模拟电子技术 课件 22 有源滤波器

模拟电子技术梁长垠教授梁长垠教授项目三集成运算放大电路的制作与测试有源低通滤波器01有源高通滤波器02有源带通滤波器03有源带阻滤波器04全通型滤波器05一、有源低通滤波器1.一阶有源低通滤波器在无源低通滤波电路的输出接同相比例运算放大器的输入端，即可组成一阶有源低通滤波器电路。根据运算放大器的“虚短”和“虚断”的概念，可得出电路的电压放大倍数为其中，（a）一阶有源低通滤波器

（b）一阶有源低通滤波器幅频特性Aup和f0分别是通带放大倍数（频率f=0时的电压放大倍数）和特征频率。通带截止频率与一阶无源低通滤波器完全相同，只是引入集成运算放大器后，通带的放大倍数与带负载能力得到了提高。一、有源低通滤波器

一阶有源低通滤波器电路与幅频特性仿真波形一阶无源低通滤波器电路幅频特性仿真波形一、有源低通滤波器2.二阶有源低通滤波器为了使输出电压在高频段以最快的速度下降，加大斜率衰减，使过渡带变窄以改善滤波，效果，可采用再增加一阶RC低通滤波电路的方法，称为二阶有源低通滤波器。电路结构与幅频特性如图。将两级RC低通环节串在一起，信号经过二阶低通削减后由运放进行放大，其通带放大倍数与一阶电路相同，即最大放大倍数为运放的最大放大倍数，不受其他限制，但其阻带衰减数率为-40dB/十倍频。电路的电压放大倍数为通带截止频率为一、有源低通滤波器

二阶有源低通滤波器电路与幅频特性仿真波形二阶有源低通滤波器电路幅频特性仿真波形一、有源低通滤波器3.二阶有源压控低通滤波器将第一阶RC的电容不直接接地，而是接在运放的输出端，通过引入反馈以改善截止频率附近的幅频特性。因电路引入正反馈后使电压放大倍数在一定程度上受输出电压控制，且输出电压近似为恒压源，所以该电路也称压控电压源二阶低通滤波器。电路结构如图。当R=R1=R2,C=C1=C2时，称f0=1/2πRC为电路的特征频率。通过调试电路相关参数，使其带通截止频率与一阶低通滤波器相同。当信号频率趋于零时，由于电容C1的电抗趋于无穷大，因而正反馈很弱；当信号频率趋于无穷大时，由于C2的电抗趋于零，此时运放同相端的电位趋于零。

当信号频率为零时，集成运放的同相输入端电位与输入信号信号相

等，因此电路的通带放大倍数、特征频率与一阶低通滤波器相同有源低通滤波器01有源高通滤波器02有源带通滤波器03有源带阻滤波器04全通型滤波器05二、有源高通滤波器1.一阶有源高通滤波器由RC与集成电路组成的一阶无源高通滤波器电与幅频特性路如左图所示，高通滤波器从电阻两端取输出电压。一阶有源高通滤波器二阶有源高通滤波器一阶有源HPF的幅频特性二阶有源HPF的幅频特性2.二阶有源高通滤波器在输入路径中使用额外的RC网络，即可将一阶高通有源滤波器转换为二阶高通滤波器对一阶有源高通滤波器：二阶高通滤波器的频率响应与一阶类型的相同，只是阻带滚降将是一阶滤波器的两倍，频率为

40dB/十倍频程。二、有源高通滤波器3.二阶有源压控高通滤波器实用的二阶有源高通滤波器电路如图所示。同样的分析可得二阶有源压控高通滤波器二、有源高通滤波器

一阶有源高通滤波器电路与幅频特性仿真波形一阶有源高通滤波器电路幅频特性仿真波形二阶有源高通滤波器电路幅频特性仿真波形有源低通滤波器01有源高通滤波器02有源带通滤波器03有源带阻滤波器04全通型滤波器05三、有源带通滤波器1.有源带通滤波器组成若将有源低通滤波器与有源高通滤波器串联在一起，并且使有源低通滤波器的通带截止频率fH大于有源高通滤波器的通带截止频率fL，则频率在fL<f<fH范围内的信号就可以通过，其余频率的信号不能通过，这样就构成了带通滤波器。实用的压控电压源带通滤波器电路。电路中，R1、C1组成低通滤波器，R2、C2组成高通滤波器，R3引入正反馈，实现输出电压（电压源）对电压放大倍数的控制。2.实用有源带通滤波器通常选取C1=C2=C,R1=R，R2=2R有源低通滤波器01有源高通滤波器02有源带通滤波器03有源带阻滤波器04全通型滤波器05四、有源带阻滤波器1.有源带阻滤波器组成带阻滤波器可以由低通滤波器与高通滤波器并联组合得到。2.有源带阻滤波器原理电路由RC组成的双T型网络与集成运算放大器组成。其中，R1、R2和电容C1组成的T型网络为低通滤波器，C2、C3与R3组成的T型网络为高通滤波器；并将电阻R3接在集成运算放大器的输出端引入正反馈，以提高通带截止频率处的电压放大倍数，减小阻带宽度，提高电路的选择性。通常选取C2=C3=C，C1=2C，R1=R2=R，R3=R/2。当信号频率趋于零活无穷大时，集成运放的同相输入端电位，故通带电压放大倍数就是集成运放电路的比例系数，有源低通滤波器01有源高通滤波器02有源带通滤波器03有源带阻滤波器04全通型滤波器05五、全通型滤波器1.全通滤波器的定义从零到无穷大频率的信号都可以通过，即只有通带而没有阻带。理想全通滤波器的幅频特性为一条与横坐标平行的直线。全通滤波器虽然在全频带范围内没有衰减，但信号通过滤波器后存在有相移特性。在工业界全部滤波器得到广泛的应用，例如数字通信领域中的延时均衡器。由于全通滤波器的输出信号只在相位上有变化，因此有时也被称为时延滤波器。（a）一阶滞后全通滤波器

（b）一阶超前全通滤波器五、全通型滤波器2.全通滤波器的原理对一阶滞后全通滤波器，其通带电压放大倍数为1，特征频率为1/2πRC，输出信号相位滞后输入信号相位变化范围为0°~180°，具体可表示为

=-2arctanf/f0。由于全通滤波器的中心频率在最大相移的一半处，对一阶滞后全通滤波器来说，中心频率在相移为-90°的频率处。对一阶超前全通滤波器，其通带电压放大倍数为1，特征频率为1/2πRC，输出信号相位超前输入信号相位变化范围为180°~0°，具体可表示为

=2arctanf/f0。二阶全通滤波器用两节RC与基本运放电路则可以构成二阶