1、5.3 有源滤波电路 有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。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。滤波电路的种类低通滤波器（低通滤波器（LPF）通带放大倍数通带放大倍数通带截止频率通带截止频率下降速率下降速率理想幅频特性理想幅频特性无过渡带无过渡带用幅频特性描述滤波特性，要研究用幅频特性描述滤波特性，要研究 、(fP、下降速率、下降速率)。puAuA5.3.1 滤波器的基础知识高通滤波器（高通滤波器（HPF）带通滤波器（带通滤波器（BPF）带
2、阻滤波器（带阻滤波器（BEF）全通滤波器（全通滤波器（APF）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f-转换转换 滤波器的用途滤波器的用途 滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，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。较高频率成分的干扰。5.3.2低通滤波器(LPF)1.一阶一阶RC低通滤波器低通滤波器(无源无源)CjRCjuuAiO 11 RCj 11Hffj11传递函数：传递函数：RCf21H截止频率：截止频率：幅频特性：幅频特性：2)(11H
3、ffA+-i+uRC+uo-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：2)(11HA+-i+uRC+uo-0.707 H截止频率截止频率0 1|A|2.一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波器uu+A+i+uuRf1RRCoi)11(ujuH uRRuf)1(1oi1o)11)(1(ujRRuHf )11)(1(1HfjRR)1(OHjAiOuuA 传递函数：传递函数：1fo1RRA通带增益：通带增益：截止频率：截止频率：)1(RCH可见：一阶低通有源滤波器与无源低通滤波器的可见
4、：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通带截止频率相同；但；但通通带电压放大倍数得到提高带电压放大倍数得到提高。1201RRA 1)通带放大倍数通带放大倍数 2）特征频率特征频率 RCfH21 3）电压放大倍数电压放大倍数 001ffjAAu缺点：缺点：一阶低通有源滤波器在一阶低通有源滤波器在 f f 0 时，滤波特性不理想。对数幅频特性时，滤波特性不理想。对数幅频特性下降速度为下降速度为-20 dB/十倍频。十倍频。解决办法解决办法：采用二阶低通有源滤波器：采用二阶低通有源滤波器。3.简单二阶有源低通滤波器简单二阶有源低通滤波器M22Pi1121Mj1)j1)j1(j1)j1
5、(j1UCRCUUCRCRCRCU j3)(11)1(02012ffffRRAu-截止频率截止频率 fp 0.37f0RCf 21 0特征频率特征频率分析方法：电路引入了负反馈，具有分析方法：电路引入了负反馈，具有“虚短虚短”和和“虚断虚断”的特点利用节点电流法求解输出电压与输入电压的关系。的特点利用节点电流法求解输出电压与输入电压的关系。C1=C24.压控电压源压控电压源二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器uu+A+miouRfRRCCR1u+uuAuRRufOo)1(1CjuuRuuRuuommmi1-muCjRCju112OO)()j-(3CRCRAA12H2HO)j()(QA-1RC1
6、HOAQ-31iOuuA 传递函数：传递函数：当当 Ao3时，滤波器可以稳定工时，滤波器可以稳定工作作。此时特性与此时特性与Q有关。当有关。当Q=0.707时，幅频特性较平坦。时，幅频特性较平坦。当当ffH时，幅频特性曲线的斜时，幅频特性曲线的斜率率 为为-40dB/dec。当当Ao3时，源滤波器自激。时，源滤波器自激。幅频特性及幅频特性曲线幅频特性及幅频特性曲线O31AQ-222)()(1 QAAHH-o5.反相输入低通滤波器（a）电路）电路 (b)幅频特性幅频特性5.3.3 高通滤波电路1.无源高通滤波电路RCfL 21ffjRCjCjRRuuALiO-1111112.一阶有源高通滤波电路
7、)11)(1(1LfjRR-)1(OLjA-iOuuA 传递函数：传递函数：11RRAfo通带增益：通带增益：截止频率：截止频率：)1(RCLuuo1+ui+f+ARRuRC有源滤波电路RC1L幅频特性：幅频特性：21)(11)1(LfRRA缺点：阻带衰减太慢。缺点：阻带衰减太慢。0 1+Rf/R10.707(1+Rf/R1)L|A|3.二阶有源高通滤波器1RRAfO+1=uuu+RfRiRmuCA+oR1+uC2L22L)(1-)(QA1幅频特性：幅频特性：RC1LOAQ-31ffQffARCRCAARCUUALu-1jj)jjLio202002)(1)(3(1)(当当AO3时，电路自激。时
8、，电路自激。幅频特性曲线幅频特性曲线 当当 Ao3时，滤波器可时，滤波器可以稳定工作以稳定工作。此时特性此时特性与与Q有关。当有关。当Q=0.707时，时，幅频特性较平坦。幅频特性较平坦。当当f fL时，幅频特性时，幅频特性曲线的斜率为曲线的斜率为+40dB/dec。5.3.4 带通滤波和带阻滤波电路1、带通滤波器1111CR 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截止频率低通截止频率2221CR 高通截止频率高通截止频率必须满足必须满足12 uuRCR+Cfi1o+uRA+uRR2VV低 通 滤 波 器高 通 滤 波 器ui
9、uo122、由低通滤波器和高通滤波器组成的带阻滤波器必须满足必须满足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VV1/2A+1RfRRRRCCC2uiuoVVu低 通 滤 波 器iu1o高 通 滤 波 器2 频率趋于零，电压放大倍数趋于通带放大倍数频率趋于零，电压放大倍数趋于通带放大倍数的滤波器有哪几种？的滤波器有哪几种？频率趋于无穷大，电压放大倍数趋于通带放大频率趋于无穷大，电压放大倍数趋于通带放大倍数的滤波器有哪几种？倍数的滤波器有哪几种？频率趋于零，电压放大倍数趋于零的滤波器有频率趋于零，电压放大倍数趋于零的滤波器有哪几种
10、？哪几种？频率趋于无穷大零，电压放大倍数趋于零的滤频率趋于无穷大零，电压放大倍数趋于零的滤波器有哪几种？波器有哪几种？讨论：讨论：运算电路与有源滤波器的比较 相同之处相同之处 电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在线性区。线性区。均具有均具有“虚短虚短”和和“虚断虚断”的特点，均可用节点电的特点，均可用节点电流法求解电路。流法求解电路。不同之处不同之处 运算电路研究的是时域问题，有源滤波电路研究的运算电路研究的是时域问题，有源滤波电路研究的是频域问题；测试时，前者是在输入信号频率不变是频域问题；测试时，前者是在输入信号频率不变或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅值的关系，后者是在输入电压幅值不变的情况下测值的关系，后者是在输入电压幅值不变的情况下测量输出电压幅值与输入电压频率的关系。量输出电压幅值与输入电压频率的关系。运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的关系，有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述关系，有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述滤波特性。滤波特性。
