第五章二有源滤波电路课件.ppt

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1、5.4 5.4 有源滤波电路有源滤波电路例：反相交流放大电路例：反相交流放大电路 11111111/111/1ifOoffuiR UURj CRRUARj CRUj RC 放大器输出电压：放大电路电压增益：1111;fufLRARRC 令：1111uLLufAfAjjf则：1112LRC下限截止频率f：221121uLufAA模：（）11fuRACR 通带内视为短路：电压放大倍数滤波电路滤波电路使有用的频率信号通过，同时抑制无用频率成分的电路。使有用的频率信号通过，同时抑制无用频率成分的电路。分类：分类：理想滤波器的频率特性理想滤波器的频率特性 N N阶阶 滤滤波波器器二二阶阶 滤滤波波器器一

2、一阶阶 滤滤波波器器带带阻阻 滤滤波波器器带带通通 滤滤波波器器高高通通 滤滤波波器器低低通通 滤滤波波器器数数字字 滤滤波波器器模模拟拟滤滤波波器器有有源源 滤滤波波器器无无源源 滤滤波波器器软软件件滤滤波波硬硬件件 滤滤波波按传递函数分按传递函数分按频率特性分按频率特性分按处按处理信理信号分号分按构成按构成器件分器件分按处理按处理方法方法一、有源低通滤波电路一、有源低通滤波电路(LPFLow Pass Filter) (LPFLow Pass Filter) （一）一阶（一）一阶 LPF LPF 用简单的用简单的RCRC低通电路与集成运算放大器就可以构成一阶有源低低通电路与集成运算放大器就

3、可以构成一阶有源低通滤波电路。一阶有源低通滤波器通带内具有增益通滤波电路。一阶有源低通滤波器通带内具有增益A Aufuf，同时，采用，同时，采用同相输入比例运算电路，可将实际负载同相输入比例运算电路，可将实际负载R RL L与无源与无源R RC C滤波电路隔开，滤波电路隔开，从而使从而使R RL L对滤波器特性影响很小。对滤波器特性影响很小。1111(1)111112OOpFuipiFufufufHHHRUUUj cARUUURj cRAAARfjjffRC 、电压传输系数：通带电压增益上限截止频率2121(/)3arctanuu fHHAAffff 、 幅 频 特 性 ：、 相 频 特 性

4、： （二）二阶（二）二阶LPF LPF 在一阶低通滤波电路的基础上，再加一级在一阶低通滤波电路的基础上，再加一级RCRC低通电路就构成二阶低通电路就构成二阶有源低通滤波电路。有源低通滤波电路。 如下图如下图(a)(a)所示。但图中第一级所示。但图中第一级RCRC低通电路中低通电路中C C的下端不接地而接到集成运放的输出端，可在截止频率附近引入的下端不接地而接到集成运放的输出端，可在截止频率附近引入正反馈，使其幅频特性得到改善。由于图中集成运放构成的同相比正反馈，使其幅频特性得到改善。由于图中集成运放构成的同相比例运算电路实际上就是所谓压控电压源，故称图例运算电路实际上就是所谓压控电压源，故称图

5、(a)(a)所示电路为二所示电路为二阶压控电压源低通滤波电路，它的电压增益阶压控电压源低通滤波电路，它的电压增益A Aufuf=1+=1+R RF F/ /R R1 1即为滤波器即为滤波器的通带电压增益。的通带电压增益。12211 ()1221 ()FufoufuinnnnoufuinnRARAUAUjQfRCAUAffUjfQf 电压传递系数特征频率：13.320lg/31020lg/40ufnuufuufnHuufnQAfAAffAAdBffffAAdB 等效品质因数：正反馈提升了 附近的当时：Q电路产生自激振荡。当Q=0.707和时：即：上限截止频率时：1000(1)1111111111

6、/111111opppFuufpiiiAocioiopAocAocRUUUUAARUUUURj cUUUUUj RcRRj cj cj RcRRj cZRj cj RcRj cj cUUUj RCj Z CRZj c由戴维宁定理：22222211111111(1)(1)1(1)(1)311 (pioioopufiufppiufpiUUUj RCj RCj RCj RCj RCUj RCUj RCj RCj RCj RCUA Uj RCAUUj RCj RCj RCj RCjRCj RCAUUUj RU而：解得：1-( RC)RC)221(3)1 ()11 ()ufnnnnCAjQffjfQf2

7、1()12213ufunnnnufAAffjfQffRCQA其中：例例1.1.已知已知 R = 160 kR = 160 k ，C = 0.01 C = 0.01 F F， R R1 1 = 170 k= 170 k ，R Rf f = 100 k = 100 k ，求该滤波器的截止频率、通带求该滤波器的截止频率、通带 增益及增益及 Q Q值。值。 36112199.52160 100.01 10100111.588170110.70833 1.5880.70799.5nnfufufHnHfRCfHZRARQAQffHZ 解：特征频率：时：上限截止频率：f二、有源高通滤波电路二、有源高通滤波电

8、路(HPFHigh Pass Filter)(HPFHigh Pass Filter) 高通滤波电路与低通滤波电路具有对偶关系，所以将低通滤波高通滤波电路与低通滤波电路具有对偶关系，所以将低通滤波电路中滤波元件电路中滤波元件R R和和C C的位置互换，即可得到高通滤波电路的位置互换，即可得到高通滤波电路, ,其电路其电路如下图所示。如下图所示。21()ufunnAAffjfQf电压传输系数：1111;233,fufnufufRARfQRCAAQ 通带增益：时电路产生自激振荡。对于二阶低通、高通电路，对于二阶低通、高通电路，为防止自激，应使：为防止自激，应使：A Aufuf33三、有源带通滤波电

9、路三、有源带通滤波电路(BPFBand Pass Filter) (BPFBand Pass Filter) 电路只允许某一频段内信号通过，有上限和下限两个截止频电路只允许某一频段内信号通过，有上限和下限两个截止频率，将高通滤波电路与低通滤波电率，将高通滤波电路与低通滤波电 路进行适当组合，就可获得路进行适当组合，就可获得带通滤波电路。下图为二阶有源带通滤波电路，图中带通滤波电路。下图为二阶有源带通滤波电路，图中R R、C C组成低组成低通电成路，通电成路，C C1 1、R R3 3组成高通电路，要求组成高通电路，要求RCRRCR3 3C C1 1，故低通电路的上，故低通电路的上限截止频率限截

10、止频率f fH H大于高通电路的下限截止频率大于高通电路的下限截止频率f fL L，两，两 者之间形成了者之间形成了一个通带，从而构成了带通滤波电路。一个通带，从而构成了带通滤波电路。00001()1()uouuoAAjQAffjQff电压传输系数：例例2.2.电路如图所示，已知电路如图所示，已知 R = 7.96 kR = 7.96 k ，C = 0.01 C = 0.01 F F， R R3 3 = 15.92 k = 15.92 k ，R R1 1= 24.3 k= 24.3 k ，R Rf f = 46.2 k = 46.2 k 求该求该电路的中心电路的中心频率、带宽频率、带宽 BWB

11、W及通带最大增益及通带最大增益 A Au0u0。 03612127.96 100.01 102fRCHZKHZ解：146.2112.924.31110332.9fufufRARQA 002000200102.929332.9ufuuffBWHZQAAA 四、有源带阻滤波电路四、有源带阻滤波电路 电路阻止某一频段的信号通过，而让该频段之外的所有信号通电路阻止某一频段的信号通过，而让该频段之外的所有信号通过，从而达到抗干扰的目的。其电路如下图所示。带阻滤波电路可过，从而达到抗干扰的目的。其电路如下图所示。带阻滤波电路可由低通和高通滤波电路组成，其原理示意图如下图由低通和高通滤波电路组成，其原理示意

12、图如下图(a)(a)所示，其中，所示，其中，低通滤波电路的上限截止频率低通滤波电路的上限截止频率f fH H应小于高通滤波电路的下限截止频应小于高通滤波电路的下限截止频率率f fL L。因此，电路的阻带为。因此，电路的阻带为(f(fL L-f-fH H) )，如下图，如下图(b)(b)所示。所示。02200220001011()1()122231142 ( 2)5u fuu fFu fu fLHAAjQAffjQffR CRARAfffQ 、 电 压 传 输 系 数 ：、 阻 带 中 心 频 率 ： f、 同 相 比 例 电 压 增 益 ：、 品 质 因 数 ： Q =、 阻 带 ：5.5 5

13、.5 集成功率放大器及其应用集成功率放大器及其应用 集成功率放大器组成：前置级、中间级、输出级、偏置电路集成功率放大器组成：前置级、中间级、输出级、偏置电路 。特点：输出功率大、效率高特点：输出功率大、效率高 ；有过流、过压、过热保护；有过流、过压、过热保护 ，以保，以保证器件在大功率状态下安全可靠工作。证器件在大功率状态下安全可靠工作。一、一、LM386 LM386 集成功放及其应用集成功放及其应用 LM386 LM386 是一种低电压通用集成功率放大器。是一种低电压通用集成功率放大器。1.1.引脚及其典型应用参数引脚及其典型应用参数 2.2.内部电路内部电路: :由由输入级、中间级和输出级

14、输入级、中间级和输出级等组成。输入级有等组成。输入级有V V2 2、V V4 4组成双端输入组成双端输入单端输出差分电路；单端输出差分电路；V V3 3、V V5 5是其恒流源负载；是其恒流源负载；V V1 1、V V6 6是射级跟随器，高是射级跟随器，高 R Ri i；V V7 7 - -V V1212为功率放大电路；为功率放大电路；V V7 7 为驱动级为驱动级( (I I0 0 为恒流源负载为恒流源负载) )；V V1111、V V1212 用于消除交越失用于消除交越失真真 ；V V8 8、V V10 10 构成构成 PNP PNP 准互补对称准互补对称 ；1 1、 8 8 开路时，负开

15、路时，负反馈最反馈最强强，整个整个电路的电压放大倍数电路的电压放大倍数A Au u = 20 = 20 ，若在，若在1 1、 8 8 间外接旁路电容，以短路间外接旁路电容，以短路R R5 5两两 端的端的交流压降，可使电压放大倍数提高到交流压降，可使电压放大倍数提高到200200；调整；调整R RP P（典型应用电路图），可使集（典型应用电路图），可使集成功放电压放大倍数在成功放电压放大倍数在2020200200之间变化；管之间变化；管脚脚7 7与地之间外接电解电容与地之间外接电解电容C C5 5（典（典型应用电路图），型应用电路图），C C5 5可与可与R R2 2组成直流电源去耦电路。组成

16、直流电源去耦电路。 5 5脚外接电容脚外接电容C C3 3为功放输出电容，构成为功放输出电容，构成OTLOTL电路；电路；R R1 1、C C4 4是功率补是功率补偿电路，以抵消扬声器音圈电偿电路，以抵消扬声器音圈电 感在高频时产生的不良影响，改善感在高频时产生的不良影响，改善功率放大电路的高频特性和防止高频自激。输入信号功率放大电路的高频特性和防止高频自激。输入信号u ui i由由C C1 1接同相接同相输入端输入端3 3脚，反相输入端脚，反相输入端2 2脚接地，故构成单端输入方式。脚接地，故构成单端输入方式。3.3.典型应用电路典型应用电路 三、三、TDA2040 TDA2040 集成功放

17、及其应用集成功放及其应用 TDA2040TDA2040集成功率放大器内部有独特的短路保护系统，可以自集成功率放大器内部有独特的短路保护系统，可以自动限制功耗，从而保证输出级三极管始终处于安全区域；动限制功耗，从而保证输出级三极管始终处于安全区域；TDA2040TDA2040内部还设置了过热关机等保护电路，使集成电路具有较高可靠性。内部还设置了过热关机等保护电路，使集成电路具有较高可靠性。其主要参数有：直流电源：其主要参数有：直流电源： 2.5 - 2.5 - 20 V;20 V;开环增益：开环增益：80 dB;80 dB;功率功率带宽：带宽：100 kHz;100 kHz;输入阻抗：输入阻抗：

18、50 k50 k ; ;输出功率：输出功率：22 W (22 W (R RL L = 4 = 4 ). ). 1.TDA2040 1.TDA2040双电源（双电源（OTLOTL）应用）应用 其电路如下图所示，大电容滤除低频成分其电路如下图所示，大电容滤除低频成分 ，小电容滤除高频成分。，小电容滤除高频成分。2.TDA20402.TDA2040单电源（单电源（OTLOTL）应用）应用 3.TDA1512集成功放阅读：集成功放阅读：课外作业：课外作业：P200：5.26，5.27、5.28课堂练习课堂练习预习资料：预习资料：P201P213预习作业（准备下堂课回答的问题）预习作业（准备下堂课回答的问题）1、振荡的起振条件和振荡的平衡条件是什么？、振荡的起振条件和振荡的平衡条件是什么？2、何谓初始信号？振荡信号用什么电路在初始信号中选出？、何谓初始信号？振荡信号用什么电路在初始信号中选出？3、振荡电路有哪几部分组成？各部分都有什么作用？、振荡电路有哪几部分组成？各部分都有什么作用？4、RC桥式与移相式输入端引入反馈信号方式有何不同？桥式与移相式输入端引入反馈信号方式有何不同？5、LC振荡器有哪几种类型电路？振荡器有哪几种类型电路？6、石英晶体有几个谐振频率？各叫什么？、石英晶体有几个谐振频率？各叫什么？