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对于信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路。,它的功能是使特定频率范围内的信号通过,而阻止其他频率信号 通过。有源滤波电路是应用广泛的信号处理电路。,7.3 有源滤波电路,一、滤波电路的种类,7.3.1 滤波电路的基础知识,按照滤波电路的工作频带为其命名,分为低通滤波器(LPF)、 高通滤波器(HPF)、带通滤波器(BPF)、带阻滤波器(BEF) 和全通滤波器(APF)。,设截止频率为fP,频率低于fP的信号能够通过,高于fP的信号被衰 减的滤波电路称为低通滤波器;反之,频率高于f P 的信号能够通 过,而频率低于 fP 的信号被衰减的滤波电路称为高通滤波器。前 者可以作为直流电源整流后的滤波电路,以便得到平滑的直流电 压;后者可以作为交流放大电路的耦合电路,隔离直流成分, 只放大频率高于fP的信号。,设低频段的截止频率为fP1,高频段的截止频率为fP2,频率为fP1到 fP2之间的信号能够通过,低于fP1和高于fP2的信号被衰减的滤波电 路称为带通滤波器;反之,频率低于fP1和高于fP2的信号能够通过, 而频率在fP1到fP2之间的信号被衰减的滤波电路称为带阻滤波器。 前者常用于载波通讯或弱信号提取等场合,以提高信噪比;后者 常用于在已知干扰或噪声频率的情况下,阻止其通过。,全通滤波器对于频率从零到无穷大的信号具有同样的比例系数, 但对于不同频率的信号将产生不同的相移。,理想滤波电路的幅频特性如图所示,允许通过的频段称为通带, 将信号衰减到零的频段称为阻带。,称为通带中输出电压与输入电压之比,为通带放大倍数。,二、滤波器的幅频特性,实际上,任何滤波器均不可能具备理想滤波电路的幅频特性,在 通带和阻带之间存在着过渡带。,低通滤波器的实际幅频特性曲线如图所示:,是频率等于零时输出电压与输入电压之比。,过渡带愈窄,电路的选择性愈好,滤波 特性愈理想。,分析滤波电路,就是求解电路的频率特性。,三、无源滤波电路和有源滤波电路,若滤波电路仅由无源元件(电阻、电容、电感)组成,则称为无 源滤波电路。若滤波电路由无源元件和有源元件(双极型管、单 极型管、集成运放)共同组成,则称为有源滤波电路。,电路如图所示:,1、无源低通滤波器,电路带上负载后如图所示,2、有源滤波电路,为了使负载不影响滤 波特性,可在无源滤 波电路和负载之间加 一个高输入电阻、低输出电阻的隔离电路,最简单的方法是加一个电压跟随器,就构成了有源滤波电路,电路如图所示:,有源滤波电路一般由 RC 网络和集成运放组成,因而必须在合适 的直流电源供电的情况下才能起滤波作用,与此同时还可以进行 放大。组成电路时应选用带宽合适的集成运放。有源滤波电路不 适于高电压大电流的负载,只适用于信号处理。通常,直流电源 中整流后的滤波电路均采用无源电路;且在大电流负载时,应采 用LC(电感、电容)电路。,四、有源滤波电路的传递函数,图示电路的传递函数为:,在分析有源滤波电路时,一般都用“拉氏变换”,将电压与电流变 换成“像函数”U(s)和I(s)。,将s换成j,便可得到放大倍数。令s = 0,即= 0,就可得到通带放大倍数。传递函数分母中 s 的最高指数称为滤波器的阶数。 上式表明,该图示电路为一阶低通滤波器。,1、一阶电路,电路如图所示:,其传递函数为:,7.3.2 低通滤波器,一、同相低通滤波器,用j取代s,且令,得到电压放大倍数,式中 f0 称为特征频率。,令 f = 0,可得到通带放大倍数:,当 f = f0时,,故通带截止频率 f P = f0 。,幅频特性如图所示:,当 f f0时,,曲线按-20dB/十倍频下降。,7.3.3 其他滤波电路,7.3.4 开关电容滤波器,7.3.5 状态变量型有源滤波器,7.4 电子信息系统预处理中所用放大电路,自学,第02讲 结束,智者千虑,必有一失; 愚者千虑,必有一得。 水至清则无鱼,人至察则无徒。 知者减半,愚者全无。,增广贤文,
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