模拟电子技术 有源滤波电路

第二十三讲 有源滤波电路一、概述 二、低通滤波器 三、高通、带通、带阻滤波器

一、概述1. 滤波电路的功能使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。

2. 滤波电路的种类低通滤波器(LPF)

通带放大倍数

理想幅频特性 无过渡带

下降速率 ( f 、下降速率)。 用幅频特性描述滤波特性，要研究 Aup 、A u P

通带截止频率

理想滤波器的幅频特性高通滤波器(HPF)阻容耦合

带通滤波器(BPF)通信电路

带阻滤波器(BEF))抗已知频率的干扰

全通滤波器(APF))f-φ转换

3. 无源滤波电路和有源滤波电路 1 空载： A up 1 fp 2 πRC 1 A u f 1 j fp

带载： A up

RL R RL

空载时 带负载时

1 fp 2 π ( R ∥ RL )C A 负载变化，通 up Au 带放大倍数和截 f 1 j 止频率均变化。 fp

有源滤波电路用电压跟随 器隔离滤波电 路与负载电阻

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，可放大，不能输出高电 压大电流。

二、低通滤波器1. 同相输入 (1)一阶电路 1 R2 A up R1fp A u频率趋于0时的放大 倍数为通带放大倍数 决定于RC环节 表明进入高频段 的下降速率为 -20dB/十倍频

1 2πRC Aup

1 j

f fp

1 Uo ( s) R2 1 sC (1 R2 ) Au ( s ) (1 ) U i ( s) R1 R 1 R1 1 sRC sC

经拉氏变换得传递函数

一阶LPF

对于LPF,频率趋于0时的放大倍数即为通带放大倍数。 求解传递函数时，只需将放大倍数中的 jω用 s 取代即可。

1. 同相输入 (1)一阶电路：幅频特性 1 R2 A up R1 A up Au f 1 j fp

( fp

1 ) 2 πRC

Au ( s)

U o (s) R 1 (1 2 ) U i (s) R1 1 sRC

为了使过渡带变窄，需采 用多阶滤波器，即增加RC环 节。在Au(s)表达式分母中s的 方次就是滤波器的阶数。

(2)简单二阶LPF分析方法：电路引入了负反馈利用节点电流法求解输出电 压与输入电压的关系。

1 f0 2π RC1 (R 1 ) // 1

特征频率

Au ( s ) (1

Sc 2 sc 2 sc 1 R2 R 1 ) (1 2 ) R1 R 1 R1 1 3 sRC ( sRC ) 2 R ( R 1 ) // 1 sc 2 sc 2 sc 1 1 1 ( f 2 f ) 3j f0 f0

(1 R2 ) A u R1

截止频率 fp ≈ 0.37f0

(3)压控电压源二阶LPF为使 fp=f0,且在f=f0时幅频特性按-40dB/十倍频下降。 f→0时，C1断路，正反馈 断开，放大倍数为通带放大 倍数； f →∞, C2短路，正反馈 不起作用，放大倍数小→0 ;引入正反馈

因而有可能在f = f 0时放大倍数等于或大于通带放大倍数。 对于不同频率的信号正反馈的强弱不同。

2. 反相输入低通滤波器

R2 1 Au R1 1 j f f0 fp f0 1 2 πR2C

fH

积分

运算电路的传递函数为1 。 Au ( s) ,即 f 0,A u sR1C

R R 加R2后， f→0,C 断开，通带放大倍数， A up 2 1

R2 1 Au ( s) R1 1 sR2C

三、高通、带通、带阻有源滤波器1. 高通滤波器(HPF)与LPF有对偶性，将LPF的电阻和电容互换，就可得一阶 HPF、简单二阶HPF、压控电压源二阶HPF电路。

一阶同相输入高通滤波器

一阶反相输入高通滤波器

压控电压源二阶HPF 2. 带通滤波器(BPF) 3. 带阻滤波器(BEF)O

无限增益多路反馈HPF

fH<fL

fH>fL

O O

二阶带通滤波器

压控电压源二阶带通滤波电路

二阶带阻滤波器

常用有源带阻滤波电路

填空(1)为了避免50Hz电网电压的干扰进入放大器，应选用带阻 滤波电路。 (2)已知输入信号的频率为10kHz~12kHz,为了防止干扰信号 的混入，应选用 带通 滤波电路 。

(3)为了获得输入电压中的低频信号，应选用 低通 滤波电路 。

(4)为了使滤波电路的输出电阻足够小，保证负载电阻变化时滤波特性不变，应选用 有源 滤波电路 。

(5)处理具有1Hz固定频率的有用信号，应选用 带通 滤波电路(6)从输入信号中取出低于2kHz的信号，应选用 低通 滤波电路

(7)抑制频率为100kHz以上的高频干扰，应选用 低通 滤波电路 。

运算电路与有源滤波器的比较 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 线性区。 – 均具有“虚短”和“虚断”的特点，均可用节点电 流法求解电路。

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 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 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。 – 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 滤波特性。