模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程(模擬電路)第八章 信號處理電路(二)

濾波電路根底知識低通濾波電路〔LPF〕高通濾波電路(HPF)帶通濾波器(BPF)帶阻濾波器(BEF)開關(guān)電容濾波器第八章信號處置電路8.1濾波電路根底知識一.無源濾波電路和有源濾波電路無源濾波電路:由無源元件(R,C,L)組成有源濾波電路:用任務(wù)在線性區(qū)的集成運(yùn)放和RC網(wǎng)絡(luò)組成，實(shí)踐上是一種具有特定頻率呼應(yīng)的放大器。CRLCRLRLViViVoVo濾波電路根底知識1.按所處置的信號可分為模擬的和數(shù)字的兩種2.按所采用的元器件可分為有源和無源3.按經(jīng)過信號的頻段可分為以下五種:a.低通濾波器(LPF)二.濾波電路的分類和主要參數(shù)Avp:通帶電壓放大倍數(shù)fp:通帶截至頻率過渡帶:越窄闡明選頻性能越好,理想濾波器沒有過渡帶濾波電路根底知識b.高通濾波器(HPF)c.帶通濾波器(BPF)濾波電路根底知識d.帶阻濾波器(BEF)e.全通濾波器(APF)4.按頻率特性在截止頻率fp附近外形的不同可分為Butterworth,Chebyshev和Bessel等濾波電路根底知識理想有源濾波器的頻響：濾波器的用途濾波器主要用來濾除信號中無用的頻率成分，例如，有一個較低頻率的信號，其中包含一些較高頻率成分的干擾。濾波過程如下圖。8.1.2低通濾波電路(LPF)一階低通濾波電路(LPF)簡單二階LPF二階壓控電壓源LPF無限增益多路反響有源濾波器濾波器的主要技術(shù)目的〔1〕通帶增益Avp通帶增益是指濾波器在通頻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)，如下圖。性能良好的LPF通帶內(nèi)的幅頻特性曲線是平坦的，阻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)根本為零?！?〕通帶截止頻率fp其定義與放大電路的上、下限截止頻率一樣。通帶與阻帶之間稱為過渡帶，過渡帶越窄，闡明濾波器的選擇性越好。一階低通濾波電路(LPF)組成：簡單RC濾波器同相放大器特點(diǎn)：│Avp│>0，帶負(fù)載才干強(qiáng)缺陷：阻帶衰減太慢，選擇性較差一.電路構(gòu)成RC環(huán)節(jié)一階低通濾波電路(LPF)有源濾波電路的分析方法:1.電路圖電路的傳送函數(shù)Av(s) 頻率特性Av(j)2.根據(jù)定義求出主要參數(shù)3.畫出電路的幅頻特性二.性能分析一階低通濾波電路(LPF)通帶截止頻率通帶電壓放大倍數(shù)傳送函數(shù)一階LPF的幅頻特性:一階低通濾波電路(LPF)過渡帶緩慢,選頻性能差簡單二階LPF1.傳送函數(shù):一.電路構(gòu)成組成:二階RC網(wǎng)絡(luò)同相放大器二.主要性能M通帶增益：簡單二階LPF2.通帶截止頻率:3.幅頻特性:特點(diǎn)：在f>f0后幅頻特性以-40dB/dec的速度下降；缺陷：f=f0時，放大倍數(shù)的模只需通帶放大倍數(shù)模的三分之一二階壓控電壓源LPF二階壓控電壓源普通方式二階壓控電壓源LPF二階壓控電壓源LPFAvp同前分析：上式闡明，該濾波器的通帶增益應(yīng)小于3，才干保證電路穩(wěn)定任務(wù)。聯(lián)立求解以上三式，可得LPF的傳送函數(shù)：對節(jié)點(diǎn)N,可以列出以下方程：二階壓控電壓源LPF頻率特性:當(dāng)Q=0.707時，fp=f0當(dāng)Avp=3時，Q=∞，有源濾波器自激。二階壓控電壓源LPF二階壓控電壓源LPF的幅頻特性巴特沃思〔壓控〕LPFVo仿真結(jié)果Q=0.707fp=f0=100Hz無限增益多路反響濾波器無限增益多路反響LPF要求集成運(yùn)放的開環(huán)增益遠(yuǎn)大于60DB無限增益多路反響有源濾波器普通方式無限增益多路反響有源濾波器由圖可知：對節(jié)點(diǎn)N,列出以下方程：無限增益多路反響有源濾波器頻率呼應(yīng)為：通帶電壓放大倍數(shù)巴特沃思〔無限增益〕LPF仿真結(jié)果Q=0.707fp=f0=1000Hz8.1.3高通濾波電路(HPF)HPF與LPF的對偶關(guān)系二階壓控電壓源HPF無限增益多路反響HPFHPF與LPF的對偶關(guān)系1.電路構(gòu)造對偶將起濾波作用的電容換成電阻將起濾波作用的電阻換成電容RCViVo低通濾波電路RC高通濾波電路ViVoHPF與LPF的對偶關(guān)系2.傳送函數(shù)對偶低通濾波器傳送函數(shù)高通濾波器傳送函數(shù)HPF與LPF的對偶關(guān)系3.幅頻特性對偶(相頻特性不對偶)二階壓控電壓源HPF電路方式相互對偶二階壓控電壓源LPF二階壓控電壓源HPF二階壓控電壓源HPF傳送函數(shù):高通:低通:二階壓控電壓源HPF二階壓控電壓源HPF幅頻特性無限增益多路反響HPF無限增益多路反響LPF無限增益多路反響HPFvo(s)vi(s)8.1.4帶通濾波器(BPF)BPF的普通構(gòu)成方法：優(yōu)點(diǎn):通帶較寬,通帶截至頻率容易調(diào)整缺陷:電路元件較多普通帶通濾波電路BPFLPFHPF仿真結(jié)果二階壓控電壓源BPF二階壓控電壓源普通方式二階壓控電壓源BPFvo(s)vi(s)二階壓控電壓源BPF傳送函數(shù):vo(s)vi(s)二階壓控電壓源BPFs換成j且令：f0是濾波器的中心頻率通帶電壓放大倍數(shù)二階壓控電壓源BPF截止頻率:頻帶寬度:RC選定后,改動R1和Rf即可改動頻帶寬度二階壓控電壓源BPF仿真電路仿真結(jié)果8.1.5帶阻濾波器(BEF)BEF的普通方式缺陷:電路元件較多且HPF與LPF相并比較困難根本BEF電路無源帶阻(雙T網(wǎng)絡(luò))同相比例雙T帶阻網(wǎng)絡(luò)雙T帶阻網(wǎng)絡(luò)頻率特性二階壓控電壓源BEF電路正反響,只在f0附近起作用傳送函數(shù)傳送函數(shù):截至頻率:阻帶寬度:二階壓控電壓源BEF仿真電路仿真結(jié)果例題6要求二階壓控型LPF的f0=400Hz,Q值為0.7，試求電路中的電阻、電容值。解：根據(jù)f0，選取C再求R。1.C的容量不易超越。因大容量的電容器體積大，價錢高，應(yīng)盡量防止運(yùn)用。取計(jì)算出，取例題62．根據(jù)Ｑ值求和，由于時，，根據(jù)與、的關(guān)系，集成運(yùn)放兩輸入端外接電阻的對稱條件解得：例題6仿真結(jié)果例7LPF例7仿真結(jié)果例8HPF例8仿真結(jié)果例9例9仿真結(jié)果