第四章 频率响应

1、4.2.2 滤波器的分类滤波器的分类4.2.1 放大器的频率响应放大器的频率响应4.2.3 有源滤波器有源滤波器4.2.3 开关滤波器开关滤波器4.2.1 放大器的频率响应放大器的频率响应 在实际的电子系统中，输入信号往往包含一些在实际的电子系统中，输入信号往往包含一些不需要的信号成分，必须设法将它不需要的信号成分，必须设法将它衰减到足够小衰减到足够小的的程度，或者程度，或者把有用信号挑选出来把有用信号挑选出来。对输入信号中的。对输入信号中的某一特定频率和某一频带成分的信号某一特定频率和某一频带成分的信号具有选择性的具有选择性的网络称为滤波器。网络称为滤波器。 一、频率响应的基本概念一、频率响

2、应的基本概念1. 研究的问题：研究的问题： 放大电路对信号频率的适应程度，即放大电路对信号频率的适应程度，即信信号频率对放大倍数的影响。号频率对放大倍数的影响。 由于放大电路中由于放大电路中耦合电容、旁路电容、耦合电容、旁路电容、半导体器件极间电容半导体器件极间电容的存在的存在，使放大倍数为使放大倍数为频率的函数。频率的函数。 在使用一个放大电路时应了解其信号频在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。信号频率的范围要求。 fOAum(1)(1)幅频特性幅频特性和和相频特性相频特性)()( ffAAuu A

3、u( f ) 幅频特性幅频特性 ( f ) 相频特性相频特性0.707AumfOAuf L 下限截止频率下限截止频率 f H 上限截止频率上限截止频率 (2) 频带宽度频带宽度( (带宽带宽) )BWBW = f H - - f L f HfLfH2 2、频率响应：、频率响应： 当输入不同频率的正弦波信号时，电路的放当输入不同频率的正弦波信号时，电路的放大倍数便成为大倍数便成为频率的的函数，函数，这种函数关系称为这种函数关系称为频率响应频率响应或或频率特性频率特性。1. 1. 放大电路的频率参数放大电路的频率参数 在低频段在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电，随着信号频率逐渐降低，

4、耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。高通高通电路电路低通低通电路电路 在高频段在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。损失，放大能力下降。下限频率下限频率上限频率上限频率LHbwfff-二、二、 晶体管及其单级放大电路的频率特性晶体管及其单级放大电路的频率特性单管共射放大电路及其等效电路单管共射放大电路及其等效电路2. 单管共射单管共射 放大电路的频率特性放

5、大电路的频率特性（1）单管共射放大电路的）单管共射放大电路的中频等效电路中频等效电路（2）单管共射放大电路的）单管共射放大电路的低频等效电路低频等效电路（3）单管共射放大电路的）单管共射放大电路的高频等效电路高频等效电路四、全频段频率响应（波特图四、全频段频率响应（波特图P157）.j. (1j)(1)(1j)(1j)usmLusmuuLLHHffAAAAffffffff-或已知已知: 某电路的波特图如图所示，试写出某电路的波特图如图所示，试写出uA的表达式。的表达式。 设电路为基本共射放大电路或基本共源放大电路。设电路为基本共射放大电路或基本共源放大电路。)10j1)(10j1 (3.2j

6、)10j1)(j101 (3255fffAffAuu-或4.2.2 滤波器的分类滤波器的分类一、按元件分类一、按元件分类 有源滤波器、无源滤波器、陶瓷滤波器、晶体滤波器、有源滤波器、无源滤波器、陶瓷滤波器、晶体滤波器、机械滤波器、锁相环滤波器、开关电容滤波器等机械滤波器、锁相环滤波器、开关电容滤波器等 二、按信号处理的方式分类二、按信号处理的方式分类 模拟滤波器、数字滤波器模拟滤波器、数字滤波器 三、三、按通频带分类按通频带分类 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）、带通滤波器（波器（BPF）、带阻滤波器（）、带阻滤波器（BEF）等）等 高通滤波器（

7、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）理想滤波器的幅频特性理想滤波器的幅频特性阻容耦合阻容耦合通信电路通信电路抗已知频率的干扰抗已知频率的干扰低通滤波器（低通滤波器（LPF）四、按通带滤波特性分类四、按通带滤波特性分类（P158） 最大平坦型（巴特沃斯型）滤波器、等波纹型（切比最大平坦型（巴特沃斯型）滤波器、等波纹型（切比雪夫型）滤波器、线性相移型（贝塞尔型）滤波器、椭圆雪夫型）滤波器、线性相移型（贝塞尔型）滤波器、椭圆滤波器等滤波器等 pppj11 21 1ffARCfAuu空载：OLpiLpLpp1 2 () 1juuuURAURRfRR CA

8、Aff带载：空载时空载时带负载时带负载时4.2.3 有源滤波器有源滤波器 负载变化，通负载变化，通带放大倍数和截带放大倍数和截止频率均变化。止频率均变化。一、一、 有源滤波器的特点有源滤波器的特点 无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电路的滤波参数不随负载变化；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；受运放的限制，可放大，不能输出高电压大电流；受运放的限制，其工作频率不适用于高频其工作频率不适用于高频 。有源滤波电路有源滤波电路 用电压跟随用电压跟随器隔离滤波电器隔离滤波电路与负载电阻路与负载电阻二二 、一阶有源滤波电路一阶有

9、源滤波电路 通带放大倍数通带放大倍数)1(j1j11fioRRCRCUUAu 1.低通滤波电路（低通滤波电路（P160）Rf8CR1RoUiUHfj1ffAu 其中其中 Auf = 1 + Rf /R1fH = 1/2 RC 上限截止频率上限截止频率Hf j11f/fAAuu 2Hf)/(11lg20lg20ffAAuu )/( arctanHff- - fHfdB/lg20fuuAA0- -3- -20 dB /十倍频十倍频ffo111j(1)(1)1jiRRCUUURRRCU( = 1/RC)2.高通滤波电路高通滤波电路21uL11RRAfjf-21u2L11RRAffLarctanff三

10、、三、 二阶有源低通滤波电路二阶有源低通滤波电路1. 简单二阶简单二阶LPF8CR1RCRRfoUiUPU通带增益：通带增益： Auf = 1 + Rf/R1问题：问题：在在 f = fH 附近，输出幅度衰减大附近，输出幅度衰减大。40 dB/ 十倍频十倍频- -40f / fH0- -10- -2010- -301dB/lg20fuuAA改进思路：改进思路：在提升在提升 fH 附近的输出幅度。附近的输出幅度。8CR1RfRCRoUiURCf 212nn Q = 1 / (3 - - Auf)Q 等效品质因数等效品质因数- -40f / fn0- -3- -10- -2010- -30Q =

11、0.707Q = 1Q = 2Q = 51dB/lg20fuuAAof2inn1 ()juuUAAffUfQf-正反馈提升了正反馈提升了 f n 附近的附近的 Au。Auf = 3 时时 Q 电路产生电路产生自激自激振荡振荡 uA40 dB/十倍频十倍频特征频率：特征频率：当当 Q = 0.707 时，时，fn = fH。2. 二阶有源低通滤波电路二阶有源低通滤波电路（P161）（P162）Auf = 1 + Rf / R13、有源高通滤波有源高通滤波电路电路( (HPFHigh Pass Filter) )8CR1RfRCRoUiU通带增益：通带增益： Auf = 1 + Rf / R1RCf 21nQ = 1/(3 - - Auf)f / fn0- -3- -10- -2010- -30- -40Q = 0.707Q = 1Q = 2Q = 51dB/lg20fuuAAAuf = 3 时，时，Q ， uA电路产生电路产生自激自激振荡振荡二阶低通、高通，