第六章基于集成运算放大器的有源滤波器分析与设计2.pptx
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1、第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计模拟电子电路与技术基础模拟电子电路与技术基础课程的特点是课程的特点是“概念性、工程性、实践性概念性、工程性、实践性“强强!“注重物理概念,采用工程观点;注重物理概念,采用工程观点;重视实验技术,善于总结对比;重视实验技术,善于总结对比;理论联系实际,注意应用背景;理论联系实际,注意应用背景;寻求内在规律,增强抽象能力。寻求内在规律,增强抽象能力。”第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计6.1 6.1 滤波器的概念滤波器的概念 滤波器是一种实现
2、频率选择的信号处理电路。滤波器是一种实现频率选择的信号处理电路。按其幅频特性可分为低通、高通、带通、带按其幅频特性可分为低通、高通、带通、带阻和全通五种电路。阻和全通五种电路。滤波电路的模型滤波电路的模型 电压传递函数6.1.1 6.1.1 滤波器的特性滤波器的特性第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计有源滤波器优点有源滤波器优点 1 1输入阻抗高,输出阻抗低,输入、输出之间具有优良的隔离性输入阻抗高,输出阻抗低,输入、输出之间具有优良的隔离性能能,所以各级之间均无阻抗匹配的要求;所以各级之间均无阻抗匹配的要求;2 2由于不使用电感,体
3、积和重量大幅度减小;由于不使用电感,体积和重量大幅度减小;3 3在低频段及超低频段的滤波功能上,具有在低频段及超低频段的滤波功能上,具有LCLC滤波器无法比拟的滤波器无法比拟的优越性,低端截止频率甚至可以扩展到优越性,低端截止频率甚至可以扩展到 Hz,Hz,如果使用电位器、可变如果使用电位器、可变电容器,有源滤波器的频率精度可以达到电容器,有源滤波器的频率精度可以达到0.5%0.5%;4 4在通频带内传递函数的系数可以灵活调整在通频带内传递函数的系数可以灵活调整,易于制作截止频率或易于制作截止频率或中心频率连续可调的滤波器,且调整容易;中心频率连续可调的滤波器,且调整容易;5 5、设计有源滤波
4、器比设计、设计有源滤波器比设计LCLC滤波器更具灵活性,也可得到电压增滤波器更具灵活性,也可得到电压增益。益。第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计五种常用滤波器特性五种常用滤波器特性(a)低通滤波器(b)高通滤波器(c)带通滤波器 (d)带阻滤波器 (e)全通滤波器第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计6.1.2 6.1.2 理想滤波器的逼近方法理想滤波器的逼近方法 理想滤波器的幅频特性曲线在工程上是不可能理想滤波器的幅频特性曲线在工程上是不可能实现的,一可取的可实现方法是采用
5、物理可实现函实现的,一可取的可实现方法是采用物理可实现函数来逼近这个传输特性,数来逼近这个传输特性,常用的逼近理想特性的可实现函数常用的逼近理想特性的可实现函数 最平幅度滤波器(最平幅度滤波器(ButterworthButterworth滤波器),滤波器),通带等波纹滤波器(通带等波纹滤波器(ChebyshevChebyshev滤波器),滤波器),阻带等波纹滤波器(阻带等波纹滤波器(Inverse ChebyshevInverse Chebyshev滤波器),滤波器),通、阻带等波纹滤波器(椭圆函数滤波器)通、阻带等波纹滤波器(椭圆函数滤波器)线性相位滤波器(又称线性相位滤波器(又称Besse
6、l Bessel 滤波器)滤波器)第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计波器的传输函数波器的传输函数 和系数决定了滤波器的类型1.1.巴特沃斯滤波器巴特沃斯滤波器 巴特沃斯滤波器是一种巴特沃斯滤波器是一种最平低通响应滤波器。其特最平低通响应滤波器。其特点是幅频响应在通带内具有点是幅频响应在通带内具有最平坦的幅度,由通带到阻最平坦的幅度,由通带到阻带衰减陡度较缓,相频特性带衰减陡度较缓,相频特性具有非线性的特点。具有非线性的特点。第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计 切比雪夫滤波
7、器是切比雪夫滤波器是在通带内具有等纹波响在通带内具有等纹波响应特性的滤波器应特性的滤波器 2.2.切比雪夫滤波器切比雪夫滤波器第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计3.3.椭圆滤波器椭圆滤波器 椭圆滤波器的特点是在通带和阻带中幅频特性都不是单调平滑的,但有最陡峭的边界特性。第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计4.4.贝塞尔滤波器贝塞尔滤波器 贝塞尔滤波器是群延迟具有最大平坦(线性相位响应)特性的滤波器,巴特沃思滤波器的幅频特性与相频特性都比较均衡,在实际中应用最广。切比雪夫滤波
8、器的相位响应较差。因此当主要着眼于传输对各频率分量的相对幅度要求较高而对它们的相位关系要求不严的信号(例如声音信号)时,可选用切比雪夫滤波器。若所传输的是图象,情况将完全相反。这时要求有线性的相频特性而对幅度的某些变化则不作苛求。为此,应选择以逼近相频特性为侧重点的贝塞尔近似函数。第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计6.1.36.1.3二阶滤波器的传递函数二阶滤波器的传递函数:传输函数的分子、分母都是s的二次多项式的滤波器叫双二次滤波器。其传输函数可表示为1.1.二阶低通滤波器二阶低通滤波器 第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于
9、集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计 2.2.二阶高通滤波器二阶高通滤波器 二阶高通滤波器的传输函数 第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计 3.3.二阶带通滤波器二阶带通滤波器传输函数 第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计4.4.二阶带阻滤波器二阶带阻滤波器:传输函数为 第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计 5 5、二阶全通滤波器、二阶全通滤波器二阶全通滤波器的传输函数 第六章第六章 基于集成运算放
10、大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计6 62 2 一阶有源一阶有源RCRC滤波器的电路实现滤波器的电路实现6.2.1 6.2.1 无源滤波电路无源滤波电路无负载负载时 第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计 带虚线所示负载时通带的电压放大倍数为截止频率第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计6.2.2 6.2.2 一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波器 通带增益上限频率1 1)图()图(a a)第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的
11、有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计2 2)图()图(b b)幅频特性相频特性第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计6 63 3二阶有源二阶有源RCRC滤波器的电路实现及工程设计滤波器的电路实现及工程设计6.3.1 6.3.1 二阶压控电压源型(二阶压控电压源型(Shallen-keyShallen-key)滤波器的电路实现及工程设计滤波器的电路实现及工程设计Shallen-keyShallen-key滤波器也称为有限增益正反馈滤波器,滤波器也称为有限增益正反馈滤波器,第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤
12、波器分析与设计滤波器分析与设计解得选取电阻和电容来代替中相应的导纳可构成低通、高通、带通等二阶有源滤波电路列方程第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计1 1、二阶有源低通滤波电路、二阶有源低通滤波电路设构成右图所示的二阶有源低通滤波器第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计 传递函数式中第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计对于正弦稳态系统第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器
13、分析与设计;(1)Q值的大小对幅频特性在附近的影响较大(2)当Q=0.578时,称为Bessel滤波器,低通特性单调下降且通带较窄(3)当时,幅频特性曲线最平坦(Butterworth)(4)当Q=0.943时,称为Chebyshev滤波器,(5)当时,电路将产生自激振荡。后,特性曲线将出现峰值,Q值越大,峰值越高(6)当第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计二、二阶有源高通滤波电路设 则得到 Sallen-Key 二阶有源高通滤波器第六章第六章 基于集成运算放大器的有源基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计滤波器分析与设计传输函数
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