0arg RR1RFC+-+iU oU 幅频特性及幅频特性曲线幅频特性及幅频特性曲线ioUU0 1+RF/R10.707(1+RF/R1) 0Cj11)RR1(UU1Fio 传递函数传递函数RC1、0 时：时：)RR1(UU1Fio 有放大作用有放大作用3、运放输出，带负载能力强。运放输出，带负载能力强。2、0 时：时：2

4、1)RR1(UU1Fio 幅频特性与一阶无幅频特性与一阶无源低通滤波器类似源低通滤波器类似电路特点电路特点:3.二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器UAUOoCj1UURUURUUoPPPi PPURCj11UCj1RCj1U Qj)(1AUUjo2oOio）（ARR1RFC+-+iU oU CRP，A0=1+RF/R1传递函数中出现传递函数中出现 的二次项的二次项,故称为二阶滤波器故称为二阶滤波器RC1A31QoO， 以上两式表明，当 时，Q1，在 处的电压增益将大于 ，幅频特性在 处将抬高。 32O A0ff OA0ff OO)0(31QAAAQff 当Ao3时，Q =，有源滤波器自激。由

5、于将C1接到输出端，等于在高频端给LPF加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高，甚至可能引起自激。幅频特性曲线幅频特性曲线二二. . 高通有源滤波器高通有源滤波器oF11URRRU UUiUCj1RCj1U iUCj11 R1 RCRR1RFC+-+iU oU 高通高通Cj11)RR1(UU1Fio 传递函数传递函数1 RC1.一阶有源高通滤波器一阶有源高通滤波器幅频特性及幅频特性曲线幅频特性及幅频特性曲线Cj11)RR1(UU1Fio 传递函数传递函数1 RC幅频特性：幅频特性：201Fio)(11)RR1(UU 0 ioUU0 1+RF/R10.707(1+RF/R1) 0RR1R

6、FC+-+iU oU 2. 二阶有源高通滤波器二阶有源高通滤波器由此绘出频率响应特性曲线由此绘出频率响应特性曲线 (1)(1)通带增益通带增益1fO+1=RRA(2)(2)频率响应频率响应其中：其中：Qj)(1AUUjo2oOio）（ARC1A31QoO，结论：当ff0时，幅频特性曲线的斜率 为+40 dB/dec； 当AO3时，电路自激。频率响应特性曲线频率响应特性曲线 可由低通和高通串联得到可由低通和高通串联得到1111CR 必须满足必须满足A0A2A1A0阻阻带带通通带带阻阻带带通通带带OO 1 2 AA0O 2 1通通带带阻阻带带阻阻带带低通特征角频率低通特征角频率2221CR 高通特

7、征角频率高通特征角频率12 三三. 有源带通滤波器有源带通滤波器 可由低通和高通并联得到可由低通和高通并联得到必须满足必须满足12 A0A2A1A0阻阻带带通通带带阻阻带带通通带带OO 1 2 AA0O 1 2通通带带阻阻带带通通带带四四. 有源带阻滤波器有源带阻滤波器5.5 5.5 比较器比较器 将一个模拟电压信号与一将一个模拟电压信号与一参考电压参考电压相比较，输相比较，输出一定的高低电平。出一定的高低电平。功能：功能：特性：特性：运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系的关系uo=f(ui)是非线性函数。是非线性函数。1. 1. 运放工作在非

8、线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。运放工作在非线性状态基本分析方法运放工作在非线性状态基本分析方法2. 2. 运放工作在非线性状态的分析方法：运放工作在非线性状态的分析方法： 若若U+U- 则则UO=+UOM； 若若U+U- 则则UO=-UOM。 虚断（运放输入端电流虚断（运放输入端电流=0） 注意：此时不能用虚短！注意：此时不能用虚短！uoui0+UOM-UOM+uoui1. 过零比较器过零比较器: （门限电平（门限电平=0）+uouiuoui0+UOM-UOM一一. .单门限电压比较器单门限电压比较器+uouituituo+Uom-Uo

9、m例题：利用电压比例题：利用电压比较器将正弦波变为较器将正弦波变为方波。方波。2. 单门限比较器（与参考电压比较）单门限比较器（与参考电压比较）+uouiUREFuoui0+Uom-UomUREFUREF为参考电压为参考电压当当ui UREF时时 , uo = +Uom当当ui UREF时时 , uo = -Uom 运放处于运放处于开环状态开环状态+uouiUREFuoui0+Uom-UomUREF当当ui UREF时时 , uo = -Uom 若若ui从反相端输入从反相端输入+uiuoui0+UZ-UZ用稳压管稳定输出电压用稳压管稳定输出电压uo UZuoui0+UOM-UOM+uoui忽略

10、了忽略了UD3. 限幅电路限幅电路使输出电压稳定使输出电压稳定稳幅电路的另一种形式：稳幅电路的另一种形式：将双向稳压管接在负反馈回路上将双向稳压管接在负反馈回路上+uiuo UZR R_uoui0+UZ-UZR =R二二. 迟滞比较器迟滞比较器1.迟滞比较器迟滞比较器特点特点:电路中使用正反馈。电路中使用正反馈。1、因为有正反馈，所以输、因为有正反馈，所以输出饱和。出饱和。2、当、当uo正饱和时正饱和时(uo =+UOM) ：+om211+UURRRUT T 3、当、当uo负饱和时负饱和时(uo =-UOM) ：-om211+UURRRUT T +uoRR2R1uiU+uoRR2R1uiU+迟

11、滞比较器迟滞比较器uoui0+Uom-UomUT+UT-设设ui , 当当ui = UT+, uo从从+UOM -UOM传输特性传输特性uoui0+Uom-UomUT+UT-UT+上门限电压上门限电压UT-下门限电压下门限电压UT+- UT-称为回差称为回差om211URRR +UT Tom211URRR -UT TtuiUT+UT-tuoUom-Uom例例:设输入为正弦波设输入为正弦波, 画出输出的波形。画出输出的波形。+uoRR2R1uiU+REFZURRRURRRU212211TREFZURRRURRRU212211T加上参考电压后的迟滞比较器：加上参考电压后的迟滞比较器：上下限：上下限

12、：uoui0UT-UT+传输特性传输特性+UZ-UZ例题：例题：R1=10k ，R2=10k ，UZ=6V， UR=10V。当。当输入输入ui为如图所示的波形时，画为如图所示的波形时，画 出输出出输出uo的波形。的波形。上下限：上下限：V8212211TRZURRRURRRUV3212211TRZURRRURRRU3V8Vuiuo+UZ-UZ1.电路结构电路结构由滞回比较电路和由滞回比较电路和RC定时电路构成的定时电路构成的omURRRU211TomURRRU211T上下限上下限:+RR1R2Cucuo5.6 方波发生器方波发生器2.工作原理：工作原理：(1) 设设 uo = + UOM , 此时，输出给此时，输