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7.4 有源滤波电路 7.4.1 滤波电路的基础知识 1. 基本概念 滤波器的用途 滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。滤波过程如图所示。 滤波电路传递函数定义 2. 滤波电路按功能分类 2. 滤波电路分类 一阶有源滤波电路 无源滤波器的缺点 1. 带负载能力差。 2. 无放大作用。 3. 特性不理想，边沿不陡。 有源滤波器的优点 有源滤波器的缺点 1. 低通滤波电路 1. 低通滤波电路 1. 低通滤波电路 2. 高通滤波电路 3. 带通滤波电路 3. 带通滤波电路 4. 带阻滤波电路 4. 带阻滤波电路 图 全通滤波电路 二阶有源滤波电路 本章所讨论的集成运放的基本应用电路，主要包括比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数（指数）运算电路以及乘法器和除法运算电路等。本章讨论的信号处理电路有有源滤波电路。 在分析各种运算和处理电路时，由运放构成的电路通常工作在深度负反馈条件下，常用到以下两个概念： (1)集成运放两个输入端之间的电压通常接近于零，即虚短。 (2)集成运放输入电阻很高，两输入电流几乎为零，即虚断。 主要内容: 1.比例、加、减、积分和微分电路 2.实际运算放大器运算电路的误差分析 3.滤波电路的基本概念，一阶、二阶有源滤波电路 基本要求及学习目标： 1.抓住深度负反馈条件下的“虚短”和“虚断”的概念，分析基本运算电路。 2.了解实际运放组成的运算电路的误差。 3.了解有源滤波电路的分类及一阶、二阶滤波电路的频率特性。 * 滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无用频率信号的电子装置。 有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。 滤波电路 时，有 其中 —— 模，幅频响应 —— 相位角，相频响应 时延响应为 1. 按信号性质分类 3.按阶数分类 一阶，二阶 … 高阶 2. 按所用元件分类 模拟滤波器和数字滤波器 无源滤波器和有源滤波器 4.按电路功能分类 低通滤波器；高通滤波器； 带通滤波器；带阻滤波器 滤波电路的分类 低通滤波器 阻带 图 理想滤波电路的幅频特性 通带 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器 低通滤波器 带通滤波器 高通滤波器 带阻滤波器 理想 实际 通带 阻带 过渡带 Ui + - Uo + - R C ?o=1/RC ——高频截止频率或特征角频率 (1)无源RC低通滤波 1. 低通滤波电路 A0=1 将两级一阶低通滤波器串接 ？ ? 各级互相影响！ R C R C R 1. 不使用电感元件，体积小重量轻。 2. 有源滤波电路中可加电压串联负反馈，使输入电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好的隔离。只需把几个低阶滤波电路串起来就可构成高阶滤波电路，无需考虑级间影响。 3. 除滤波外，还可放大信号，放大倍数容易调节。 1. 不宜用于高频。 2. 不宜在高电压、大电流情况下使用。 3. 可靠性较差。 4. 使用时需外接直流电源。 (2)带电压跟随器的低通滤波器 Vi + - Vo + - R C A0=1 Vi + - Vo + - R C (3)带同相比例放大的低通滤波器 传函中出现?的一次项，故称为一阶滤波器。 (3)带同相比例放大的低通滤波器 由低通滤波器和高通滤波器串联组成的带通滤波器 必须满足 低通特征角频率 高通特征角频率 低通 高通 带通 二阶有源滤波电路 必须满足 带阻 低通 高通 由低通滤波器和高通滤波器并联组成的带通滤波器 低通 高通 反相求和 一阶有源滤波电路通带外衰减速率慢（-20dB/十倍频程），与理想情况相差较远。一般用在对滤波要求不高的场合。 全通滤波电路的相频特性 1. 压控电压源低通滤波电路 压控电压源电路（VCVS） 对于滤波电路，有 得滤波电路传递函数 （二阶） 1. 压控电压源低通滤波电路 令 称为通带增益 称为特征角频率 称为等效品质因数 则 滤波电路才能稳定工作 注意： 用 代入，可得传递函数的频率响应： 1. 压控电压源低通滤波电路 归一化的幅频响应 相频响应 1. 压控电压源低通滤波电路 归一化的幅频响应波特图 －40dB/10倍频程 2. 压控电压源高通滤波电路 将低通电路中的电容和电阻对换，便成为高通电路。 2. 压控电压源高通滤波电路 传递函数 滤波电路才能稳定工作 3.压控电压源带通滤波电路 令 得 可由低通和高通串联得到 4. 双T带阻滤波电路 4. 双T带阻滤波电路 学习指导